MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋
MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋
MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋，这种薄膜扬声器需要的能量仅为传统扬声器所需能量的一小部分，但却能够产生极小失真的高品质声音，MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋。
MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋1麻省理工学院的工程师们开发出了一种像纸一样薄的扬声器，可以将任何表面变成音源。
它的重量相当于一个 10 美分的硬币，无论粘在什么表面上都能生成高品质的声音。
这种薄膜扬声器产生的声音失真最小，而且使用的能量也比传统扬声器少得多。
为了实现这些特性，研究人员开创了一种看似简单的制造技术，只需要三个基本步骤。利用这种技术，他们可以制造出足够大的超薄扬声器，覆盖汽车内部或整个房间。
此外，这种薄膜扬声器可以通过产生振幅相同但相位相反的声音，在嘈杂的环境（如飞机驾驶舱）中进行主动降噪。这种灵活的设备还可以用于沉浸式娱乐，比如在剧院或主题公园里提供三维音频。由于它重量轻，运行时需要的电量很少，因此非常适合电池寿命有限的智能设备应用。
这项研究成果近日发表在《IEEE Transactions of Industrial Electronics》期刊上。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9714188
「拿起一张看起来很薄的纸，用两个夹子夹住它，把它插到你电脑的耳机接口上，然后开始听到它发出的声音，这种感觉很棒。它可以在任何地方使用，只需要一点点电力就可以运行，」MIT.nano 的主任、论文作者 Vladimir Bulovi 表示。
这种薄膜扬声器是怎么做出来的？
耳机或音频系统中常见的典型扬声器使用电流输入，电流通过线圈产生磁场，磁场移动扬声器薄膜，带动薄膜上方的空气，从而产生我们听到的声音。相比之下，MIT 工程师设计的新扬声器简化了传统设计，使用了一种成型的压电材料薄膜。当电压施加在其上时，薄膜会移动，从而带动其上方的空气并产生声音。
大多数薄膜扬声器都被设计成独立式（不需依靠支撑物），因为薄膜必须自由弯曲才能发声。将这些扬声器安装在某个表面上会阻碍振动，并妨碍它们产生声音的能力。
为了克服这一问题，MIT 的团队重新思考了薄膜扬声器的设计。他们给出的方案是：不让整个材料振动，而是依靠压电材料薄层上的微小圆顶振动发声，其中的每个小圆顶都是单独振动。
这些圆顶每个只有几根头发那么宽，被薄膜顶部和底部的间隔层包围，保护它们免受安装表面的影响，同时仍然使它们能够自由振动。在日常操作中，相同的间隔层保护圆顶免受磨损和冲击，提高了扬声器的耐用性。
为了制造扬声器，研究人员使用激光在 PET 薄片上切割出微小的孔，PET 是一种轻质塑料。他们在穿孔 PET 层的下面贴上一层非常薄（8 微米）的压电材料薄膜，称为 PVDF。然后他们把粘合的薄片上方抽成真空，并在薄片下方施加 80 摄氏度的热源。
由于 PVDF 层很薄，真空和热源产生的压力差导致它膨胀。PVDF 不能强行穿过 PET 层，所以在没有被 PET 阻挡的地方会有微小的圆顶突起。这些突起与 PET 层中的孔自对准。然后，研究人员将 PVDF 的另一面与另一层 PET 层压在一起，作为圆顶和粘合表面之间的隔离物。
「这是一个非常简单明了的过程。如果我们将其与卷对卷制程工艺（roll-to-roll）相结合，我们就能量产这些扬声器，然后用类似贴墙纸的方式将其覆盖到墙壁、汽车或飞机内部。」论文一作 Jinchi Han 表示。
高品质、低功耗
薄膜扬声器中的小圆顶高 15 微米，大约是人类头发厚度的六分之一，它们振动时只能上下移动大约半微米。每个圆顶都是一个单独的发声单元，所以需要成千上万个这样的小圆顶一起振动才能产生听得见的声音。
制造过程简单的另一个好处是可调性强——研究人员可以改变 PET 上孔的大小来控制圆顶的大小。半径较大的圆顶能带动更多的空气振动，产生更大的声音，但较大的圆顶也有较低的共振频率，这会导致音频失真。
在完善了制造技术之后，研究人员测试了几种不同的圆顶尺寸和压电层厚度，以达到最佳组合。
他们将薄膜扬声器安装在距离麦克风 30 厘米的墙上，测试其声压水平（以分贝为单位）。当 25 伏特的电压以 1 千赫兹的频率通过该装置时，扬声器产生了 66 分贝的高质量声音。在 10 千赫时，声压级增加到 86 分贝，大约相当于城市交通的音量。
这种节能装置每平方米扬声器面积只需要大约 100 毫瓦的功率，相比之下，如果在类似距离内产生相近的声压，一个普通家用扬声器可能要消耗超过 1 瓦特的电力。
Han 解释说，因为是微型的拱顶在振动，而不是整个薄膜振动，扬声器有足够高的共振频率，可以有效地用于超声波应用，比如成像方面。超声成像使用极高频的声波产生图像，更高的频率能够产生更高分辨率的图像。
Bulovi表示，这种装置还可以利用超声波探测人类站在房间里的位置，就像蝙蝠会利用回声定位一样，然后跟随人类的移动形成声波。如果在薄膜的振动圆顶上覆盖一层反射表面，它们可以用来为未来显示技术的发光模式提供思路。如果被浸泡于液体中，振动膜可以提供一种搅拌化学品的新方法，使得化学处理技术能够比大批量处理方法使用更少的能源。
「我们有能力通过激活可伸缩的物理表面，精确地生成空气的机械运动。这种技术带给人的想象空间是无限的。」Bulovi说道。
MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋2近日，来麻省理工学院（MIT）的工程师们开发了一种新型超薄扬声器，这种灵活的薄膜设备，有可能将任何物体表面变成低功耗、高品质的音频源。
这种薄膜扬声器需要的能量仅为传统扬声器所需能量的一小部分，但却能够产生极小失真的高品质声音。根据研究团队的演示，手掌大小的扬声器，重量仅为一角硬币，而且无论该薄膜粘合到什么表面，都可以产生高质量的声音。
为了实现这些特性，研究人员还开创了一种看似简单的制造技术，并且可以按比例放大以生产大到足以覆盖汽车内部或房间墙纸的超薄扬声器。使用这种方式，薄膜扬声器可以在嘈杂的环境（例如飞机驾驶舱）中通过产生相同幅度但相反相位的声音，来提供主动降噪（即让两种声音相互抵消）功能。
此外，这种新型设备还可以用于沉浸式娱乐，比如在剧院或主题公园游乐设施中提供 3D 音频。而且由于它重量轻且运行所需的电量非常少，因此该设备非常适合电池寿命有限的智能设备上。
「看起来像一张薄薄的纸，在上面贴上两个夹子，将它插入电脑的耳机端口，然后开始听到它发出的声音，感觉很了不起。它可以在任何地方使用，只需要一个运行它的电力。」研究论文通讯作者、MIT.nano 主任、有机和纳米结构电子实验室（ONE Lab）的负责人 Vladimir Bolovi 说。
Bulovi 与论文第一作者、 ONE Lab 博士后 Jinchi Han，以及电气工程教授 Jeffrey Lang 共同撰写了这篇论文。该研究发表在IEEE Transactions of Industrial Electronics上。
全新的超薄扬声器
我们都知道，耳机或音响系统中的传统扬声器使用电流输入，当不断变化的电流输入通过能够产生磁场的线圈，并推送扬声器膜的振动，进而使其上方的空气振动，从而产生我们听到的声音。
相比之下，这款新的扬声器设备，通过使用一种压电材料（piezoelectric material）薄膜来简化扬声器设计，当电压施加在其上时，该薄膜会移动，从而使其上方的空气振动并产生声音。
由于薄膜扬声器设计为独立式，因此薄膜材料必须自由弯曲才能产生声音。但将这些扬声器安装在物体表面上会阻碍振动并妨碍它们产生声音的能力。
为了克服这个问题，麻省理工学院的团队重新考虑了薄膜扬声器的设计。他们的设计不是让整个材料振动，而是依靠一层薄薄的压电材料上的微小圆顶，让每个圆顶都单独振动。
这些小圆顶，只有几根头发的宽度，被薄膜顶部和底部的间隔层包围，保护它们免受安装表面的影响，同时仍然使它们能够自由振动。相同的间隔层可保护圆顶在日常操作过程中免受磨损和冲击，从而提高扬声器的耐用性。
制作过程看起来也十分简单。首先，研究人员使用激光在PET（这是一种轻质塑料）薄片上切割出小孔，穿孔的' PET 下侧层压了一层非常薄的压电材料（薄至 8 微米），称为 PVDF；然后他们在粘合的薄片上方施加真空，并在下方施加 80 摄氏度的热源。
由于 PVDF 层非常薄，真空和热源产生的压力差导致它膨胀。但是 PVDF 无法强行穿过 PET 层，因此微小的圆顶会在未被 PET 阻挡的区域突出。而这些突起与 PET 层中的孔各自对齐。然后，研究人员将 PVDF 的另一面与另一个 PET 层层压在一起，作为小圆顶和粘合表面之间的隔离物。
「这是一个非常简单、直接的过程。如果我们将来将其与卷对卷（roll-to-roll）工艺集成，它将允许我们以高通量方式生产这些扬声器。这意味着它可以大量制造，就像墙纸可以覆盖墙壁、汽车或飞机内部。」Han 说。
高品质、低功耗，应用潜力无限
每个圆顶都是一个单独的发声单元，由于圆顶高 15 微米，约为人类头发厚度的六分之一，振动时仅能够上下移动约半微米，因此需要数千个这样的小圆顶一起振动才能产生可听的声音。
此外，该超薄发声设备的制造还有另一个好处，就是它的可调性，因为研究人员可以改变 PET 中孔的大小来控制圆顶的大小。半径较大的圆顶会推动更多的空气并产生更大的声音，但较大的圆顶也具有较低的谐振频率（resonance frequency）。谐振频率是设备运行效率最高的频率，较低的谐振频率会导致音频失真。
（来源：MIT）
经过多次的测试，研究人员找到不同的圆顶尺寸和压电层厚度的最佳组合。然后，他们通过将薄膜扬声器安装到距离麦克风 30 厘米的墙壁上来测试他们的薄膜扬声器。
当 25 伏特的电流以 1 千赫兹（每秒 1,000 次循环的速率）通过该设备时，扬声器会产生 66 分贝的会话级别的高质量声音。在 10 千赫兹时，声压级增加到 86 分贝，与城市交通的音量水平大致相同。
这种节能扬声器设备每平方米面积只需要大约 100 毫瓦的功率。相比之下，一个普通的家用扬声器可能会消耗超过 1 瓦的功率才能在相当的距离上产生相似的声压。
研究人员解释说，由于该设备只有微小的圆顶是振动的，而不是整个薄膜，扬声器具有足够高的谐振频率，因此还可以有效地用于超声应用，如超声成像。超声成像使用非常高频的声波来产生图像，而更高的频率能够产生更好的图像分辨率。
比如，该设备可以使用超声波检测人在房间中的站立位置，并跟踪位置，就像蝙蝠使用回声定位一样。如果薄膜的振动圆顶覆盖有反射表面，则它们可用于为未来的显像技术创建光图案。如果浸入液体中，振动膜还可以提供一种搅拌化学品的新方法，使化学处理技术比大批量处理方法使用更少的能量。
「我们有能力通过激活可扩展的物理表面，来精确地产生空气的机械运动。而如何使用这项技术的选择是无限的，」Bulovi 说。
MIT科学家造出纸一样薄的扬声器，可铺满全屋3据媒体近日报道，麻省理工学院（MIT）的工程师们开发出了一种薄如纸张的扬声器，它可以将任何表面变成有源音源。
这种薄膜扬声器产生的声音失真很小，而使用的能量只是传统扬声器所需能量的一小部分。
该团队展示的手掌大小的扬声器，其重量约相当于一角硬币。无论将薄膜粘合在什么表面，都能产生高质量的声音。为了实现这些非凡的特性，研究人员开创了一种看似简单的制造技术，只涉及三个基本步骤制造超薄扬声，并且其面积可以大到足以覆盖汽车内部或在房间内贴壁纸。
薄膜扬声器可以在嘈杂的环境中，如飞机驾驶舱，通过产生相同振幅但相位相反的声音，从而提供主动噪音消除。这种灵活的设备也可用于沉浸式娱乐，也许可以在剧院或主题公园的游乐设施中提供三维音频。而且，由于它很轻，只需极小的功率来操作，该设备很适合应用于电池寿命有限的智能设备上。
据了解，在耳机或音频系统中，典型的扬声器使用电流输入，电流通过线圈产生磁场，磁场可移动扬声器膜，使其上方的空气移动，从而产生声音。相比之下，这种新型扬声器通过使用一种成型的压电薄膜材料，从而简化了扬声器的设计。当电压施加在薄膜上时，薄膜会移动，从而移动其上方的空气并产生声音。
具体而言，为了制造这种扬声器，研究人员使用激光在PET薄片上切出小孔，PET是一种轻型塑料。他们在穿孔的PET层的底部铺上一层非常薄的压电材料PVDF薄膜（只有8微米厚）。然后他们在粘合的薄片上方施加真空，在薄片下方施加80摄氏度的热源。
由于PVDF层太薄，真空和热源产生的压力差导致它膨胀。PVDF不能强行穿过PET层，所以在没有被PET阻挡的地方，微小的圆顶突起。这些突起可以自对准PET层中的孔。然后，研究人员在PVDF的另一侧铺上另一层PET层，作为圆顶和结合表面之间的间隔层。
他们的设计不是让整个材料振动，而是依靠压电材料薄层上的微小圆顶，每个圆顶单独振动。这些圆顶，每个都只有几根头发的宽度，在薄膜的顶部和底部被间隔层所包围，保护它们不受安装表面的影响，同时仍然使它们能够自由振动。同样的间隔层保护穹顶在日常操作中免受磨损和冲击，增强了扬声器的耐用性。
研究人员说，“这是一个非常简单、直接的过程。如果我们将来能把它与卷对卷加工工艺结合起来，我们就能以高通量的方式生产这些扬声器。这意味着它可以大量制造，像墙纸一样覆盖墙壁、汽车或飞机内部。”
一个扬声器。
小米8SE采用的是单扬声器设计。将手机屏幕面朝自己，手机底部两边的排孔左边是麦克风，右边是扬声器。这样设计的原因是为了显示对称美的效果。
扩展资料：
小米8se配置情况：
小米8SE采用了5.88英寸三星屏幕，分辨率2244×1080，小米称屏占比达86.12%，最高600nit亮度，支持息屏显示、阳光屏和护眼模式，支持无级色温调节。
硬件方面，小米8SE采用骁龙710，与845采用几乎相同的第3代KryoCPU和6系AdrenoGPU，性能更高，功耗更低，搭配3120mAh电池，官方称电量足够使用一整天。
后置双摄像头采用旗舰AI超感光双摄，内置的AI场景相机有25种标签，206种场景识别。配以DualPD双核极速对焦技术。后置1200万像素+500万像素双摄像头。前置2000万像素摄像头。
参考资料来源：百度百科-小米8SE
iPhone12为用户提供的是立体双扬声器设计，底部中框有一个扬声器，手机顶部的听筒位置有个内置扬声器，可支持杜比全景声 ，为用户提供极为享受的音质体验。
除了硬件上的立体声双扬声器设计，苹果在最新的ios14系统中还加入了空间音频功能。
通过空间音频技术，苹果实现了在影院般的体验。
无论你如何偏头，所有声音都会默认固定方位发出，如果你移动手机的话，AirPods Pro也会将“声源”进行相对应的声场调整。
苹果iPhone 12同前任机型相比在音频方面非常相似，配有两台立体声播放扬声器，两台背景降噪的麦克风，同时还有杜比全景声技术带来“3D空间效果，让你身临其境”。所以音质效果比较好。
iPhone 12是苹果公司（Apple）于美国西部时间2020年10月13日上午10点（北京时间2020年10月14日凌晨1点）在Apple Park总部园区发布的手机产品。
小结：
iPhone12是一款操作起来非常流畅快速的手机，搭载A14仿生芯片，为用户带来非常享受的使用体验感，而且外观简洁大方，经久耐用不会轻易过时，非常值得入手。
《扬声器系统》是2010年国防工业出版社出版的图书，作者是（日）山本武夫。本书对扬声器的构造、特点、积极作用以及弊端做了充分地说明，使大家对扬声器有了深入的了解。
基本介绍书名 ：扬声器系统 作者 ：（日）山本武夫 译者 ：王以真，吴光威，张绍高 译校 ISBN ：9787118065725 定价 ：42.00元 出版社 ：国防工业出版社 出版时间 ：2010-1-1 开本 ： 16开概述,内容简介,图书目录, 概述 扬声器系统 是由一个或几个扬声器和相应的附属档案如障板、喇叭、分频网路等组成的，作为驱动电路和周围空气间耦合的设备。目的是为了获得所需频率特性、声场分布以及特殊声效果等。常用的扬声器有直射式电动扬声器、喇叭式电动扬声器和各种组合扬声器。仅用直射式扬声器辐射声功率大小，且在服务区内声压级不均匀度较大。使用声功率较大的喇叭式电动扬声器基本上可以使扩声区域内得到足够大的声强和较均匀的声场，但其频率范围较窄，不能满足高质量音乐扩声的要求。因此，常采用组合扬声器。这样既宽频率范围又增大辐射声功率。套用各种扬声器箱和喇叭能够改进扬声器的低频特性、指向性和效率；采用各种扬声器组后，就可以进一步控制它的声功率和辐射特性。至于特殊声效果，如远距离和强噪声情况下的扩声，要数百以致数千瓦声功率，此时可使用气流扬声器。 内容简介 本书详细介绍了纸盆扬声器、球顶形扬声器、号筒扬声器和各种扬声器箱的结构、工作原理及特性，以及与扬声器有关的声学知识。全书分为16章，包括声音重放的物理过程，听觉心理，节目声的性质，高保真扬声器应有的性能，纸盆扬声器、球顶形扬声器、号筒扬声器，扬声器箱、扬声器系统，监听扬声器，其他类型扬声器，放大器与扬声器，重放声音与房间的声学性质，扩声用扬声器系统，耳机和扬声器特性的测量方法。 本书可供扬声器制造厂的技术人员和工人、相关科研单位的研究人员以及高等院校有关专业的师生阅读和参考。对于广大的扬声器使用者也有一定的参考价值。 图书目录 第1章 声音重放的物理过程1.1 声波……………………1
1.1.1 声音……………………1
1.1.2 声音三要素……………………2
1.2 声场的理论……………………3
1.2.1 声场方程式……………………4
1.2.2 速度势……………………6
1.2.3 平面波声场……………………7
1.2.4 驻波……………………9
1.2.5 球面波声场……………………9
1.2.6 声波的折射……………………11
1.2.7 声波的衍射……………………12
1.3 声音辐射系统……………………13
1.3.1 圆形活塞振动板产生的声场……………………13
1.3.2 辐射声的指向性……………………15
1.3.3 辐射阻抗……………………18
1.3.4 障板附近点声源的辐射功率……………………21
1.4 机械振动系统……………………23
1.4.1 单一自由度振动系统……………………23
1.4.2 膜振动……………………25
1.4.3 板的振动……………………25
1.5 声音振动系统……………………26
1.5.1 声管中传播的声波……………………26
1.5.2 声学元件……………………27
1.5.3 声变数器……………………29
1.6 电—力—声系统类比……………………29
1.6.1 机械系统的等效电路……………………29
1.6.2 声音系统的等效电路……………………30
1.6.3 电—力—声类比……………………32
1.7 电声换能器……………………33
1.7.1 电动式换能器……………………34
1.7.2 静电式换能器……………………36
参考文献……………………39
第2章 听觉心理
2.1 人耳和听觉……………………40
2.1.1 人耳的构造……………………41
2.1.2 听觉的机理……………………42
2.2 声音的属性……………………43
2.3 听阈……………………43
2.4 音调(声音的高低) ……………………44
2.4.1 影响音调的主要因素……………………44
2.4.2 音调的量度……………………45
2.5 声音的响度和等响曲线……………………45
2.5.1 声音的强度和响度……………………45
2.5.2 等响曲线……………………45
2.5.3 宋尺度……………………46
2.5.4 声音的响度和持续时间……………………46
2.6 噪声公害……………………47
2.6.1 噪声强度的表示方法……………………47
2.6.2 NRN 曲线……………………47
2.7 掩蔽……………………48
2.7.1 掩蔽效应……………………48
2.7.2 纯音相互间的掩蔽……………………49
2.7.3 由掩蔽引起的音色变化……………………50
2.7.4 临界频带的宽度……………………50
2.8 对声音变化的感觉……………………51
2.8.1 辨别阈……………………51
2.8.2 频率的辨别阈……………………51
2.8.3 声强的辨别阈……………………51
2.8.4 调频的辨别阈……………………52
2.8.5 调幅的辨别阈……………………52
2.8.6 频率特性变化的辨别阈……………………52
2.8.7 失真的辨别阈……………………53
2.8.8 相位变化的辨别阈……………………54
2.9 对音色的感觉……………………56
2.9.1 关于音色……………………56
2.9.2 决定音色的因素……………………56
2.9.3 音质的评价术语……………………57
2.9.4 音质评价术语与物理特性的关系……………………61
2.10 两声道重放声的方向定位……………………62
2.10.1 方向定位能力……………………62
2.10.2 两声道的方向定位……………………63
2.10.3 两声道重放……………………63
2.10.4 关于立体声声场的牧田理论……………………64
2.10.5 声像的性质……………………65
2.11 多声道重放的方向定位……………………66
2.11.1 真实声源在水平面内的方向定位……………………66
2.11.2 合成声源在水平面内的方向定位……………………69
2.11.3 多声道立体声用扬声器的排列……………………70
2.11.4 各声道间的相位差和压迫感……………………71
2.11.5 声场的广度感觉……………………71
参考文献……………………73
第3章 节目声的性质
3.1 声源的性质……………………75
3.1.1 表示声源性质的方法……………………75
3.1.2 频带……………………76
3.1.3 动态范围……………………76
3.1.4 指向性……………………77
3.2 节目声的性质……………………77
3.2.1 广播节目声性质的表示方法……………………77
3.2.2 频谱……………………78
3.2.3 电平分布……………………78
3.2.4 频谱—电平分布……………………80
3.2.5 两声道立体声与四声道信号……………………81
参考文献……………………82
第4章 高保真扬声器应有的性能
4.1 声频重放装置的组成和扬声器的任务……………………83
4.1.1 声频重放装置的组成……………………83
4.1.2 影响重放音质的各种因素……………………84
4.2 输出声压级……………………84
4.2.1 输出声压级和效率……………………84
4.2.2 额定输入功率和最大输入功率……………………86
4.2.3 最大输出声压级……………………86
4.3 失真……………………87
4.3.1 谐波失真……………………87
4.3.2 互调失真……………………87
4.3.3 异常声……………………88
4.4 输出声压频率特性……………………88
4.4.1 重放频带……………………88
4.4.2 输出声压频率特性……………………89
4.4.3 功率回响……………………90
4.5 指向性……………………90
4.5.1 高保真扬声器的指向性……………………90
4.5.2 扩声用扬声器的指向性……………………91
4.6 电阻抗特性……………………92
4.7 瞬态特性……………………92
4.8 相位特性……………………93
4.9 扬声器系统的形状和设计……………………95
4.10 立体声重放用扬声器应有的性能……………………95
4.10.1 频率特性……………………95
4.10.2 相位特性……………………96
4.10.3 指向性……………………97
4.11 高保真扬声器应有的音质……………………98
4.12 扬声器系统的物理特性和综合优良度……………………99
参考文献……………………102
第5章 锥形扬声器
5.1 锥形扬声器的结构与工作原理……………………103
5.1.1 锥形扬声器的结构……………………103
5.1.2 锥形扬声器的工作原理……………………105
5.2 振动系统的等效电路……………………105
5.2.1 机械振动系统的等效电路……………………106
5.2.2 电系统的等效电路……………………107
5.3 低声频段的特性……………………108
5.3.1 低频共振……………………108
5.3.2 低声频段的特性……………………109
5.3.3 低声频段的电阻抗特性……………………110
5.4 中声频段的特性……………………111
5.4.1 折环共振……………………111
5.4.2 锥体的分割振动……………………112
5.5 高声频段的特性……………………113
5.5.1 高声频重放上限……………………113
5.5.2 高声频段的特性……………………114
5.5.3 高声频段指向性及其改善方法……………………114
5.6 效率……………………116
5.7 锥形扬声器的失真……………………116
5.7.1 由驱动力引起的失真……………………117
5.7.2 由悬置系统的非线性引起的失真……………………119
5.7.3 由锥体引起的失真……………………120
5.7.4 都卜勒失真及其他失真……………………120
5.8 瞬态特性……………………122
5.8.1 猝发声的瞬态特性……………………122
5.8.2 瞬态失真特性……………………123
5.8.3 采用脉冲测量瞬态特性……………………124
5.9 相位特性……………………125
5.10 锥形扬声器的一般特性……………………127
5.10.1 输出声压频率特性和指向频率特性……………………127
5.10.2 标称阻抗与阻抗特性……………………127
5.10.3 谐波失真特性……………………128
5.10.4 输出声压级……………………129
5.11 锥形扬声器的部件……………………130
5.11.1 锥体及悬置系统……………………130
5.11.2 音圈……………………136
5.11.3 磁路……………………137
5.11.4 盆架……………………139
参考文献……………………139
第6章 球顶形扬声器
6.1 球顶形扬声器的结构及工作原理……………………141
6.1.1 球顶形扬声器的结构……………………141
6.1.2 球顶形扬声器的工作原理……………………142
6.1.3 硬球顶形扬声器与软球顶形扬声器……………………143
6.2 球顶形扬声器的输出声压频率特性……………………144
6.2.1 球顶形扬声器的低声频段特性……………………144
6.2.2 球顶形扬声器的中声频段特性……………………145
6.2.3 球顶形扬声器的高声频段特性……………………145
6.3 球顶形扬声器的一般特性……………………147
6.3.1 输出声压指向频率特性……………………148
6.3.2 电阻抗特性……………………148
6.3.3 球顶形扬声器的失真特性……………………149
6.4 球顶形扬声器的部件……………………150
6.4.1 振膜与支撑材料……………………150
6.4.2 音圈……………………152
6.4.3 磁路系统……………………152
6.4.4 喉塞……………………153
6.4.5 后腔罩……………………154
参考文献……………………155
第7章 号筒扬声器
7.1 号筒扬声器的结构及工作原理……………………156
7.1.1 号筒扬声器的结构……………………157
7.1.2 力阻抗的匹配……………………158
7.1.3 号筒扬声器的种类……………………159
7.2 号筒……………………160
7.2.1 号筒内的声波方程式……………………161
7.2.2 指数形号筒……………………161
7.2.3 号筒长度……………………163
7.2.4 双曲线号筒……………………164
7.3 振动系统的等效电路与效率……………………165
7.3.1 振动系统的等效电路……………………165
7.3.2 号筒扬声器的电声转换效率……………………166
7.4 号筒扬声器的特性……………………168
7.4.1 振膜的速度频率特性……………………168
7.4.2 输出声压频率特性……………………170
7.4.3 指向性……………………172
7.4.4 由于空气非线性引起的失真……………………174
7.4.5 容许输入功率……………………175
参考文献……………………176
第8章 扬声器箱
8.1 扬声器箱的种类……………………177
8.2 障板……………………178
8.2.1 平面障板……………………178
8.2.2 敞开式扬声器箱……………………179
8.3 封闭式扬声器箱……………………181
8.3.1 安装在封闭式声箱中的扬声器的等效电路……………………181
8.3.2 设计扬声器箱时所需的扬声器参数……………………182
8.3.3 封闭式声箱的设计……………………183
8.3.4 书架式扬声器箱……………………186
8.4 倒相式扬声器箱……………………187
8.4.1 装入倒相式扬声器箱中的扬声器的等效电路……………………188
8.4.2 倒相式扬声器箱的理想条件……………………189
8.4.3 非理想条件时的特性……………………191
8.4.4 倒相式扬声器箱的优点……………………193
8.4.5 倒相式扬声器箱的设计……………………193
8.5 特殊障板……………………198
8.5.1 倒相式扬声器箱的变形……………………198
8.5.2 前载入号筒扬声器箱……………………201
8.5.3 后载入号筒扬声器箱……………………203
8.5.4 无指向性扬声器箱……………………209
8.6 扬声器箱的外形……………………210
8.6.1 声箱外形对低声频特性的影响……………………211
8.6.2 扬声器箱的尺寸比……………………211
8.6.3 安装孔及安装方法……………………212
8.7 扬声器箱用材料……………………213
8.7.1 板材……………………213
8.7.2 板振动与加固材料……………………214
8.7.3 吸声材料及其效果……………………215
8.7.4 网罩……………………218
8.7.5 箱体的加工及声压泄漏的影响……………………219
参考文献……………………220
第9章 扬声器系统
9.1 组合型的目的……………………221
9.1.1 高保真扬声器的条件……………………221
9.1.2 单锥形扬声器存在的问题……………………221
9.1.3 组合扬声器的优点……………………224
9.2 扬声器系统的组成方法……………………224
9.2.1 频段的划分法……………………224
9.2.2 低音扬声器必须具备的性能……………………225
9.2.3 中、高音扬声器必须具备的性能……………………228
9.2.4 各频段扬声器的组合方法……………………229
9.2.5 各频段扬声器的排列方法……………………230
9.2.6 组合扬声器系统的种类……………………232
9.3 分频网路……………………232
9.3.1 定阻型分频网路……………………232
9.3.2 扬声器阻抗的校正……………………236
9.4 网路用元件……………………237
9.4.1 电容器……………………237
9.4.2 线圈……………………239
9.4.3 衰减器……………………241
9.5 多路放大器用滤波器……………………242
9.5.1 多路放大器用滤波器的基本单元……………………242
9.5.2 NF 型RC 滤波器组成的注意事项……………………244
9.5.3 各种截止特性的组成法……………………244
9.6 扬声器系统的一般特性……………………245
9.6.1 输出声压频率特性及指向频率特性……………………247
9.6.2 谐波失真特性……………………249
9.6.3 瞬态特性……………………250
9.6.4 电阻抗特性……………………251
参考文献……………………252
第10章 监听扬声器
10.1 对监听扬声器所要求的性能……………………253
10.2 对监听扬声器所要求的音色……………………256
10.3 监听扬声器的组成……………………257
10.3.1 组成……………………257
10.3.2 箱体……………………257
10.3.3 对驱动放大器要求的条件……………………258
10.4 监听扬声器的实例……………………258
10.4.1 录声室用监听扬声器……………………259
10.4.2 广播电台用监听扬声器……………………261
10.5 监听扬声器与高保真扬声器的不同点……………………263
参考文献……………………263
第11章 其他类型扬声器
11.1 扬声器的种类……………………264
11.2 海尔扬声器……………………265
11.3 电磁扬声器……………………266
11.4 静电扬声器……………………267
11.4.1 单端静电扬声器……………………267
11.4.2 推挽静电扬声器……………………268
11.4.3 驻极体静电扬声器……………………269
11.5 压电扬声器……………………270
11.5.1 纵振动子型扬声器……………………271
11.5.2 双压电晶片扬声器……………………272
11.5.3 高分子压电扬声器……………………272
11.6 放电型扬声器……………………274
11.7 带式扬声器……………………275
11.8 平板扬声器……………………276
11.9 乐器用扬声器……………………278
11.9.1 对乐器用扬声器所要求的性能……………………278
11.9.2 乐器用扬声器的结构……………………278
参考文献……………………279
第12章 放大器与扬声器
12.1 主放大器与扬声器的关系……………………280
12.1.1 主放大器的最大输出功率与扬声器所能承受的输入功率……………………280
12.1.2 主放大器的输出阻抗与扬声器的特性……………………282
12.1.3 主放大器与扬声器产生的特殊现象……………………283
12.2 扬声器的连线法……………………284
12.2.1 几个扬声器的连线方法……………………284
12.2.2 音量调整方法……………………285
12.3 动反馈扬声器……………………287
12.3.1 动反馈(MFB)的原理……………………287
12.3.2 动反馈的方式……………………287
参考文献……………………290
第13章 重放声音与房间的声学特性
13.1 瞬态声场……………………291
13.1.1 室内声音的建立和衰减……………………292
13.1.2 混响声……………………292
13.1.3 混响时间与房间的关系……………………293
13.1.4 最佳混响时间……………………294
13.1.5 直达声和混响声(分散声) ……………………295
13.2 稳态的声场……………………297
13.2.1 房间的声压分布……………………297
13.2.2 指向性的影响……………………298
13.3 房间的波动现象……………………299
13.3.1 房间的固有振动……………………300
13.3.2 固有振动的简并……………………300
13.3.3 房间的大小与固有振动密度……………………301
13.3.4 驻波的防止方法……………………302
13.4 扬声器的放置地点及特性……………………303
13.4.1 镜像……………………303
13.4.2 扬声器放置地点与特性……………………304
13.5 吸声和隔声……………………306
13.5.1 吸声和吸声材料……………………306
13.5.2 隔声和隔声材料……………………308
13.6 立体声听声范围的扩大……………………309
13.6.1 立体声听声位置与声压级差……………………309
13.6.2 利用指向性扩大听声范围……………………311
13.6.3 利用反射声的方法……………………313
13.6.4 利用指向性和反射声的方法……………………314
参考文献……………………315
第14章 扩声用扬声器系统
14.1 扩声用扬声器的布置设计……………………317
14.1.1 房间形状与扩声用扬声器的布置方式……………………318
14.1.2 关于声压级的研究……………………319
14.1.3 关于声压分布的研究……………………320
14.2 扩声用扬声器……………………321
14.2.1 对扩声用扬声器所要求的性能……………………321
14.2.2 指向性设计……………………321
14.2.3 剧场用扬声器的种类及其举例……………………326
14.3 抑制啸叫型扬声器……………………329
14.3.1 扩声装置的啸叫……………………329
14.3.2 抑制啸叫型扬声器……………………331
14.3.3 厅堂中的实际套用……………………333
14.4 扩声用扬声器的施工方法……………………335
参考文献……………………338
第15章 耳 机
15.1 耳机的结构和工作原理……………………340
15.2 对耳机所要求的性能……………………341
15.2.1 人耳的特性与仿真耳……………………341
15.2.2 对耳机所要求的性能……………………342
15.3 振动系统的等效电路……………………343
15.4 对低声频特性的研究……………………344
15.4.1 低声频段的等效电路……………………344
15.4.2 提高低声频段特性的声学等效电路……………………345
15.4.3 由耳垫泄漏所导致的低声频特性下降与振膜……………………345
15.5 对高声频段特性的研究……………………347
15.5.1 降低高声频段特性的声学等效电路……………………347
15.5.2 综合特性的设计……………………348
15.5.3 影响高声频段重放上限的主要原因……………………349
15.6 耳机的一般特性……………………349
15.7 耳垫……………………351
15.7.1 耳垫的种类……………………351
15.7.2 实际佩戴时的特性……………………352
15.8 各种耳机……………………352
15.8.1 耳机的种类……………………352
15.8.2 开放式耳机……………………353
15.8.3 静电式耳机……………………354
15.8.4 驻极体耳机……………………355
15.8.5 压电式耳机……………………356
15.8.6 电动全面驱动式耳机……………………357
15.9 耳塞机……………………358
15.10 仿真头录声……………………359
参考文献……………………361
第16章 扬声器特性的测量方法
16.1 测量设备……………………362
16.1.1 消声室……………………362
16.1.2 混响室……………………363
16.1.3 标准障板……………………364
16.1.4 传声器……………………367
16.1.5 其他测量设备……………………367
16.2 扬声器特性测量法……………………368
16.2.1 输出声压频率特性……………………368
16.2.2 声功率频率特性……………………369
16.2.3 相位特性……………………370
16.2.4 群迟延时间频率特性……………………371
16.2.5 瞬态特性……………………372
16.2.6 谐波失真特性……………………373
16.2.7 振幅互调失真(AIM 失真)特性……………………374
16.2.8 差频失真(DF 失真)特性……………………376
16.2.9 动态失真特性……………………377
16.2.10 指向性……………………377
16.2.11 电阻抗特性……………………379
16.3 利用脉冲测量扬声器特性的方法……………………380
16.3.1 脉冲回响测量用设备……………………380
16.3.2 由脉冲回响求得的特性……………………382
参考文献……………………386
符号表……………………387
扬声器的发声原理
电动式扬声器又称为动圈式扬声器它是应用电动原理的电声换能器件它是目前运用最多、最广泛的扬声器，究其原因主要有三条：
1.电动式扬声器结构简单、生产容易，而且本身不需要大的空间，导致价格便宜，可以大量普及。
2.这类扬声器可以做到性能优良，在中频段可以获得均匀的频率响应。
3.这类扬声器在不断改进中，几十年扬声器发展史，就是扬声器设计、工艺、材料不断改进的历史，也是性能与时俱进的历史。
电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形锥形扬声器(cone speaker)的结构。
锥形扬声器的结构可以分为三个部分：
1>振动系统包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等
2>磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等
3>辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞条。
根据法拉第定律，当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，其方向符合弗来明左手定则，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈受到一个交变推动力产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气而发声。
使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁场对载流导体的作用力，这个效应我们称它为电动式换能器的力效应，其大小由下式规定：
F=B L i
式中：B为磁隙中的磁感应密度(强度)，其单位为N/(A.m)<牛顿/(安培。米)>又称为特斯拉(T)
L为音圈导线的长度，单位：米
i为流经音圈的电流，单位：安培
F为磁场对音圈的作用力，单位：牛顿
但是，在通电音圈受力运动的同时，由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势，这个效应我们称它为电动式换能器的电效应，其感应电动势的大小为：
е=Вiν
式中：v为音圈的振动速度，其单位为：米/秒
е为音圈中感应电动势，单位为：伏特
电动式扬声器力效应与电效应是同时存在、相伴而行的。
其它 扬声器工作原理：
〈一〉磁式扬声器：亦称“舌簧扬声器”，其结构如图4所示，在永磁体两极之间有一可动铁心的电磁铁，当电磁铁的线圈中没有电流时，可动铁心受永磁体两磁极相等级吸引力的吸引，在中央保持静止当线圈中有电流流过时，可动铁心被磁化，而成为一条形磁体。随着电流方向的变化，条形磁体的极性也相应变化，使可动铁心绕支点作旋转运动，可动铁心的振动由悬臂传到振膜(纸盆)推动空气热振动。
〈二〉静电扬声器：它是利用加到电容器极板上的静电力而工作的扬声器，就其结构看，因正负极相向而成电容器状，所以又称为电容扬声器。如图所示，有两块厚而硬的材料作为固定极板，极板上有此可以透过声音，中间一片极板则用薄而轻的材料作振膜(如铝膜)。将振膜周围固定、拉紧而与固定极保持相当距离，即使在大振膜上，亦不致与固定极相碰。
在两电极间原有一直流电压(称之为偏压)。若在两电极间加由放大器输出的音频电压，与原来的输出电压相重叠，形成交变的脉动电压，这个脉动电压产生于两极间隙吸引力的强弱变化，而振膜因此振动而发声。
静电扬声器的优点是整个振膜同相振动，振膜轻，失真小，可以重放极为清脆的声音，有很好的解析力、细节清楚、声音逼真。它的缺点是效率低，需要高压直流电源，容易吸尘，振膜加大失真亦会加大，不适合听摇滚、重金属音乐，价格相对贵一些。
〈三〉压电扬声器：利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。电介质(如石英、酒石酸钾钠等晶体)在压力作用下发生极化使两端表面间出现电势差的现象，称之为“压电效应”。它的逆效应，即置于电场中的电介质会发生弹性形变，称为“逆压电效应”或“电致伸缩”。
压电扬声器同电动式扬声器相比不需要磁路，和静电扬声器相比不需要偏压，结构简单、价格便宜，缺点是失真大而且工作不稳定。
〈四〉离子扬声器：在一般的状态下，空气的分子量中性的、不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子，这种现象称游离化。把游离化的空气利用音频电压振动，则产生声波，这就是离子扬声器的原理。
为了离子化，就要加20MHz的高频电压，而在其上重叠音频信号压电。可见，离子扬声器由高频振荡部分，音频信号调制部分，放电腔及号筒组成。
放电腔采用将直径8mm的石英棒在中心开孔，开成石英管，将一个电极插入其中，另一个电极所示，呈圆筒形套在石英管外面，由于采用无声放电形式，只有中心的针头电极有损耗，可以定期更换中心电极。离子扬声器与其他扬声器不同之处在于没有振膜，所以瞬态特性和高频特性都很好，但结构太复杂。
〈五〉火焰扬声器：当空气和煤气燃烧的火焰通过电极，电极加有直流电压和高频信号，火焰受音频信号调制而发声。火焰几乎无质量，声音动态极好。但它有致命的缺点：不安全，不方便。
〈六〉气流调制扬声器：又称气流扬声器。它是利用压缩空气作能源，利用音频电流调制气流发声的扬声器。它由气室、调制阀门、号筒和磁路组成。压缩空气气流由气室经过阀门里，受外加音频信号调制，使气流的波动按照外加音频信号而变化，同时被调制的气流经号筒耦合，以提高系统的效率。它主要用做高强度噪声环境试验的声源或远距离广播等。
〈七〉磁致失真扬声器。这是一种特殊的强磁体，它能在磁场作用下振动发声。
扬声器的种类
电动号筒式扬声器
电动号筒式扬声器又称为高音喇叭，其构造如图1所示。主要由磁路系统、振动系统和助音筒三部分组成。磁路系统和振动系统装在一起，称为发音头。发音头和助音简可以分开，各成一体。
磁路系统由永久磁铁和软铁组成，磁场集中在缝隙处。振动系统由带着音圈的振动膜构成，音圈位于磁隙正中。音频电流通过音圈时，受磁场力的作用，音圈便带动振动膜前后运动，使空气发生振动。由于发音头前面装有助者简，可使空气共鸣，从而发出宏亮的声音。
电动纸盆式扬声器
电动纸盆式扬声器又称为低音喇叭，其构造如图2所示。主要由磁路系统和振动系统两部分组成。
磁路系统由环形永久磁铁和软铁组成，磁场集中在缝隙处。振动系统由带着音圈的纸盆构成，弹性片把音圈固定在磁隙的正中。有音频电流通过时，音圈在磁场力的作用下，带着纸盆前后运动，从而发出声音。
组合式扬声器
为了提高放音质量，扩展有效频率范围，通常将几只不同频率响应范
围的扬声器组合在一起，装入同一助音箱内，构成组合音箱。它可以使得在整个音频范围内的频率响应曲线得到显著改善。
扬声器的基本特征
(1)扬声器有两个接线柱(两根引线)，当单只扬声器使用时两根引脚不分正负极性，多只扬声器同时使用时两个引脚有极性之分。
(2)扬声器有一个纸盆，它的颜色通常为黑色，也有白色。
(3)扬声器的外形有圆形、方形和椭圆形等几大类。
(4)扬声器纸盆背面是磁铁，外磁式扬声器用金属螺丝刀去接触磁铁时会感觉到磁性的存在内磁式扬声器中没有这种感觉，但是外壳内部确有磁铁。
(5)扬声器装在机器面板上或音箱内。
扬声器的安装技巧
号筒式扬声器在农村和城镇的一些集市上仍在广泛使用，而号筒式扬声器的音膜一旦损失后，要保证音膜位置的正确安装下面介绍一种 方法 ，能够比较容易地解决这个问题。安装可分两步进行。
第一步，选取适当厚度纸张，裁两条宽松~10mm，长度比中心片的直径大20mm的纸条。然后把两纸条互相垂直地放在中心片上(位置要取中)。为了防止它们移动，可用一点浆糊把它们粘住。将纸条的两端插入磁隙中。把音膜上的音圈对准磁隙，轻轻压下去。由于纸条的存在，这时音圈的位置正好在磁隙中间，而不会偏斜。在音膜边缘上测涂上测涂上万能胶，并把音头的上盖盖好。对正螺孔，把螺拧紧。并在适当位置记好上盖上与音头的相对位置。放置8小时，待万能胶完全干透后，便可拧开螺丝，取下上盖。这时，音膜已粘在上盖上了。
缺点是比较耗电。
手机的双扬声器，首先是音量分贝上比单扬声器大。双扬声器的音场，在看电影时就显现出来了，比单的好点！总之好处多了去了，唯一缺点也就是，其硬件耗电问题，比单扬声器，能耗大！
现在真正双扬声器的手机已经不多了，很多手机号称是双扬声器，其实就是将听筒的声音放大。比如三星S9/S9+，索尼Xperia Z2，iPhone X等机型，都是利用听筒作为第二扬声器。
这类手机的效果的确比单扬声器的手机更好，但仍然比不上真正的双扬声器手机。毕竟听筒的构造和底部扬声器是完全不同的，再怎么调也调不出真正环绕立体声的效果。
国产手机厂商方面也不乏双扬声器设计的手机，其中有一些还以此为卖点。比较常见的有华为的部分机型，比如华为P20 pro，mate20等等，华为旗下荣耀手机的荣耀8X Max，荣耀Note10等等。
魅族手机推出的魅族16Plus，OPPO R15等机型也是双扬声器设计。仔细盘点的话会发现，在各大手机厂商的旗舰机型上采用双扬声器设计是大势所趋，而且在一些千元机身上也开始出现这种设计。要把市场上所有双扬声器手机都盘点一遍恐怕不是一件容易的事情。
