工程聲學/動圈揚聲器
聲學換能器的目的是將電能轉換為聲能。存在許多聲學換能器的變體，但最常見的是動圈-永磁換能器。經典的揚聲器屬於動圈-永磁型別。
經典的電動力揚聲器驅動器可以分為三個關鍵元件
1) 磁電機系統
2) 揚聲器錐體系統
3) 揚聲器懸掛系統
磁電機系統的主要目的是在音圈執行的區域建立一個對稱的磁場。磁電機系統由前聚焦板、永磁體、後板和極靴組成。在圖 2 中，展示了組裝好的驅動系統。在大多數情況下，後板和極靴被組裝成一個稱為軛的部件。軛和前聚焦板通常由非常柔軟的鑄鐵製成。鐵是一種與磁性結構一起使用的材料，因為鐵在暴露於磁場時很容易飽和。請注意，在圖 2 中，在聚焦板和軛之間有意留出了一個氣隙。磁場透過氣隙耦合。氣隙的磁場強度 (B) 通常針對均勻性進行了最佳化，以確保其在整個氣隙範圍內保持一致。[1]
當在永磁場中放置一個通有電流的線圈時，會產生一個力。B 是磁場強度，l 是線圈的長度，I 是流經線圈的電流。
用旨在進行聲音再現的交流訊號激勵線圈，當線圈的磁場變化與永磁場相互作用時，線圈會來回移動以再現輸入訊號。揚聲器的線圈稱為音圈。
在典型的揚聲器中，錐體的作用是建立一個更大的輻射面積，以便在音圈激勵時移動更多的空氣。錐體充當一個由音圈激勵的活塞。然後錐體排開空氣，產生聲波。在理想環境中，錐體應該是無限剛性的，並且質量為零，但實際上並非如此。錐體材料從碳纖維、紙張、竹子到幾乎所有可以塑造為剛性錐形形狀的材料都有。揚聲器錐體是揚聲器中非常關鍵的一部分。由於錐體不是無限剛性的，它往往會在不同的頻率下形成不同型別的共振模式，進而改變和著色聲波的再現。錐體的形狀直接影響揚聲器的指向性和頻率響應。當錐體連線到音圈時，音圈上方的較大縫隙會暴露在外。如果異物進入音圈和永磁體結構的氣隙，這將是一個問題。解決此問題的辦法是在錐體上放置一個稱為防塵罩的東西來覆蓋氣隙。下面展示了錐體和防塵罩的圖示。
大多數動圈式揚聲器使用兩件式懸掛系統，也稱為撓性系統。這兩件式撓性元件的組合，可以確保音圈在通電時保持線性運動，併為音圈系統提供恢復力。兩件式系統包括一個圍繞錐體外緣的大型柔性薄膜，稱為環繞，以及一個直接連線到音圈的附加撓性元件，稱為蜘蛛。環繞還具有密封揚聲器（當其安裝在音箱中時）的功能。通常，環繞由多種不同的材料製成，例如摺疊紙張、布料、橡膠和泡沫。蜘蛛由不同的編織布料或合成材料構成，這些材料被壓縮形成柔性薄膜。以下兩幅圖說明了懸掛元件在揚聲器上的物理位置以及它們在揚聲器工作時的功能。
在將揚聲器應用於特定應用之前，必須提取一系列表徵揚聲器的引數。揚聲器的等效電路是開發音箱的關鍵。該電路透過等效的電氣、機械和聲學電路對揚聲器的所有方面進行建模。圖9 顯示了三個等效電路是如何連線的。電氣電路由音圈的直流電阻 Re、音圈電感的虛部 Le 以及音圈電感的實部 Revc 組成。機械系統具有模擬揚聲器不同物理引數的電氣元件。在機械電路中，Mm 是由運動質量引起的電容，Cm 是由運動質量的柔度引起的電感，而 Rm 是由懸掛系統引起的電阻。在聲學等效電路中，Ma 模擬空氣質量，Ra 模擬輻射阻抗[2]。該等效電路可以讓我們瞭解哪些引數會改變揚聲器的特性。圖10 顯示了使用揚聲器的等效電路得到的電輸入阻抗隨頻率的變化。
[1] 揚聲器設計食譜 第5版；Dickason, Vance., Audio Amateur Press, 1997. [2] Beranek, L. L. 聲學. 第2版. 聲學學會, Woodbridge, NY. 1993.