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微型扬声器知识讲义整理：游小林随着通信事业的发展，近几年以来我国通讯终端产品产量增长很快。
扬声器越来越趋向微型化，而微型扬声器体积小，质量轻，所以在性能设计上有很大的局限性，设计一款优秀的微型扬声器，给消费者带来优质的听觉享受，是我们电声工程师孜孜不倦的追求。
根据电声前辈们积累下来的精华结合本人对微型扬声器的实践经验，编写了本讲义。
不妥之处敬请各位批评指正。
一．微型扬声器的结构主要由这几部分组成（盆架，磁钢，极片，音膜，音圈，前盖，接线板，阻尼布等）耳机喇叭结构如下图：外径为15mm手机喇叭结构如下图：外径为20mm手机受话器结构如下图：外径为11*7mm，高为2.6，外磁式。
二微型扬声器的发声原理1 应用的基本原理-------电，磁，力带有电流的导线切割磁力线，会受到磁场的作用力。
导线在磁场中的受力方向符合左手定律。
作用力大小F=BLI（B为磁感应强度，L为导线长度，I为电流）2微型扬声器的发声原理A 扬声器的磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场（磁感应强度的大小与方向处处相同的磁场）。
B. 扬声器的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜。
C. 音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力，带动振膜一起上下运动，振膜策动空气发出相应的声音。
D. 整个过程为：电—力---声的转换。
3 馈入信号与发出声音的对应A. 磁场恒定，音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化，B. 音圈在磁间隙中来回振动，其振动周期等于输入电流周期，振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱。
B.音圈有规则的带动振膜一起振动，策动空气发出与馈入信号相对应的声音。
三微型扬声器磁路的设计1.1磁场的产生A，安培分子电流假设：在原子、分子等物质微粒内部，存在一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两极相当于两个磁极。
B，磁场的产生：从宏观上看，磁场是由磁体或电流产生的；从微观上看，磁场是由运动电荷产生的。
扬声器的标准阻抗
扬声器的标准阻抗是指扬声器输入的信号电压U与信号电流的比值，即标称阻抗。
这个数值与扬声器的性能、设计、功率等密切相关，同时也受到扬声器的物理尺寸、材料、工作频率等因素的影响。
扬声器的标准阻抗通常是一个范围，而不是一个固定的数值。
例如，我国国家标准规定的音箱阻抗优选值有4Ω、8Ω、16Ω（国际标准推荐值为8Ω），并规定扬声器的标称阻抗为：扬声器谐振频率的峰值F0至第二个共振峰F1之间的最低阻抗值。
需要注意的是，扬声器的实际阻抗值可能会因不同的频率、不同的信号电压以及不同的工作环境等因素而有所变化。
因此，为了确保扬声器的性能和音质达到最佳效果，需要在使用过程中对扬声器的阻抗进行测量和调整。
Klippel操作指引Klippel 测试主要有三种测试模式：LPM测试（主要测参数，阻抗）LSI测试（主要测定位）SPL测试（主要测试SPL曲线及失真）。
以下就介绍这三种测试方法的详细操作指引。
一LPM测试1.测试之前先选好通道(一般情况，微型喇叭用SPEAKER 2,大喇叭用SPEAKER1)2.固定喇叭：将雷射激光对准喇叭中间反射面（可用涂改液涂在雷射光束照射喇叭位置，增强反射强度，白色贴纸也可），距离调至绿灯及黄灯皆连续亮，不闪动，将连接线正确接上喇叭正负端子。
3.参数设置1）建立档案，如图，选择第一行第一个图标，然后在弹出对话框选择New，然后输入档案名（一般为机种名）。
2）选择模块，在新建的档案中选择红框中的图标，然后在弹出的对话框中选择第三行LPM Linear parameters ,然后在右边的框内选择所需要的模块，例如：低频大喇叭选择倒数第三行的LPM Woofer T/S(Sp1)。
高音微型喇叭选择LPM Tweeter T/S(Sp2)3)设置参数，选择红框中图标，然后在在弹出的对话框中按照红框内内容输入。
4）点选绿箭头图标，就可以完成一个小信号测试。
二 LSI 测试LSI 测试一般是在测试LPM 的基础上再进行测试，喇叭的放置以及激光的调距都跟LPM 一样。
1.建立测试模块（以普通喇叭为例）选择左边第一行中LSI Woofer drive 右边选择（Default ）.注意1：微型喇叭，请选择LSI Headphone Nonlin.P.Sp2 ,高音喇叭请选择 LSI Tweeter Driver 。
注意2：KLIPPEL 大信号测试最多支持500 ohm 阻抗 ，超过500 ohm 将无法测试大信号，如果正好是500 ohm ,请在大信号的参数设置里将阻抗改为499，才可以继续进行测试。
输入振动面积 输入阻抗 输入功率2.设置参数选择Protection ，然后按红框内输入，点选Im/Export,,然后按照红框内容输入参数输入最大功率输入BL输入振动质量输入阻抗3.设置完点选绿色箭头按钮就可以进行测试了。
基于超声波的微型定向扬声器的设计微型定向扬声器是一种能够在特定方向上准确传播声音的装置，其工作原理基于超声波技术。
超声波是指频率高于20kHz的声波，它的特点是具有较短的波长和较小的散射，因此可以实现声音的高度聚焦和定向传播。
设计一个基于超声波的微型定向扬声器需要考虑以下几个方面：超声波发生器、声波聚焦装置、传声器和放大器。
首先是超声波发生器的设计。
超声波发生器主要作用是产生频率高于20kHz的声波信号。
可以采用压电陶瓷材料作为振动源，通过外加电压使其振动产生超声波。
在选择陶瓷材料时，需要考虑其谐振频率和振动模式，以及与电压的耦合效率。
其次是声波聚焦装置的设计。
声波聚焦装置主要作用是将超声波从发生器传播到目标方向，并实现声音的聚焦和定向。
可以采用声学透镜或声学阵列的形式来实现声波聚焦。
声学透镜可以通过改变声速和密度的分布来改变声波的传播路径，从而实现声音的聚焦。
声学阵列则是由多个传声器组成的，通过控制各个传声器的相位和振幅来实现声波的合成和控制。
接下来是传声器的选择和设计。
传声器主要作用是将电能转化为声能，并将声音传播到目标方向。
可以选择振动膜、振动臂、磁臂和电磁式传声器等不同类型的传声器。
在选择传声器时，需要考虑其频率响应特性、灵敏度和阻抗匹配等因素。
最后是放大器的设计。
放大器主要作用是为传声器提供足够的功率以驱动声音的产生。
可以选择恒功率放大器或电压放大器来实现对超声波信号的放大。
在放大器的设计中，还需要考虑功率效率、失真和抗噪声干扰能力等因素。
基于超声波的微型定向扬声器的设计涉及到超声波发生器、声波聚焦装置、传声器和放大器等多个方面。
通过合理选择和设计这些组成部分，可以实现对声音的高度聚焦和定向传播，从而实现微型定向扬声器的功能。
扬声器/喇叭的阻抗知识介绍
一般音响器材常见被提到阻抗的地方有喇叭的阻抗，前后级扩大机的输入阻抗，前级的输出阻抗，（后级通常不称输出阻抗，而称输出内阻），信号道线的传输阻碍抗（或称特性阻抗）......等等。
由于阻抗的单位仍是欧姆，也同样适用欧姆定律，因此一言以蔽之，在相同电压下，阻抗愈高将流过愈少的电流，阻抗愈低会流过愈多的电流。
最常见到的喇叭阻抗的标示值是八欧姆，这代表了这对喇叭在工厂测试规格时，当输入1KHz的正弦波信号，它呈现的阻抗值是八欧姆；或者是在喇叭的工作频率响应范围内，一个平均的阻抗值。
它可不是一个固定值，而是随着频率的不同而不同。
当后级输出一个固定电压给喇叭时，依照欧姆定律，四欧姆的喇叭会比八欧姆的喇叭多流过一倍的电流，理论上一部八欧姆输出一百瓦的晶体后级，在接上四欧姆喇叭时会自动变为二百瓦。
当喇叭的阻抗值一路下降时，后级输出一个固定电压，它流过的电流就会愈来愈大，到最后就有点像是把喇叭线直接短路，所以阻抗值有时会低至一欧姆的限制，超出此范围，机器就要烧掉了。
这也就是一般人常说的：后级的功率不用大，但输出电流要大的似是若非的道理。
怎么简易判别扬声器阻抗
怎么简易判别扬声器阻抗
根据直流电阻可否分辨出是4、8还是16欧的标称阻抗？
扬声器的阻抗有“阻”和“抗”组成，抗随频率变动而变动，铭牌上的阻抗只是一个参考值
书上介绍：直流电阻×1.2＝喇叭阻抗，一般，定义为400HZ时的阻抗
关键是如果您将3.5当4欧用了(3,5的喇叭接在输出变压器的4欧输出端),结果会怎样?
这么一点误差,除非是极端高保真场合,一般没有太大的影响.
就象6P1输出最佳阻抗是5K5,可是很多仿红灯711的机器用的输出都是初级0.1线2800T,次级0.57线84T,其初级阻抗只有4K多.
我当年也实测过几个6寸半橡皮边和纸边喇叭的阻抗图，特点如下：
1.在400Hz（标称阻抗对应频率）处阻抗值与直流电阻值之比大概在1.1~1.3；
2.低频谐振处阻抗呈LC谐振曲线状，峰值可为标称值的十几倍（过高的原因主要是测试不规范，前后声波叠加）；
3.中频段阻抗平稳几乎不变；
4.过扬声器标称最高有效频率后，阻抗呈斜线上升。
说的不对，请拍砖。
标称阻抗只是个参考值
同一阻抗不同型号的扬声器的频率－阻抗曲线都不一样，装上不同的箱体又不一样
同一扬声器，输入功率不同，作线性运动与非线性运动，阻抗又不一样
直流电阻是不变的，但还有模拟有功消耗的等值电阻是变动的。
搭车问一句：同样是阻抗为8欧的喇叭，0.25W的的20W的直流电阻一样吗？
基本一样的功率大直流电阻略小。
电阻不随功率大小变动。
1扬声器的阻抗公式Ze---扬声器阻抗m ad ---辐射质量R V ---扬声器音圈直流电阻r m ---机械系统的等效力阻Lv---扬声器音圈电感m d -----振膜质量A----力系数m V ---音圈质量2r ad --辐射阻S d ---弹波劲度S S ---折环劲度扬声器的阻抗由3部分组成，即音圈直流电阻、音圈感抗、动生阻抗。
（动生阻抗是由机械系统反应到电系统的阻抗，是由振动系统振动而产生的阻抗）2扬声器谐振频率 (HZ)（扬声器谐振频率是指扬声器低频谐振频率或最低谐振频率）ƒo ---扬声器谐振频率S o ---等效劲度s o =s d +s s s d =弹波劲度s s =折环劲度m o ---等效质量m o =m d +2m ad +m v m d =振膜质量 m v =音圈质量2m ad =16/3*ρo *a³ρo =空气密度a=振膜半径谐振频率的调节加大振膜质量，会降低谐振频率，但质量过大会使扬声器灵敏度降低增加振膜与弹波的顺性，会降低谐振频率，但顺性太大会使振膜振幅加大，导致失真加大和功率承受能力扬声器的口径越大，其谐振频率越低3扬声器有效辐射面积（扬声器振膜的投影面积，可认为是锥体与1/2折环的投影面积）S D =有效辐射面积D=有效辐射直径有效辐射面积与辐射质量的关系1.54BL值(T*M)（BL值称为力系数，它源于扬声器最基本的公式，即载流导体在磁场中受到的力 F=BLI）F=BLIB=磁隙磁通密度L=音圈导线长度I=导线电流BL值与扬声器的总品质因数Q TS 的关系如下S D =π（0.5D）²2m ad =16/3*ρo *a³=0.575S DZ e=R V +j ωLv+BL=Cms = 1/[( 2πFo )2•Mms]So：是振动系统的等效力劲，即支撑振动系统的鼓纸Edge和弹波等弹簧系统的刚度，其倒数是顺性Cms=1/ SoCms：即顺性Co，表示上述弹簧系统的柔软度。
关于微型扬声器阻抗曲线的一些探讨费艳锋（生辉电器制品有限公司 广东顺德 528309）摘要文章通过对微型扬声器的阻抗曲线测试分析，说明微型扬声器在测试电压加大的条件下微型扬声器所特有的现象，对此特有现象做了初步分析。
并对通常条件下微型扬声器阻抗曲线测试时的电压怎样选择和怎样测试做了说明。
关键词微型扬声器阻抗曲线额定阻抗共振频率Some Discussing about the Impedance Curve of MicroLoudspeakerFEI Yan-feng(Sangfai Electrical Manufacture Limited Shunde Guangdong 528309)Abstract: By the analysis of impedance curve of the micro loudspeaker, we explain the proper measure phenomenon of micro loudspeaker with large signal voltage. and then offer the method how to select the measure voltage and to operate the measurement of the micro loudspeakerKey words: Micro loudspeaker Impedance Curve Rated Impedance Resonant Frequency前言：微型扬声器特性参数中有额定阻抗和共振频率这两项，此两项参数是微型扬声器的基本重要参数，通常从阻抗频率特性曲线（阻抗曲线图1）上读取。
读取方法为：额定阻抗可以阻抗曲线上紧跟在第一个极大值后面的极小值对应的阻抗为扬声器额定阻抗（图1中的“Min”对应纵坐标阻抗数值）；共振频率是在扬声器单元的阻抗模值随频率递增变化的曲线上，出现第一个阻抗极大值时的频率（即谐振峰的最高点“Max”对应横坐标频率数值 图1）。
一个正确测量得到的阻抗曲线才能得到比较精确的额定阻抗值和共振频率，从而对后续的许多电声设计给出方向。
图1 阻抗曲线的额定阻抗和共振频率读取示意图关于锥形扬声器分析讨论很多技术人员做了许多，在微型动圈扬声器上似乎并不多，下文将通过对微型扬声器阻抗曲线的探讨，使关于微型扬声器阻抗曲线能进行更深入的讨论。
1．测量电压变化对阻抗曲线的影响测量电压变化对阻抗曲线的影响，在锥型扬声器上早就有其自己的见解（见图2）图2 锥形扬声器电压变化对应劲度变化曲线图2中电压箭头方向对应着测量电压依次变大。
可以看见在大测量电压下，Kms(劲度)曲线的谷点是变小的，也即Cms（力顺）会变大，因此我们测量到的锥形扬声器共振频率普遍会随电压增大而降低一些。
（具体原理分析本文不做讨论）微型扬声器是否跟锥形扬声器的阻抗测试是否产生的现象一样？用某款微型扬声器A在阳光1600电声测试仪上进行阻抗曲线测试。
微型扬声器A的规格参数为额定阻抗8Ω，额定功率0.5W 、振动膜片0.025mmPEN 、音圈线径 0.055mm。
测试微型扬声器A阻抗测试电压变化对应共振频率和阻抗值数据及对应阻抗曲线如下：测试功率/电压 共振频率（F0） 阻抗值0．1W/0.89V 626Hz 8.5Ω(2kHz)0．2W/1.26V 637Hz 8.7Ω(2kHz)0．4W/1.79V 650Hz 8.9Ω(2kHz)0．5W/2.00V 651Hz 9.4Ω(2kHz)0．8W/2.53V 657Hz 9.9Ω(2kHz)图3 测试电压（功率）变化下阻抗曲线由上面的数据和阻抗曲线图可以看到微型扬声器A在测试电压加大的条件下，共振频率（F0）和阻抗的数值都随之变大，共振频率升高的现象跟锥形扬声器的测试结论完全相反！（阻抗曲线变化如图3）测试电压加大微型扬声器共振频率变高，详细的分析第3节进行论述。
测试电压加大微型扬声器阻抗读取数值变大，从理论分析上看：输入给扬声器的电压加大必然使音圈的温度上升，音圈线的直流电阻是随温度升高而阻值变高的。
从温度计实际“间接测量与音圈结合处膜片温度”也得以验证，测试电压加大音圈产生的温度上升，从而得到阻抗随测试电压的加大而增加。
在温度计测试音圈温度时得到一个有趣的数据（不详细列出数据），即整个音圈的温度上升在音圈所处的平面上也是不均匀的，在音圈的出线部位温度的升高明显比同平面音圈其他部位温升高。
2． 阻抗曲线的测试电压正确选取从前面的数据看阻抗曲线测试时的电压（功率）选取对微型扬声器的阻抗测量有很大的影响，正确的测量电压才能得到比较精确的测量数值。
怎样得到比较正确的阻抗测试电压，是阻抗测试最重要的一个环节。
对于微型扬声器测试电压的选取我们可以从GB 9396-96《扬声器主要性能测试方法》上到以下公式[1]计算：eN P 10W W ≤≤时） （公式 1）eN P < 1W 时） （公式 2）Pe N 额定噪声功率，WPeo 1 W 电功率Z 额定阻抗，ΩU 阻抗测试电压，V如额定阻抗8Ω，额定功率0.5W 的微型扬声器其测试阻抗曲线的电压按公式2计算得到的阻抗测试电压为0.89V。
对应前面的某款微型扬声器A 测试数据，在此电压下测量阻抗曲线，此时从阻抗曲线上读取的额定阻抗和共振频率与后续功率加大一倍的条件下测试对比额定阻抗和共振频率变化不大。
但测试功率达到额定功率或超过时，明显额定阻抗的数值已经达到20%的误差。
而通过公式2计算得到测试电压0.89V 测到的阻抗曲线是合适且合理的。
在标注的功率不一样时，主要是测试信号的不一样对应的功率不一样，在测试电压的计算上会有一定范围的误差，即微型扬声器的功率标注会给阻抗曲线测试电压的精确计算带来偏差。
目前微型扬声器功率标注和实验条件的混乱，已经是行业内头疼的问题。
在微型扬声器的阻抗测试电压的计算上，特别应该注意的是公式1、2不能用于工作在压力场中的微型扬声器，如耳机扬声器和受话器的阻抗曲线的测量电压，耳机扬声器和受话器测试阻抗都是用1mW 的功率电压测试。
3． 阻抗曲线测试电压与共振频率的改变是否有必然关系从上面一款微型扬声器A 的测试数据上看似乎测试电压和共振频率的改变有着必然的联系：阻抗测试电压加大共振频率和额定阻抗也加大的现象。
从上面的分析阻抗数值时已经明确测试电压的加大，带来音圈的温度的升高。
一个扬声器的共振频率只与质量和顺性有关系[2]。
手机微型扬声器B:额定阻抗4Ω，额定功率0.8W 0.038mmPEN 音圈直径12.3mm 线径 0.09mm。
阻抗测试电压变化对应共振频率和阻抗值数据如下：测试功率/电压 共振频率（F0） 阻抗值0．1W/0.62V 610Hz 4.2Ω(2kHz)0．2W/0.89V 607Hz 4.2Ω(2kHz)0．4W/1.26V 607Hz 4.4Ω(2kHz)0．8W/1.79V 608Hz 4.6Ω(2kHz)图4 微型扬声器B测试电压（功率）改变阻抗曲线从测试数据上来看，微型扬声器B测试电压的变化对阻抗值和共振频率的影响不大，实际测量加大电压后微型扬声器B温度变化也变化不大。
微型扬声器B音圈线线径、音圈直径都被加大。
温度上升明显没有细音圈线径、小音圈直径的温度上升明显，从阻抗曲线上看小幅的温升只能带来阻抗值的小幅度升高。
从共振频率的计算公式上看，共振频率只跟振动的质量和顺性有关系[2]，所以共振频率的改变只能是振动质量和顺性的变化。
从阻抗测试的过程中看，表面的现象是测试电压到音圈温升，由音圈温升去改变其它。
由音圈温升与电阻关系公式[3]（公式3）计算得到：当电阻增加1欧姆其音圈温度可以上升到50多度，当电阻增加1.5欧姆时其音圈温度可以上升到约70度。
膜片（微型扬声器常用的振动膜片为塑料/树脂薄膜）在温度变化下其应力等是变化的，应力的变化影响到膜片的顺性，导致顺性降低，共振频率上升。
微型扬声器在阻抗曲线测试时共振频率的变化条件是：音圈的温升温度和振动膜片内应力变化二者共同作用的结果。
音圈的温升温度高低：一是外部输入的测试电压，二是音圈自己本身的发热能力的大小；振动膜片内应力变化：一是外界温度的高低，二是振动膜片本身受温度的改变内应力变化的大小。
R L=Re[1+0.00394(T2-T1)] （公式3）R L 音圈温升后电阻Re 音圈温升前电阻T1 音圈起始温度（℃）T2音圈温升温度（℃）备注：公式中0.00394为铜线的导体阻抗温度转换系数，铝线的导体阻抗温度转换系数为：0.00407至此就可以解释微型扬声器A在阻抗曲线测试时共振频率明显随测试电压改变，（见图3实测曲线）而微型扬声器B的共振频率随测试电压变化不明显。
(见图4实测曲线)微型扬声器A的共振频率随测试电压的改变主要是由于输入电压加大导致音圈温升，温升导致膜片的应力的变化，膜片应力的变化影响到膜片的顺性，顺性的改变影响到共振频率；而微型扬声器B的音圈温升低、膜片厚，测试电压加大共振频率并无大的变化。
测试电压加大与微型扬声器的共振频率的改变有联系，但无必然联系。
4．阻抗曲线能表达的其他电声现象阻抗曲线不仅能直观的给出微型扬声器的两个重要的基本参数：额定阻抗和共振频率，还能反应微型扬声器背部气孔的阻尼状况、谐波失真等。
图5微型扬声器背部阻尼的变化反映在阻抗曲线谐振峰的高低。
从电声参数看，当微型扬声器背部阻尼材料的变化引起阻抗曲线谐振峰的变化其实就是改变了此微型扬声器C的Qts(总品质因数)，同时频响曲线也有对应的改变。
（图 6 微型扬声器C阻抗曲线变化对应频响曲线的变化）。
图5 微型扬声器C背部阻尼改变对阻抗曲线的影响图6 微型扬声器C阻抗曲线变化对应频响曲线的变化在实际测试运用中发现，当阻抗曲线某些频段出现异常的“抖动”（图7 5kHz处），往往也对应了微型扬声器频响或失真曲线出现异常的“抖动”。
图7 微型扬声器B“异常抖动”阻抗曲线图8 微型扬声器B失真改善后阻抗曲线图 9 微型扬声器B阻抗曲线“异常抖动”点对应的失真曲线改善前、后变化 在实际测试中阻抗曲线一些异常的“抖动”往往是不被很多设计者在意和注重的，图9是微型扬声器B改善失真前后阻抗曲线变化和总谐波失真曲线前后对比。
从前后的对比可以看到阻抗曲线的“异常抖动”能反应出微型扬声器失真曲线对应频段的“异常抖动”（5kHz频段阻抗曲线“异常抖动”与对应频点的总谐波失真）。
（如图7、8、9） 用有限元分析软件ANSYS对微型扬声器B的失真改善前、后膜片振动模态的模拟得到阻抗曲线的“抖动”对应了振动膜片不同的振动状况。
（如图10、图11）图10微型扬声器B阻抗曲线“异常抖动”点对应膜片振动模态图11微型扬声器B阻抗曲线“无异常抖动”点对应膜片振动模态虽然有时阻抗曲线的“异常抖动”不一定能反应到大部分的微型扬声器频率响曲线上（即阻抗曲线 “异常抖动”有时也会影响到频响曲线的异常“掉谷”，大多数情况下表现为失真曲线的“异常抖动”），但是阻抗曲线的“异常抖动”在微型扬声器开发设计和生产时需加以严正考虑。
