在音响系统的构建中,扬声器单元(喇叭单元)作为核心部件,负责将电信号转换成声音波形,其种类和特点对于音响系统的整体表现至关重要。专业音响设备中的扬声器单元种类多样,各自具有独特的特点和适用场景。
一、扬声器单元的分类方法
扬声器单元的分类方法多种多样,可以从不同角度进行划分。
按电-声转换的原理分
电磁式:利用电磁感应原理,将电信号转换为声音。
电动式:最常见的一种,利用通电线圈在磁场中受力运动的原理来推动振膜发声。
静电式:通过静电场的作用,使极薄的振膜振动发声。
压电式:利用压电材料的压电效应,将电信号转换为声音。
按单元振膜的形状分
锥盆单元:振膜为圆锥形,是最常见的扬声器单元类型。
平板单元:振膜为平板形,可以消除锥形扬声器的“前室效应”。
球顶单元:振膜为近似半球形,多用于高音单元。
带式单元:振膜为带状,可以消除传统扬声器的“分割振动”。
号角单元:振膜振动后,声音经过号角扩散出去,属于间接辐射式。
按所覆盖的频带分
低音单元:覆盖15—5000Hz的频率范围。
中音单元:覆盖500—7500Hz的频率范围。
高音单元:覆盖2.5—25kHz的频率范围。
全频带单元:能够覆盖以上全部频率范围。
二、专业音响设备中常见的扬声器单元种类及特点
锥盆单元
特点:结构简单,能量转换效率较高。锥盆式扬声单元主要分为高音、中音、低音和全频带四种类型,各类型的基本结构相同,只是口径和振膜材料有区别。振膜材料多以纸浆材料为主,也会掺入羊毛、蚕丝、碳纤维等材料以增加其刚性、内阻尼及防水等性能。此外,还有聚丙烯、陶瓷、云母碳化聚丙烯、碳纤维纺织、防弹布、硬质铝箔、CD波纹、玻璃纤维等复合材料制成的振膜,性能进一步提高。
应用:低音单元以锥盆式为主,也有少量平板式;中音单元多为锥盆式或球顶式。
球顶单元
特点:振膜为近似半球形,具有重放频带宽、指向性良好、瞬态特性好、相位特性好和失真小等特点。但扬声器工作效率较低,从结构的角度看很难做大,一般的球顶形扬声器的振膜小于5英寸。由于振膜较小,所以它的高频特性较好。
分类:从球顶结构上分,可分为正球顶单元和反球顶单元;从球顶材料上分,又分为硬球顶和软球顶两大类。硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、铍合金、镁合金、玻璃膜、钻石膜等数种,其音色明亮,具有金属感,适合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐。软球顶高音的振膜材料有丝绢膜、蚕线膜、橡胶膜和防弹布膜等数种,重播音乐时的高音灵巧、松弛,具有很好的自然表现力。
应用:一般用于高保真家用音响或专业监听音箱的高音单元或中音单元。
号角单元
特点:工作原理与锥盆一样,但声音的辐射方式不同。振膜的振动通过号筒与空气耦合而辐射声能。它的最大优点就是效率高,非线性失真通常小于纸盆扬声器,有尖锐的指向性。缺点是重放频率较窄。
应用:适用于专业音响中的中、高音单元。
平板单元
特点:核心是平面振动板,采用轻而刚性较强的蜂窝式平板或在刚性较强的金属锥形振膜中填充泡沫树酯制成。响应速度快、失真小、频响平坦均匀,扩散性好,重放音质细腻、层次感好。
应用:家庭影院系统、KTV大功率平板音响、背景音乐公共广播系统、多媒体电脑音响、充电蓝牙无线平板音响、充电插卡收音平板音响系统中广泛应用。
带式单元
特点:原理是给放置在匀强磁场中的导电薄膜施加音频电流,电流产生的磁场与匀强磁场相互排斥、吸引,使薄膜受力振动发声。振膜以铝合金或聚酰亚胺薄膜等材料为主,一般常见的以铝合金居多。其结构是由条状的磁铁构成N、S两极音的磁隙,而超薄铝带兼作振膜和音圈(铝带既是导体又是振体),放置在磁隙中。当铝带两端送入音频电流时,在磁场磁力线的作用下,铝带随音频电流的变化而产生振动,完成将音频信号转换成声音的过程。带式扬声器单元以重放中、高频为主,高频特性优异,音色纯正,可以得到清晰度极高、瞬态响应极快、相位畸变很小的高音。
应用:在专业音响设备中也有应用,但相对较少。
三、按设计和应用划分的扬声器单元种类及特点
全频单元
特点:能够覆盖宽广频率范围(通常指20Hz至20kHz)的单一扬声器单元。它通过一个振膜同时产生低音、中音和高音,无需分频器分割频率。结构简单,由于只有一个单元,没有复杂的分频器,减少了信号处理带来的失真。单个声源避免了多单元间的相位差异,音场表现更为一致。但难以同时优化所有频段的表现,可能导致某些频段失真或表现一般;很难同时做到低频下潜和高频延展,一般来说高频或低频的表现会有所妥协。
应用:适用于追求简洁高效的用户群体,如家庭影院和多媒体音响系统。
两分频单元
特点:由两个独立的扬声器单元组成,一个低音或中低音单元负责低频和部分中频,另一个高音单元(通常是球顶高音)处理高频。两者之间通过分频器连接,分频器负责将输入信号按预设的频率点分开,确保每个单元只处理其最擅长的频段。通过分工合作,每个单元可以更专注于其频率范围,提高整体音质和动态范围;相对于全频单元,两分频单元的频率响应范围更广,低频和高频表现较好。但相比全频单元,两分频系统成本更高,安装和调试也更复杂;如果分频器设计不当,可能会导致不同单元间的声音相位失配。
应用:在专业音响和家庭影院系统中广泛应用。
三分频单元
特点:进一步细分了音频频谱,由三个独立单元构成,低音单元、中音单元和高音单元各自负责低频、中频和高频。同样依赖于精密的分频器来分配信号,确保每个单元都能在最理想的频段内工作。提供最精细的声音分离和再现,每个频段都能得到最优化处理;中音单元的加入使得人声和乐器的还原更为真实、细腻。但设计复杂,材料和工艺要求高,调校难度增加,成本也相对较高;为了容纳更多的单元和分频器,系统通常较大,安装要求高。
应用:在追求极致音效的音响系统中尤为常见,如KTV应用设计的3分频扬声器系统。
四、特殊类型的扬声器单元
同轴单元
特点:实际上是低音和高音单元的组合体,高音巧妙地放置在低音振动膜的中心处,因此能保证高、低音的声学中心是同一个点,从而解决了相位偏差的问题。
应用:最著名的两种商品化同轴音箱都是英国的产品,一种是使用“郁金香”同轴单元的Tannoy(天朗),另一种是使用Uni-Q同轴单元的KEF。
专业音响设备中的扬声器单元种类繁多,各有千秋。在选择扬声器单元时,需要根据具体的应用场景、音质需求、预算以及安装空间等因素进行综合考虑。无论是全频单元、两分频单元还是三分频单元,以及特殊类型的同轴单元,都在音响系统中扮演着不可或缺的角色,为用户带来丰富多彩的听觉享受。同时,随着技术的不断发展,扬声器单元的材料、结构和性能也在不断提升和优化,为专业音响设备的发展提供了更多的可能性和选择空间。
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