摘要：針對傳統(tǒng)揚聲器的缺點，提出了一種平板揚聲器的設(shè)計。揚聲器由軟磁材料、音圈、平板發(fā)聲盤、環(huán)形導(dǎo)電線圈、偏磁線圈組成，并將音圈固定在以軟磁材料形成的半閉合磁路上，音圖形成的電流通過導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生互感磁通而迫使發(fā)聲盤振動，從而帶動揚聲器的振膜振動而發(fā)聲。實踐表明該揚聲器具有頻響寬、功率大、失真小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，既能滿足高保真音響和家庭影院系統(tǒng)需求，又能應(yīng)用于多媒體音響系統(tǒng)的小型化要求，具有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：平板揚聲器；軟磁材料；音圈；偏磁線圈
0 引言
傳統(tǒng)揚聲器是用音圈推動一個尺寸固定的紙盆而發(fā)聲，其自身的結(jié)構(gòu)與特點決定了揚聲器不能實現(xiàn)平板化與小型化。其次、固定的振動盆直徑，使得揚聲器通頻帶很窄，幅頻特性很差，整個頻響特性具有在其機械諧振頻率點上呈單峰特性，致使高保真音箱不得不以高、中、低音揚聲器用分頻組合方式來實現(xiàn)。音圈是推動器，又是發(fā)聲體的一部份，其自身的機械結(jié)構(gòu)與性能產(chǎn)生矛盾，特別是在高保真系統(tǒng)中，要實現(xiàn)大的動態(tài)范圍，則要求功率要大，這樣對音圈的機械強度要求高，線圈不得不做得結(jié)實些，但這樣音圈的機械慣性增大，高頻特性將大大下降，為了同時滿足機械強度與高頻特性的需要，音圈通常都工作在極限環(huán)境中，極易燒毀。因此，用傳統(tǒng)揚聲器設(shè)計制造的高保真音箱體積大、成本高、可靠性差。
為適應(yīng)現(xiàn)代音響對音箱的寬頻響、寬指向性和小型化的要求，平板揚聲器開始“浮出水面”，并以其突出的優(yōu)勢展現(xiàn)出極為誘人的應(yīng)用前景。較為典型的有NXT平板揚聲器和等磁場帶式揚聲器，但它們都存在低頻響應(yīng)不足、音質(zhì)差等缺點。本文給出一種平板揚聲器系統(tǒng)，通過對其結(jié)構(gòu)分析可知，用它作為高保真音箱的發(fā)聲體，可顯著提高平板音箱的低頻響應(yīng)，使平板音箱的頻響特性更加平坦。
1 平板揚聲器結(jié)構(gòu)與原理
1．1 平板揚聲器的結(jié)構(gòu)
平板揚聲器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由軟磁材料、音圈、平板發(fā)聲盤、環(huán)形導(dǎo)電線圈、偏磁線圈組成。其結(jié)構(gòu)要求音圈固定在以軟磁材料為支架的半閉合磁路上，振動發(fā)聲盤為四邊固定的張緊的柔性導(dǎo)電盤或內(nèi)部相嵌有多個(3個以上)同心導(dǎo)電環(huán)的柔性圓盤構(gòu)成，并保證磁路完全穿過振動盤。偏磁線圈的作用是在揚聲器工作時加入合適的直流或超音頻交流偏磁電流，使磁路中的音頻磁場避開磁化曲線的非線性區(qū)。
平板揚聲器發(fā)聲盤的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中圖2(a)為環(huán)狀導(dǎo)電環(huán)的發(fā)聲盤，在其內(nèi)部相嵌有環(huán)形導(dǎo)電線圈，其分布要求盡可能密些，發(fā)音膜的柔韌性要好，內(nèi)孔徑?jīng)Q定它的高頻特性，發(fā)音盤的內(nèi)外環(huán)形導(dǎo)電線圈直徑比值越大，幅頻特性越寬，導(dǎo)電環(huán)的數(shù)量越多，分布越均勻，揚聲器幅頻特性越平坦。圖2(b)為軟性導(dǎo)電盤，由柔性的導(dǎo)電膜或柔性的金屬網(wǎng)膜構(gòu)成，要求柔韌性好。發(fā)聲盤的外徑主要決定揚聲器低頻特性，其越大低頻特性越好，幅頻特性越寬。
1．2 平板揚聲器工作原理
當(dāng)音圈中通過經(jīng)功放放大的音頻電流時，音頻電流在軟磁材料中產(chǎn)生的音頻變化磁通穿過發(fā)聲盤，平板發(fā)聲盤內(nèi)的各導(dǎo)電環(huán)產(chǎn)生互感磁通，互感磁場與音頻磁場相互作用而迫使發(fā)聲盤產(chǎn)生音頻的機械振動而發(fā)聲。由于軟磁材料的磁化曲線是非線性的，使得音頻電流的過零點產(chǎn)生很大的失真。因此在磁路中加一個偏磁線圈，外加一恒定的直流或超音頻交流偏磁電流，精確調(diào)整偏磁電流的大小和音頻信號的幅度，使音頻磁通避開磁化曲線的非線性區(qū)。
2 平板揚聲器應(yīng)用與特點分析
2．1 平板揚聲器應(yīng)用
平板揚聲器應(yīng)用示意如圖3所示，其中超音頻交流振蕩電路或直流穩(wěn)壓電源為偏磁線圈提供偏磁電流，R為限流電阻，為了使偏磁線圈不會對音頻磁通短路，要求R盡可能大些，RW是最佳偏磁調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)其大小可保證加給揚聲器的直流(或交流)偏磁剛好使音頻信號磁場在軟磁體的磁化曲線的線性段中間。功率放大器輸出的音頻信號加到音圈上，將音頻電流轉(zhuǎn)變成音頻變化的磁場，此磁場穿過發(fā)聲盤各導(dǎo)電環(huán)，各導(dǎo)電環(huán)的互感磁場與音頻磁場相互作用而推動發(fā)聲盤還原高保真聲場。
2．2 平板揚聲器特點分析
該設(shè)計的平板揚聲器具有頻響寬、功率大、失真小、體型薄、外形隨意、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、不易破損及無磁干擾等特點。
(1)頻響寬。由于揚聲器振動發(fā)聲盤內(nèi)相嵌有多個放射狀排列的同心導(dǎo)電環(huán)，各環(huán)的半徑不一樣，各個環(huán)在單獨作用時就有不同的機械諧振頻率，導(dǎo)電環(huán)的數(shù)量越多，分布越均勻，揚聲器幅頻特性越平坦，不再在傳統(tǒng)揚聲器發(fā)音盤尺寸固定而產(chǎn)生單一波峰的幅頻特性；發(fā)聲盤的外內(nèi)徑比值越大，幅頻特性越寬；很容易就能在一個揚聲器上實現(xiàn)了從20 Hz～20 kHz的平坦的幅頻特性。
(2)輸出功率大。由于音圈固定在磁路上，它可做得更粗，更結(jié)實，不存在傳統(tǒng)的揚聲器音圈易燒毀，易振與松動的現(xiàn)象，發(fā)音盤中的環(huán)形導(dǎo)電線圈進(jìn)一步起到音膜加固作用，比傳統(tǒng)揚聲器發(fā)音膜具有更強的機械特性，從而使輸出功率更大。
(3)失真小。平板揚聲器在磁路中加一個偏磁線圈，揚聲器工作時加入合適的直流或超音頻交流偏磁電流在偏磁線圈上，使磁路中的音頻磁場避開磁化曲線的非線性區(qū)，音頻信號磁場幾乎不失真地加在了發(fā)音盤上，從而使本揚聲器的失真非常小。
(4)體型薄。該揚聲器中使用了平面的發(fā)音盤，故揚聲器可做得很薄，它的厚度主要由磁路結(jié)構(gòu)與發(fā)音盤振動所需的空間決定。
(5)外形設(shè)計隨意。在該揚聲器中，只要將磁通穿過發(fā)音盤的中心孔，對磁路的形狀沒有要求，發(fā)音盤不一定非要圓形，它們均可根據(jù)美學(xué)與機械要求設(shè)計成任意形狀，發(fā)音盤的表面便是各種藝術(shù)繪畫作器的最佳居所。
(6)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、不易破損。該揚聲器中磁路結(jié)構(gòu)簡單，各部分配合精度要求不高，音圈、磁路、發(fā)音盤可由產(chǎn)家做好后由普通用戶自行安裝。由于發(fā)音盤使用了多個導(dǎo)電環(huán)驅(qū)動方式，即使某部分導(dǎo)電環(huán)損壞，其他環(huán)仍可正常工作，不會對揚聲器產(chǎn)生致命的影響。而傳統(tǒng)的音圈驅(qū)動方式，一旦音圈燒壞，就不能再繼續(xù)使用。
3 結(jié)語
平板揚聲器技術(shù)最大的優(yōu)勢在于體積的薄小，非常符合現(xiàn)代硬件設(shè)備小型化的趨勢。該設(shè)計的平板揚聲器能滿足高保真音響和家庭影院系統(tǒng)所要求的寬頻響、寬指向性，也能應(yīng)用于多媒體音響系統(tǒng)的小型化要求，具有較好的應(yīng)用前景。
下載文檔
