揚聲器是我們聽覺體驗中不可或缺的組成部分，它將電信號轉換成我們感知到的充滿活力的聲音。揚聲器普遍使用于各種會發出聲音的電子設備，是常見且不可或缺的產品。不過，看似簡單的揚聲器，仍需要去了解一下揚聲器如何運作，以及其如何影響聲音產生的復雜性，必須深入研究其底層機制和關鍵元器件。本文將全面概述揚聲器在音頻設計中的使用，包括其基本操作、關鍵規格、設計注意事項、錐體和磁鐵類型等等，以及Same Sky所推出的揚聲器產品特性。

揚聲器的運作原理與技術規格

揚聲器的聲音產生涉及電磁和機械運動之間的精確相互作用。它始于電信號，電信號是我們想要聽到的音頻的表現方式。該信號可以來自各種來源，例如智能手機、筆記本電腦或任何其他能夠產生音頻的設備。

在揚聲器內部，關鍵元器件開始發揮作用。核心元器件是音圈和永磁體。音圈由線制成，連接到柔性錐體或振膜。該音圈環繞著堅固的永磁體，為聲音產生奠定了基礎。當電信號流過揚聲器的電線時，它會給音圈通電，啟動一系列受電磁控制的動作。這種電能在線圈周圍產生磁場，其極性與電信號的變化相一致。

揚聲器操作的本質在于這些磁場之間的相互作用，隨著磁場的波動，它們交替排斥和吸引，推動音圈及其連接的錐體快速振蕩。振蕩運動與周圍的空氣分子相互作用，使它們與錐體的運動同步振動。這些振動的空氣分子產生壓力波，通過空氣傳播，最終以聲音的形式到達我們的耳朵。

在介紹揚聲器操作和結構的基礎知識之前，我們需要先了解設計選擇揚聲器時，需要考慮的各種關鍵規格和性能標準。

首先，聲壓級（SPL）的測量單位是分貝（dB），用于測量空氣中聲波的強度，即聲音的響度。聲壓級受聲源距離和環境條件等因素的影響。聲壓級也是評估各種環境中噪聲水平的重要參數，從工業環境到住宅區，為噪聲控制和調節提供了寶貴的信息。

最大輸入的測量單位是瓦（W），是可在極短時間內使用而不會永久損壞揚聲器的最大功率。標稱輸入功率的測量單位也是瓦（W），是揚聲器在長期使用期間可以安全處理的功率。

阻抗的測量單位是歐姆（Ohm），阻抗是放大器電流流動的阻力。較低的阻抗標稱值代表著揚聲器消耗的功率越大。將揚聲器阻抗與放大器兼容的阻抗相匹配很重要，以確保最佳性能并防止設備受到潛在損壞。匹配阻抗還有助于實現有效的功率傳輸，并保持音頻再現的保真度。

共振頻率指的是揚聲器振動最有效的頻率，其測量單位是赫茲（Hz），共振頻率規格提供了一種大致比較不同揚聲器低頻響應的方法。此外，頻率范圍由揚聲器的尺寸決定，較小的揚聲器在較高頻率下運行最佳，而較大的揚聲器在較低頻率范圍內運行更佳。低頻用于重低音，而中頻用于語音再現。

總Q值是指Theile-Small值，可作為確定理想箱體類型的廣泛參考�？俀值為0.4或更低表明揚聲器最適合通風箱體。如果總Q值介于0.4和0.7之間，則建議使用密封箱體�？俀值為0.7或更高表明揚聲器適合自由空氣、半開放式或無限擋板設置。然而，這些準則也有例外，評估所有相關參數非常重要。

揚聲器尺寸、形狀、安裝與測試注意事項

一般來說，表面積較大的揚聲器在相同驅動信號下會產生更大的聲級，并且低頻響應也更好。使用DSP預失真可以大大增強小型揚聲器的性能，這種技術通常用于手機和筆記本電腦設計中。通過設計揚聲器背面的外殼，可以實現少量的性能增強。

揚聲器錐體的形狀通常由可用的安裝空間決定，橢圓形揚聲器錐體允許將更大的揚聲器錐體表面積放入非方形空間。應檢查揚聲器的頻率響應圖，以確定揚聲器的尺寸或形狀是否對揚聲器的預期性能產生不利影響。

至于連接配置，揚聲器有多種選擇，具體取決于應用需求，包括導線、通孔、焊盤等。此外，揚聲器可以配備各種防護等級（IP），用于處理惡劣環境中的濕氣和污染物。另一方面，揚聲器沒有使用壽命等級，因為它們在額定規格內使用時可提供多年的可靠性能。

在使用上述關鍵規格選擇揚聲器之后，可以進行幾項額外的揚聲器測量和測試，以確保揚聲器正確集成到設計中并符合規格。

首先可以測試頻率響應，這是音頻元器件再現可聽聲音范圍的視覺表現方式。步進頻率掃描則類似于頻率響應，但專門針對混疊頻率以獲得更全面的頻率響應。

另一方面，測試電平與增益也相當重要，電平是確定設備可以輸出多少能量的關鍵，增益是設備的輸出電平除以設備的輸入電平的測量值。此外，也需測量總諧波失真加噪聲（THD+N），諧波失真是音頻信號中不必要的新音調的添加。THD+N是一個方便且有說服力的單一數字性能，被廣泛理解和接受。

相位測量則用于描述從參考波形測量的周期波形，在一個周期中的正或負時間偏移。兩種最常見的測量是設備輸入／輸出相位和通道間相位（針對系統中的多個揚聲器）。摩擦與嗡嗡聲則用于測試揚聲器，可以檢測響應低頻刺激而產生的高頻諧波產物的存在。

Thiele-Small值則用于捕獲被測揚聲器的復數阻抗，并提供計算出的機電參數，這些參數定義揚聲器驅動器的低頻性能。Thiele-Small結果（包括總Q值）準確描述了揚聲器和外殼之間的相互作用，對揚聲器系統設計和生產測試都至關重要。揚聲器阻抗是揚聲器對交流（AC）信號（例如來自放大器的音頻）流動的阻力的量度。它以歐姆為單位，表示揚聲器對電信號的阻力。

頻率響應曲線對于揚聲器相當重要，“響應”一詞表示揚聲器重現輸入頻率的能力。繪制這些數據時，它會形成一個頻率響應圖，以直觀的方式表示揚聲器產生的振幅與頻率的關系。縱軸標記為聲音的級別，單位為分貝（dB），橫軸標記為頻率，單位為赫茲（Hz）。

選擇理想的揚聲器錐體與磁鐵材料

揚聲器錐體所用的材料類型以及其他因素都會影響音質。通過聆聽和實驗來評估這一點比僅僅依靠數字和數據更為準確。常見錐體材料的耐用性也是需要考慮的重要因素。通常，塑料最耐用，其次是紙和布，然后是發泡材料。然而，揚聲器的實際壽命取決于濕度、環境和應用細節等因素。

用塑料制成的揚聲器錐體因其耐用性，以及對灰塵和水等環境因素的抵抗力而廣受歡迎。它們還易于制造且具有精確的公差，從而在減少失真和音質方面具有更好的性能。塑料振膜可快速吸收和消散機械能，表現出類似于傳統紙錐的良好阻尼特性。雖然通常被稱為塑料，但這些材料包含各種復合材料，成本因厚度、壓制技術、尺寸和耐溫性等因素而異。

紙和布錐體以出色的音質和自阻尼而聞名，但可能會受到濕度的影響。它們由各種木纖維和棉花和羊毛等添加劑制成，混合以達到特定的聲音特性。這種混合物增強了強度并彌補了弱點，從而產生了不同的聲音。由于重量輕，它們主要用于大型揚聲器。

發泡材料很少用作振膜的唯一材料，通常與金屬、塑料或紙等其他材料混合使用。在復合振膜中，發泡材料被加入夾層中。其主要功能是增強內部損耗，這是揚聲器的關鍵物理特性。

高內部損耗有助于最大限度地減少原材料固有的聲音特性。例如，金屬振膜的內部損耗較低，容易產生金屬聲。相反，紙錐具有更高的內部損耗，從而產生更自然的聲音，原材料音色的影響最小。

揚聲器整體結構和性能的另一個關鍵組成部分是磁鐵類型。首先，鐵氧體磁鐵，也稱為陶瓷磁鐵，是一種低成本磁鐵，可以很好地保持其磁強度。它們很重，通常不用于需要便攜性的應用。裝有鐵氧體磁鐵的揚聲器在接近最大處理能力時音質會更好。鐵氧體磁鐵還非常適合潮濕環境下的應用，因為它們具有天然的耐腐蝕性。

鋁鎳鈷（AlNiCo）磁鐵是揚聲器中使用的第一種磁鐵，它有助于使揚聲器產生平滑的經典音調。采用鋁鎳鈷磁鐵的揚聲器比基于鐵氧體的揚聲器更昂貴，但它們不易破裂。這些磁鐵在當今肯定不如釹磁鐵（NdFeB）常見，但它們仍可用于需要精確調諧的高端應用。

釹磁鐵也稱為稀土磁鐵，可提供已知的所有永磁體中最高的磁場強度。用釹磁鐵制成的揚聲器具有良好的頻率響應，重量輕，并且比采用鐵氧體或鋁鎳鈷磁鐵的揚聲器小得多。這使它們成為需要輸出高聲壓級的小型揚聲器的理想磁鐵，釹磁鐵的主要缺點是它們更容易破碎。

釤鈷（SmCo）磁鐵由于成本較高，因此使用頻率低于其他類型的磁鐵。它們的主要優勢是耐腐蝕，并且在極端溫度變化時輸出穩定，非常適合惡劣環境。它們容易破碎，強度不如釹磁鐵。然而，成本仍然是它們最大的缺點。

多種規格的完整揚聲器系列產品

Same Sky的揚聲器產品可提供具有10毫米至205毫米的框架尺寸和72至135分貝的聲壓級，可提供滿足客戶聲音要求的質量和便利性。Same Sky的揚聲器選擇包括各種框架形狀、磁鐵類型和安裝方式，可快速配合客戶的設計。Same Sky還可以透過一些機械和電氣修改來客制化適合客戶的揚聲器。

Same Sky推出的揚聲器類型包括微型揚聲器與標準揚聲器。為了順應小型化趨勢，Same Sky提供了一系列微型揚聲器，其緊湊封裝尺寸小至10毫米，深度低至2毫米。Same Sky的微型揚聲器的聲壓級為72至135 dB，阻抗額定值為4、6、8、16、20、25、32或50歐姆，諧振頻率高達1700 Hz。

作為業界的主力，Same Sky的標準揚聲器專為高功率輸出和可靠的性能而設計，封裝尺寸范圍為41至205毫米。Same Sky的標準揚聲器具有78至107 dB的聲壓級、50至3000 Hz的諧振頻率，以及4、6、8、16或32歐姆的額定阻抗。

Same Sky提供各種錐體類型、磁鐵類型、框架形狀和安裝方式，可讓客戶輕松找到適合設計需求的揚聲器。另提供多種高音揚聲器型號，以及專為滿足IEC 60601-1-8監管標準，可配合醫療警報訊號要求而設計的醫用揚聲器。Same Sky還提供音頻設計服務，可幫助工程師進行關鍵的揚聲器測量和測試。歡迎到以下網址搜尋適合自己需求的揚聲器：https://www.arrow.com/zh-cn/manufacturers/cui-devices/audio-components/speakers 。

結語

了解揚聲器的機制可以讓工程師打造身臨其境的聽覺體驗，本文中介紹了多種元器件和規格，可以協助客戶選擇合適的揚聲器。然而，即使對關鍵揚聲器參數有了更深入的了解，還需要搭配在最終設計中對所選揚聲器的正確測試和測量。Same Sky推出的全系列微型揚聲器和標準揚聲器可滿足客戶多樣性的需求，同時Same Sky的音頻設計服務也可以為客戶提供額外的幫助！