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无线电电子与电气工程百科全书 车里的扩音器。 无线电电子电气工程百科全书
要创建一个良好的现代汽车音响系统，安装现成的“扬声器”并将其连接到收音机显然是不够的。 因此，在讨论了无线电录音机之后，建议考虑一下驾车者使用的现代扬声器设计。 本文第二部分将给出一个国产动圈头主要参数表。 在杂志的下一期中，我们将继续描述汽车中音频系统组件的选择、放置和安装阶段。 在为汽车音响系统选择电动头或扬声器（俗称“扬声器”）时，必须记住，自然界中不存在理想的情况。 每个品牌都会有其追随者，因此找出哪些品牌“值得所有人”至少是没有意义的。 应优先考虑那些能够更好地履行其职责的人。 不要忘记，开发人员在改进某些指标或参数时，往往会以牺牲其他指标或参数为代价进行妥协。 因此，不存在也不可能存在同样适用于所有情况的通用解决方案。 另请注意，没有单一的方法来测试汽车扬声器系统 (AC)。 除了一些标准化的方法外，很多厂商在评价自己的产品时，还使用自己的方法，夸大自己的尊严，甚至赤裸裸地撒谎。 例如，一些来源可疑的看似朴素的头像上显示出数百瓦的惊人功率，这是值得的。 在汽车音响系统中所有已知类型的声学换能器中，动态直接辐射头以及压电陶瓷中音和高音扬声器已得到广泛应用。 动态扬声器由美国人 Rice 和 Kellogg 于 1925 年发明并获得专利，其设计中最显着的变化与用于制造扩散器和磁性系统的新材料的出现有关。 尽管有其固有的缺点，但它相当通用，并且所有其他类型的发射器（胶带、静电等）的范围都有限。 在汽车中使用它们充满了问题，但在创建独特的音频系统时可能会引起一些兴趣。 为了在选择声学发射器时更容易导航，我们回顾了它们的主要参数和大多数外国制造商使用的公认英文名称。 阻抗，欧姆 - 扬声器头的总电阻，通常以 1 kHz 频率下的绝对值归一化，等于 4 欧姆，少数情况下为 8 欧姆。 还有阻抗为 10 或 6 欧姆的磁头（后一个数字是日本公司产品的典型值）。 曾几何时，阻抗为 2 欧姆的汽车扬声器相当普遍（这使得在低电源电压下获得大功率成为可能），但现在它们已变得罕见。 在工作频段（5 kHz 以上）中不太常见的压电发射器具有相当高的电容阻抗 - 数十至数百欧姆。 选择放大器时必须记住这一点 - 有些放大器在容性负载下不稳定。 特性灵敏度等级 (SPL) 是扬声器产生的平均声压。 它是在 1 m 的距离、1 W 的输入功率下测量的（通常在 1 kHz 的固定频率下测量，除非探头文档中另有规定）。 汽车驱动器的实际灵敏度约为 90 dB/W 1/2 m，尽管某些低音扬声器和压电喇叭的灵敏度高于 100 dB/W 1/2 m。但要注意，有些制造商使用固定电压测量2,8 B，这为低电阻磁头提供了更令人印象深刻的数字。 由于压电发射器具有相当高的阻抗，因此在非常高的电压下会产生 1 W 的功率，通常超过允许的最大值，这就是为什么它们的灵敏度是在更高的电压水平（通常为 5 至 12 V）下测量的。 有些发射器测量声压的距离甚至可以达到0,5m，因此建议：为了不选错，请注意脚注，脚注表明了测量该参数的条件。 频率响应范围，Hz，kHz，表示声压偏差不超过一定限度的频率边界。 有时会显示出明显的频率响应不均匀性，在其他情况下，可以根据产品附带的时间表进行估计。 通常根本没有任何附加信息。 额定电功率（额定功率处理），W - 长期输入功率。 表示扬声器在不损坏锥体环绕、音圈过热或其他烦恼的情况下可以长时间处理的功率量。 峰值电功率（峰值功率处理），W 是扬声器在没有损坏风险的情况下可以短时间承受的最大输入功率。 谐波失真因数（Total Distortion），%，很少被指出。 由于该参数与频率相关，因此给出了几个固定频率的值或以图表的形式给出。 中音和低音头还有几个参数可以完整描述它们在活塞模式下运行时的电气和机械特性（更多内容见下文）。 这些参数首先由 A. Thiele 提出，后来由 R. Small 提出。 为了纪念作者，它们被称为 Thiel-Small 参数。 他们的完整列表相当大，但所需的最低限度包括以下内容。 自然共振频率 (Fs), Hz，扬声器头位于开放空间。 此时，其阻抗最大。 当量体积 (Vas), m3 。 这是由头部激发的封闭空气体积，具有与头部移动系统的灵活性相同的灵活性。 总品质因数（Qts - 无量纲数量） 谐振频率下的扬声器头考虑了所有损耗。 以下参数是完整品质因数的组成部分，在文档中相对较少。 机械品质因数（Qms - 无量纲量） 谐振频率下的扬声器头考虑了机械损耗。 电气品质因数（Qes - 无量纲量） 谐振频率下的扬声器头考虑了电损耗。 磁头的总品质因数小于 0,3 ... 0,35 被认为是低的，超过 0,5 ... 0,6 被认为是高的。 了解磁头的全部品质因数和谐振频率后，我们可以得出结论，它需要声学设计。 如果 Fs/Qts 比率为 50 或更低，则头部设计为在封闭箱中操作。 要在反相器中工作，建议使用该指标为 90 或更高的头。 安装在车门或后架上的汽车头几乎在一个封闭的盒子里工作。 为了在这些条件下工作，必须选择具有高总品质因数（不低于0,5）且谐振频率至少为45 Hz的磁头。 动圈头最重要的设计特征之一是锥体材料，音质在很大程度上取决于它。 理想的头部应该有一个完全刚性且无质量的扩散器，安装在完全柔性的悬架上。 所有现有的设计都远非如此。 随着信号频率的增加，从称为活塞作用区截止频率的频率开始，锥体整体停止振荡。 来自扩散器不同部分的声波的干扰导致频率响应中出现局部峰值和凹陷，从而使声音着色。 实际扩散器因刚性不足而引起的变形会导致扩散器材料中出现自然振荡。 它们必须被有效地抑制，否则互调失真（泛音）的出现和脉冲信号攻击的“模糊”是不可避免的。 悬架的非线性也会导致互调失真。 因此，扩散器材料必须将低比重与高刚性和高衰减结合起来。 寻求与这些相互冲突的要求的折衷方案迫使设计师使用能够与旧材料成功共存的新材料。 同时，一个问题的解决往往会导致新问题的出现。 尽管看起来有些矛盾，但纸质扩散器迄今为止最成功地结合了所有必要的特性。 纸扩散器自其“诞生”以来就一直用于头部。 最初，它们是胶合的，目前它们主要通过铸造和压制方法并用合成化合物浸渍制成。 压制锥形扩散器价格便宜且技术先进，但它们有许多缺点（主要是刚性低）并且仅用于廉价的设计。 更高质量的扩散器是通过铸造制成的。 液体纸浆被施加到通常由金属网制成的基质上，并且在硬化后形成扩散器预成型件。 利用该技术，由于使用了曲线母线和可变的扩散器厚度，从中心到边缘逐渐减小，可以部分解决刚性问题。 纸扩散器可用于几乎所有类型的头。 这种扩散器的优点是出色的内部阻尼、几乎完全不存在局部共振以及从活塞操作到区域操作的平稳过渡。 平滑的频率响应使您不必担心磁头在工作频段之外的行为，从而可以使用具有低斜率和最小相位失真的最简单的分频滤波器。 音质主观评价较高。 纸盆的主要缺点是其刚性相对较低，这会影响声音细节的细腻程度。 机械强度低，这限制了最大功率输入。 Mass系列磁头的参数技术分散性比较大，对音质要求较高，可能需要进行初步选型。 尽管有纸浆和保护涂层的浸渍，参数仍会随着时间的推移和大气的影响而变化。 后一种情况在不采取特殊措施的情况下限制了纸盆磁头在汽车音响系统中的使用。 不幸的是，这阻碍了用于汽车“家庭”音频系统的高质量头的使用。 1975 年，聚丙烯首次用作 BBC 录音室监听器开发中的锥体材料，现在广泛用于多种用途的监听头。 由于内部阻尼相当大，设计合理的聚丙烯音盆可以在高声压级下提供平坦且平滑的频率响应。 为了增加刚性，使用了矿物添加剂 - 石英、云母、硅酸镁。 聚丙烯锥盆的头的优点是非常平滑的频率响应、中性声音、良好的脉冲响应、平滑过渡到区域模式、耐候性。 聚丙烯扩散器的最佳样品在声音透明度方面并不逊色于纸质扩散器，但由于刚性有限，它们在声像的“细节”方面有所损失。 主要应用领域是宽带和低频磁头。 碳纤维织物复合材料具有低比重和极高刚度的独特组合。 然而，由于内部阻尼不足和材料的复杂各向异性结构，向区域状态的过渡伴随着工作范围上边缘附近的频率响应的许多峰值和谷值。 为了成功抑制不需要的泛音，需要具有大衰减斜率的分频滤波器，有时需要使用选择性校正链或特殊校正器。 这使得系统设计变得非常复杂，并产生相位失真问题。 主要应用领域是低音炮。 凯夫拉纤维尤其作为防弹背心的材料而闻名。 第一批 Kevlar 头是在 80 年代中期由法国 Focal 公司和德国 Eton 公司生产的。 凯夫拉锥体的刚性异常高，因此高刚性锥体的典型问题会充分体现出来。 在 3 ... 4 kHz 及以上的频率下，会出现一种特有的“Kevlar”声音 - 锯齿状的频率响应，这是超刚性锥体急剧过渡到区域模式的结果。 听起来，这是一种生硬、咄咄逼人的声音，与同一头在中频范围较低部分的声音明显不和谐。 此类系统的设计者被迫安装相当复杂的四阶分频滤波器（24 dB/oct.），并辅以调谐到“Kevlar”谐振频率（通常在 5...7 kHz 范围内）的校正链。 “Kevlar”声音的效果是高刚性与低内部损耗相结合的结果。 为了提高阻尼，伊顿开发了一种三层材料，由两层凯夫拉尔复合材料和粘合在它们之间的刚性“蜂窝”层组成。 Focal 使用了一种类似的材料，名为 Aerogel。 其他制造商在锥体下侧使用阻尼橡胶涂层或宽吊环来抑制不需要的共振。 主要范围-低频头和低音炮。 使用金属扩散器的尝试不能被认为是成功的，因为它们相当大的质量将头的灵敏度降低到 84...87 dB。 缺乏内部阻尼会导致在 5...10 kHz 频率处出现明显的峰值。 公园或广场上安装的号角“铃”发出的刺耳沙哑的声音是音乐爱好者的噩梦。 金属扩散器仅用于某些型号的低音炮和球顶高音扬声器。 自 70 年代初以来，具有平坦辐射表面和蜂窝状或泡沫聚合物形式的内部填充物的刚性三维结构就已为人所知。 它们通常呈矩形或多面体形状，带有圆角。 S-90 扬声器的其中一种型号使用了带有扁平散热器的低频动圈头。 在这种情况下，扩散器的高质量也大大降低了头部的灵敏度，并且传统扩散器在辐射区域范围内的弯曲振动让位于重型扩散器的体积振动和横向累积。 抑制后者是非常困难的。 具有由丝绸或合成材料制成的软圆顶的高音扬声器现在实际上已经取代了扩散器高频辐射器。 圆顶头的设计特点是整个辐射面位于音圈内部，而不是像锥头那样位于音圈外部。 软圆顶的优点 - 出色的内部阻尼为获得平滑的频率响应（在工作范围的上端平滑衰减）和良好的瞬态响应创造了先决条件。 它们的缺点是过载能力有限，这对分频滤波器（crossover）的频率和/或斜率提出了更高的要求。 与较平坦的金属圆顶相比，高圆顶轮廓（出于刚性原因）会恶化辐射方向图，并且通常需要设计人员使用发散的声学透镜，这是衍射频率响应失真的潜在来源。 随着球顶高音扬声器的出现，人们尝试实施硬球顶概念。 在对聚合物进行实验后，设计师最终选择了金属。 由钛和铝制成的超薄圆顶于 80 年代中期开始推出； 其制造采用精密电解和真空沉积方法。 由于适合带有刚性扩散器的头，带有金属圆顶的“高音扬声器”在 25...30 kHz 频率处具有高达 3...12 dB 的特征频率响应峰值。 在某些条件下，这些组件可能会与音频范围内的其他组件发生互调。 通过耳朵，这可以被感知为声音的“金属”音色。 应该指出的是，金属弹片最好的例子的声音是透明的、清晰的，接近静电发射器的声音。 硬球顶的优点是在整个工作频率范围内都不会变形，提供高细节和声音透明度。 由于这种圆顶的低轮廓，其方向性特性比软圆顶好得多，但是，频率响应中的特征超声峰值会导致声音中令人不快的音染。 不幸的是，现有的带有陶瓷扩散器的高频发射器的范围不够。 Infinity 率先推出了紧凑型汽车陶瓷“高音扬声器”。 事实上，它们是陶瓷金属：更薄（5...10 微米）的纯氧化物陶瓷层沉积在薄金属基底上，具有非凡的硬度。 由于涂层厚度较小，圆顶的刚度略有增加，但没有“金属”泛音有助于最准确的高频声音再现。 车头根据英制有几种标准尺寸：7,5厘米（3"）、8,7厘米（3,5"）、10厘米（4"）、13厘米（5"）、16厘米（6"）、20厘米（ 8 英寸）、25 厘米（10 英寸）、30 厘米（12 英寸）。 除了圆头之外，椭圆形的4x6、5x7，尤其是6x9英寸也很常见（它们也被称为“牛蒡”）。 这种设计除了布局之外没有任何特殊的优点。 大多数制造商在型号名称中都包含以英寸或厘米为单位的头部尺寸，这在一定程度上方便了他们的“对应”选择。 交付套件包括头部防护网和紧固件。 设计用于替换汽车常规位置中的工厂头的头不带网（“定制安装”）。 汽车用扬声器根据其功能和设计特点可分为几类。 宽带扬声器是在电动头的基础上构建的，该电动头具有单个锥体或具有粘合到通用音圈的附加锥体。 此外，宽带扬声器使用带有同轴辐射器的头或安装在公共扩散器支架上的附加高频辐射器。 在更昂贵的汽车音响系统中，使用组件（单独）扬声器：低频、中频，有时组合成两个频段 - LF-MF、高频“高音扬声器”。 在大多数宽带系统中，也使用低音炮（subwoofer）。 头部的声学设计涉及将其嵌入车身元件或在单独的壳体中实施。 现在更具体地介绍一下不同音频频段的扬声器的特性。 由于扩散器从活塞操作模式转变为区域模式，传统宽带头的辐射方向图随着频率的增加而变窄，并且返回减少。 为了补偿这种现象，设计中引入了额外的具有较小开口角度的锥形扩散器。 它的引入效果在具有大型扩散器的头部中最为明显。 附加扩散器的材质为纸或铝箔。 宽带头的主扩散器通常由纸或聚丙烯制成。 大多数汽车宽带头以带有直径为 7,5 ... 10 cm 的圆形扩散器的型号为代表，也有带有椭圆形扩散器的头。 简单宽带头的可再现频带实际上受到 8...12 kHz 值的限制，带有附加锥体的头 - 12...16 kHz。 可再现频率的下限根据头部的大小而变化，从小型头部的 100 ... 120 Hz 到最低频头部的 40 ... 60 Hz。 为了减少各种失真，汽车宽带头中引入了额外的 MF-HF 发射器（最多四个）。 制造商和销售商都完全错误地将此类磁头称为多频带。 实际上，主辐射器的频带不受任何限制，并且附加辐射器通过最简单的一阶滤波器（通常是氧化物电容器）连接。 为了避免强大信号使附加辐射器过载，这种“滤波器”的截止频率相对较高（6...10 kHz）。 这种类型的大部分头部以带有圆形扩散器（直径 10...16 厘米）或椭圆形（约 15x23 厘米）的模型为代表。 该组扬声器再现的频带扩展至 18...25 kHz。 可再现频带的下限与具有单锥体的类似磁头相同。 作为附加的中音发射器，使用小型动圈头和扩散器压电发射器。 高频发射器通常是在小型圆顶动态头或压电陶瓷板（廉价型号）的基础上制成的。 由于附加散热器安装在主头扩散器内靠近其轴线或与其同轴的位置，因此这种类型的头被称为“同轴”。 从结构上讲，这些散热器安装在扩散器支架上的“桥”上，或者安装在连接到磁系统核心的支架上。 所有汽车宽带头都需要锥体后面有相当大的体积才能正常工作。 如果违反这个条件，则低频区域的频率响应不均匀性急剧增加。 该组扬声器仅适用于入门级汽车音响系统中作为主要扬声器。 在高质量系统中，宽带头用作后置头，提供给它们的频率带宽限制为 400 ... 2500 Hz。 还可以使用简单的宽带头作为三路系统中的中频辐射器。 在高级音频系统中，使用多个头来分别再现低频、中频和高频。 这使您可以将它们放置在汽车内部最合适的位置，以获得最佳的声画传输效果。 单独的分频器在多频段系统中提供最佳的分频频率选择。 请注意，头部套件也作为包含分离过滤器组件的现成套件出售。 这些套件专为中级音频系统而设计。 然而，交叉元件的质量可能有很大不同。 即使在昂贵的套件中，氧化物电容器和带有磁路的线圈现在也并不罕见，但在最高级别的设备中，仅使用高质量分频滤波器或使用两频段或三频段放大。 低频和 MF-LF 磁头的直径通常为 13 ... 20 cm，并且与宽带磁头一样，也设计用于在相对较大体积的外壳中工作。 很难在它们之间划清界限：这完全取决于头是否应该在两路或三路扬声器中工作。 其中一些在封闭的情况下和反相器中工作良好。 扩散器材料可能非常不同 - 从纸张到 Kevlar，因此每个型号的可再现频带上限非常不同 - 从 2 ... 3 到 5 ... 8 kHz。 最佳型号的下限确实降至 30...40 Hz，这使得通过一定的独创性，可以创建一个无需单独低音炮的高保真汽车音响系统。 低频低音炮头的直径超过16厘米，需要特殊的声学设计才能正常工作（例如封闭的外壳、反相器），如果您自己制作，则必须相信制造商的建议，或者选择自行设计并计算[1]。 为此，您还可以使用互联网上大制造商提供的计算程序[2-4]。 为此所需的 Thiel-Small 参数通常可在磁头随附文档中找到。 通常，尽管其他频率分布是已知的，但在汽车安装中低音炮会再现低于 80-90 Hz 的频带。 这里不讨论低音炮的设计。 作为汽车音响系统中的高频发射器，使用带有软织物或硬金属圆顶的头。 根据主观评价，这些发射器的声音差异很大，两种类型的头都有其追随者。 俗话说“色香味俱全”。 “高音扬声器”的圆顶发射器的直径差异很大 - 从 15 毫米到 50 毫米不等。 大多数制造商都提供使用套件中包含的特殊安装部件来定向头部的能力。 安装在汽车音响系统中的高频发射器的设计有一些特点。 由于尺寸较小，它们几乎可以放置在任何地方，非常适合设置您的音场。 为了提高该方法的效率，高通滤波器的截止频率有时会降低至 1,5 ... 2 kHz，而提供给发射器的功率则增加到系统总功率的 30 ... 40%。 在这种情况下，用铁磁“液体”填充磁隙可以防止线圈过热。 通过更复杂的分频滤波器和基于 Barretter 的电流限制器消除了磁头的过载。 在业余条件下，为此目的，使用电压为 6 ... 12 V 的白炽灯，将其与头部串联打开。 汽车音响系统中用于中频和高频的喇叭散热器很奇特，但人们对它们的兴趣正在逐渐增加。 喇叭头的灵敏度可达97...105 dB/W1/2m，这使得降低放大器的功率成为可能。 喇叭是一种特殊类型的声学设计，可以独立制作[5]。 90 世纪 XNUMX 年代之初，现成的高品质多频段扬声器广泛应用于汽车中，但现在它们几乎已经从场景中消失，取而代之的是同轴和分量扬声器。 现在市售的所谓“汽车扬声器”——薄壁塑料盒、小头——只不过是一个玩具。 建伍、先锋、索尼、歌乐、松下、飞利浦、Prology、Pyramid等品牌的汽车动感云台大批量型号现已广泛销售。 高端型号由 Focal、Infinity、Kicker、Precision Power、Rockford Fosgate、MTX、Phoenix Gold、Jensen 等生产。 这些产品的高昂成本迫使他们不得不关注国内头部。 国内生产的汽车扬声器动圈磁头出现得比较晚，如果买不到这样的动圈磁头，无线电爱好者就只能关注通用磁头了。 本文最后——相当适合汽车扬声器使用的国产动圈头清单。 由于火腿可能具有过时的动态头类型，因此它们也包含在此处的表中。
作者从许多来源获取了有关参数的信息，特别是 [1, 5]。 然而，它们并不总是详尽的，这只能解释表中的“空白点”。 遗憾的是，对于国产动圈头，没有给出Thiel-Small参数，因此部分参数是凭经验获得的。 替代值（在不同来源存在差异的情况下）在括号中标出。 作者衷心感谢所有协助编制该表的人。 文学
作者：A. Shikhatov，莫斯科
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