发声设备简介

本期将从以下几个方面为大家带来一些关于发声设备的介绍，下一期还有收声设备相关介绍，欢迎关注了解。

SPK单体及选型

1、SPK单体

SPK：Speaker、扬声器或喇叭

动圈式扬声器：交变电流—>音圈—>磁场—>振膜振动—>辐射声音（电力声）

高保真(Hi-Fi)扬声器:一种失真小，能真正重放高音质的扬声器。“高保真”只是个概念的炒作，所谓“高保真”从字面上看就是有很高的保真度，声音的还原性好。

监听扬声器：用来评价节目音质量的高质量扬声器。其性能要求很高，应具有宽而平坦的频率响应，极低的谐波失真，良好的指向特性（特别是高频成分），大的功率承受能力，大的动态范围和高可靠性等。

扩声类扬声器、汽车用扬声器、乐器用扬声器、定向扬声器（超声扬声器）。。。。

2、SPK单体参数

扬声器的基本参数主要有阻抗Z、功率P、共振频率F0、频率特性、灵敏度、总品质因数Qts、等效振动质量Mms、等效顺性Cms、弹性系数和指向性等等。

阻抗曲线：扬声器的阻抗模值随频率变化的曲线。如上图所示，在共振频率附近急剧上升，在高频部分随音圈电感增加而增大，包含音圈的直流阻抗、高频时音圈电感增加引起阻抗变化以及反电动势产生的阻抗。

额定阻抗：也叫标称阻抗，阻抗曲线上第一个共振峰之后最小的阻抗值。有4Ω、8Ω、16Ω、32Ω

功率P：有额定功率、最小功率、最大功率和瞬间功率，单位均为W。额定功率也称标称功率，指扬声器长时间正常连续工作而无明显失真的输入平均电功率。

共振频率F0：指扬声器所能重放的最低频率。它与扬声器口径大小有关，口径越大共振频率越低。同时由扬声器的等效振动质量Mms和等效顺性Cms决定。阻抗曲线上阻抗值最大处对应的频率。

频率特性：输入给扬声器的信号幅值不变时，扬声器参考轴上的输出声压随输入信号的频率变化而变化的规律，也叫频率响应(频响FR)。反映了扬声器对不同频率声波的辐射能力。

灵敏度：用来反映扬声器的电声转换效率，也称输出声压级。灵敏度较高的扬声器，用较小的电功率即可推动它。一般说灵敏度指的是1kHz处的声压级。

总品质因数Qts：由机械品质因数Qms和电品质因数Qes组成。反映了扬声器振动系统消耗能量的快慢。也表示频响曲线在谐振频率F0处的尖锐程度。

等效振动质量Mms：扬声器振动系统的静态质量（指振膜和音圈本身的质量）与同振质量（指振膜两边随之一起振动的部分空气层的质量）之和。等效质量与扬声器的口径成正比，与扬声器的谐振频率成反比。

等效顺性Cms：也称力顺或声顺，表示扬声器振动系统支撑部件的松紧度(折环和定心支片柔软程度)

弹性系数：是表示折环和定心支片刚性的参数，也是扬声器等效顺性的倒数。它与扬声器的谐振频率成正比。

指向性：指扬声器声波辐射到空间各个方向的能力。输入扬声器的信号频率越高，指向性越强。

3、SPK选型原则

• 明确需求：应用在什么样的产品上，如VR、AR、耳机、音箱等
• 空间尺寸：能给SPK预留的空间尺寸有多大，空间尺寸确定后，喇叭大小及形态也差不多就确定了（如圆形，方形）

• 应用场景：应用到语音还是音频(音乐)。如果是音频上，要求SPK带宽要宽，语音的话，带宽要求就没那么高

• 其他需求：SPK功率功耗、灵敏度、谐振频率（F0）等。尺寸确定后，灵敏度、谐振频率等参数可以在一定范围内进行调整，SPK加上声腔的话，音质效果和音量都会有较大提升。

4、声腔对声音的影响

声腔的作用

声腔可以在一定程度上调整SPK的输出频响曲线，通过声腔参数的调整改变音乐声的高、低音效果对于音乐声音质的优劣影响很大。同一个音源、同一个SPK在不同声腔中播放效果的音色可能相差较大，有些比较悦耳，有些则比较单调。合理的声腔设计可以使音乐声更加悦耳。

声腔的设计主要包括前声腔、后声腔、前出声孔、后泄声孔，防尘网五个方面

• 前声腔：前声腔对低频段影响不大，主要影响声音的高频部分。随着前声腔容积的增大，高频波峰会往不断左移动，高频谐振点会越来越低。高频谐振点变化的对数值与前声腔容积的增量几乎成线性关系。但前声腔太大或太小对声音都会产生不利的影响。前声腔太大，高频谐振点低，带宽变窄；前声腔太小，高频谐振点高，在中频段可能会出现比较深的波谷，声压级偏小。

• 后声腔：后声腔主要影响声音的低频部分，对高频部分影响则较小。低频部分对音质影响很大，低频波峰越靠左，低音就越突出。一般情况下，随着后声腔容积不断增大，其频响曲线的低频波峰会不断向左移动，使低频特性能够得到改善。但是两者之间关系是非线性的，当后声腔容积大于一定阈值时，它对低频的改善程度会急剧下降。另外，后声腔的形状变化对频响曲线影响不大。但是后声腔中某部分腔体又扁、又细、又长，那么该部分可能会在某个频率段产生驻波，频响曲线上出现峰谷，使音质急剧变差，因此，在声腔设计中，必须避免出现这种情况。

• 前出声孔：出声孔的面积对声音影响很大，而且开孔的位置、分布是否均匀对声音也有一定的影响，其程度与前声腔容积有很大关系。一般情况下，前声腔越大，开孔的位置、分布对声音的影响程度就越小。出声孔的面积对频响曲线的各个频段都有影响，在不同条件下，对不同频段的影响程度各不相同。当出声孔面积小于一定的阈值时，整个频响曲线的SPL值会急剧下降，当出声孔面积大于一定阈值时，随着面积增大，高频波峰、低频波峰都会向右移动，但高频变化的程度远比低频大，低频变化很小，即出声孔面积的变化主要影响频响曲线的高频性能，对低频性能影响不大。

• 后声腔泄露/后泄声孔：后声腔是否有效的密闭对声音的低频部分影响很大，当后声腔出现泄漏时，低频会出现衰减，对音质造成损害，它的影响程度与泄漏面积、位置都有一定的关系。一般情况下，泄漏面积越大，低频衰减越厉害。泄漏面积与低频谐振点的衰减成近似线性的关系。在同等泄漏面积情况下，后声腔越小，低频衰减越厉害，造成的危害越大。但是后声腔泄露并不全是危害，它也起到平衡气压和调音的作用。

• 防尘网/Mesh：相比于其他几个因素，防尘网对声音的影响程度较小，它主要是影响频响曲线的低频峰值和高频峰值，其中对低频峰值影响较大。防尘网对声音的影响程度主要取决于防尘网的声阻值和低频、高频峰值的大小。一般情况下，峰值越大，受到防尘网衰减的程度也越大。防尘网主要有两个作用，防止灰尘和削弱低频峰值，以保护SPK。

后声腔为何主要影响低频？前声腔为何主要影响高频？

1. 低频的传播方式是球型的，前声腔和后声腔都含有低频，且相位相反。
2. 中频的传播方式是半球形的，前声腔较多，后声腔较少。
3. 高频的传播方式是锥形的。只有前声腔有，后声腔没有。

耳机设备

耳机按照类型可分为：半入耳式耳机、入耳式耳机、头戴式耳机等。

1、半入耳式耳机

半入耳式耳机位于耳道外，没有完全封闭听觉，容易出现音频泄露的问题，在这三种耳机中提供的音质体验最差，一般用于语音通话。

1.1 半入耳式耳机SPK单体选型规则：

F0要求：

• 当整机对带宽有要求时，F0 不高于200Hz
• 当整机对带宽没要求时，F0 不高于550Hz

THD要求：

• @1mW200Hz<3% 400Hz<3%  401Hz<2%   10kHz<2%
• @0.5V 200Hz/400Hz/401Hz/10kHz<5%
• 单体失真不应大于整机失真

整机灵敏度容差：

• 整机灵敏度±3dB，在相应频段，单体的容差必须比整机严格±1dB。
• 立体声耳机L-R≤3dB，所以会分档，同一对耳机使用同一档单体，如：-3~-1dB，+1~-1dB，-1~-3dB

1.2 半入耳式耳机设计要求：

• 后腔越大，越接近喇叭单体效果，但无法很大，通常采用后腔开孔，或者后腔加吸音棉方式，加吸音棉中低频失真也变好。
• 后泄空（平衡气压）与前出声孔距离要大于1mm；后泄阻尼变大，中低频降低，但曲线更光滑，峰谷减少。

2、入耳式耳机

入耳式耳机位于耳道内，更适合一部分使用者的耳部。通常，此类耳机的音质要比半入耳式耳机的音质好，但比耳罩式耳机的差一些，尤其是低音部分。由于尺寸小，便于携带，而且在防止音频泄露方面表现出色。一般用于听音乐。

2.1 入耳式耳机SPK单体选型规则：

F0要求：

因为无声泄露，所以单体F0一般在：2k-4kHz。

THD要求：

比半入耳式更严格，更多的用来听音乐，音乐具有非常丰富的音频信号成分，即使很小的失真，也会被明显感觉到。

• @1mW：20Hz<2%  10kHz<2%
• @1V：20Hz<5%   10kHz<5%
• 单体失真不应大于整机失真

整机灵敏度容差

• 整机灵敏度：±2.5dB，单体灵敏度要比整机容差小±0.5dB。
• 立体声耳机L-R≤3dB，所以会分档，同一对耳机使用同一档单体，如:+3~+1dB,+1~-1dB,-1~-3dB

2.2 入耳式耳机腔体设计要求：

• 整机前腔尺寸越小越好
• 后腔变大，中频升高，当后腔过小，中频出现波谷，可改变腔体体积来改善中频
• 后泄声孔阻尼根据需求进行确认
• 根据需求确认前出声孔内是否塞入吸音棉（可调节高频）
• 入耳式耳机所需要的后腔容积比较小（中低频不需要很高）

3、头戴式耳机

头戴式耳机，配有缓冲垫料以覆盖整个耳部。这种设计令此类耳机长时间佩戴更为舒适，且整体音质佳。另外一方面，产品较其它类型笨重，不太适合便携使用。多用来听音乐，更看重音乐性能。

3.1 头戴式耳机SPK单体选型规则：

F0要求：

F0<120Hz，SPK 单体尺寸较大，一般30/40/50mm，低F0容易实现

THD要求：

比半入耳式更严格，因为多用来听音乐，音乐具有非常丰富的音频信号成分，即使很小的失真，也会被明显感觉到。

• @1mW：20Hz<2% 10kHz<2%
• @1V：20Hz <5%  10kHz <5%
• 单体失真不应大于整机失真

整机灵敏度容差：

• 整机±3dB，单体±2.5dB, 单体灵敏度要比整机容差小±0.5dB
• 立体声耳机L-R≤3dB，所以会分档，同一对耳机使用同一档单体，如:+3~+1dB,+1~-1dB,-1~-3dB

头戴式耳机腔体设计要求（压耳、罩耳式）：

• 前腔：一旦确定了耳机形态，基本上没有调整前腔的机会，前腔越小，高频谐振峰越高。
• 后腔和后泄：后腔越大，低音越好；整个后腔不允许出现小的狭缝，容易引起谐振，造成频响曲线不平滑和失真
• 声短路：声短路可以很容易对低频高低进行调整，如果加上Mesh，或调音纸，则可以对整个中低频段进行调整。
• 低音管：会影响整个中低频段，低频段会抬升，中高频段会有相应下降

三款耳机的频响曲线

4、耳机的降噪

耳机降噪主要分为被动式噪音控制(Passive Noise Control, PNC)和主动式噪音控制(Active Noise Control, ANC)两种。

4.1 被动降噪

被动式噪音控制，也称物理噪音控制，即物理降噪，指的是物理隔离，通过好的外形设计或者像入耳式耳机紧贴耳道，创造一个密闭的空间将外界的声音阻挡在耳朵外面，以此来达到消减噪音的效果。

特点：简单常见，易于实现。只是物理降噪针对高频段噪音的屏蔽效果明显，对于中低频噪音则显得有点束手无策。在1kHz或更低频率的噪音范围，物理降噪则发挥不了好的作用。另一方面，物理降噪耳机在隔离外界环境噪音的同时，把部分人声的声音同时阻隔掉，使用被动式的耳塞来降噪存在一定的危险性。

4.2 主动降噪

主动式噪音控制，也称主动降噪，是相对于被动式降噪而言的。

主动降噪耳机原理主要分为三步：

• 利用麦克风对外界环境噪音（主要为中低频噪音）进行采集及分析；
• 根据采集到的噪音，系统生成反相的声波，呈180度的两种声波叠加之后，互相抵消；
• 声音进入人耳时，由于噪音和反向声波的相互抵消，达到消除噪音效果。

主动降噪耳机分类：

• 前馈式主动降噪：将麦克风暴露在噪声中，与喇叭隔离

前馈式设计是将麦克风与耳机喇叭单元隔离开来，将麦克风设计在耳机腔体表面，采集外部声音，确保喇叭产生的声波对麦克风的影响最小。这种设计为最直接的噪音采集方式，麦克风采集噪音信号之后，传递至芯片处理，通过喇叭发出反向声波，抵消噪音。

• 反馈式主动降噪：将麦克风放置在尽可能接近喇叭的地方

将麦克风放置在尽可能接近喇叭的地方。反馈式主动降噪将噪音采集麦克风设计在了喇叭附近，相对于前馈式，反馈式所采集到的噪音更接近于人耳所能听到的噪音，过喇叭发出反向声波，抵消噪音。

• 前馈与反馈结合式（混合降噪）

同时有两个麦克风，一个与喇叭隔离，前馈，另一个与喇叭接近，反馈。这种设计除了会增加物料成本以外，对于内置降噪芯片算法能力也有较大的要求。

通透模式其主要原理就是耳机上有一个麦克风，可以把周围环境的声音以及人的说话声吸收并传递到耳机里面。耳机里听到的环境声很自然，声音不大不小，比较舒服。可以抵消硅胶耳塞带来的被动降噪效果，让耳朵更加直观的收集到周围环境的声音信息。戴上这样的耳机去逛街点餐也不再需要把耳机摘下来了。

音箱设备

1、音箱分类

密闭式音箱效率较低，故在专业音箱中较少应用，主要用于家用音箱或者少数的监听音箱。密封式音箱在设计制作上具有调试简单、频响较宽、不错的低频音色、低频瞬态特性较好等优点，但对扬声器单元的要求较高。

倒相式音箱的特点是频响宽、效率高、声压大、体积小，符合专业音响系统的要求，故在专业音箱中用得最多的就是倒相式音箱。但也存在设计制作调整难度较大，与密闭式音箱比较，倒相式音箱在低频段的瞬态特性较差，会存在一些气流声（风噪）的问题，声音的表现有些不自然等缺点。

2、音箱的组成

（以上图片部分来自网络，侵删）

来源：抖音多媒体评测实验室