工程声学/动圈扬声器
声学换能器的目的是将电能转换为声能。存在许多声学换能器的变体，但最常见的是动圈-永磁换能器。经典的扬声器属于动圈-永磁类型。
经典的电动力扬声器驱动器可以分为三个关键组件
1) 磁电机系统
2) 扬声器锥体系统
3) 扬声器悬挂系统
磁电机系统的主要目的是在音圈运行的区域建立一个对称的磁场。磁电机系统由前聚焦板、永磁体、后板和极靴组成。在图 2 中，展示了组装好的驱动系统。在大多数情况下，后板和极靴被组装成一个称为轭的部件。轭和前聚焦板通常由非常柔软的铸铁制成。铁是一种与磁性结构一起使用的材料，因为铁在暴露于磁场时很容易饱和。请注意，在图 2 中，在聚焦板和轭之间有意留出了一个气隙。磁场通过气隙耦合。气隙的磁场强度 (B) 通常针对均匀性进行了优化，以确保其在整个气隙范围内保持一致。[1]
当在永磁场中放置一个通有电流的线圈时，会产生一个力。B 是磁场强度，l 是线圈的长度，I 是流经线圈的电流。
用旨在进行声音再现的交流信号激励线圈，当线圈的磁场变化与永磁场相互作用时，线圈会来回移动以再现输入信号。扬声器的线圈称为音圈。
在典型的扬声器中，锥体的作用是创建一个更大的辐射面积，以便在音圈激励时移动更多的空气。锥体充当一个由音圈激励的活塞。然后锥体排开空气，产生声波。在理想环境中，锥体应该是无限刚性的，并且质量为零，但实际上并非如此。锥体材料从碳纤维、纸张、竹子到几乎所有可以塑造为刚性锥形形状的材料都有。扬声器锥体是扬声器中非常关键的一部分。由于锥体不是无限刚性的，它往往会在不同的频率下形成不同类型的共振模式，进而改变和着色声波的再现。锥体的形状直接影响扬声器的指向性和频率响应。当锥体连接到音圈时，音圈上方的较大缝隙会暴露在外。如果异物进入音圈和永磁体结构的气隙，这将是一个问题。解决此问题的办法是在锥体上放置一个称为防尘罩的东西来覆盖气隙。下面展示了锥体和防尘罩的图示。
大多数动圈式扬声器使用两件式悬挂系统，也称为挠性系统。这两件式挠性组件的组合，可以确保音圈在通电时保持线性运动，并为音圈系统提供恢复力。两件式系统包括一个围绕锥体外缘的大型柔性薄膜，称为环绕，以及一个直接连接到音圈的附加挠性组件，称为蜘蛛。环绕还具有密封扬声器（当其安装在音箱中时）的功能。通常，环绕由多种不同的材料制成，例如折叠纸张、布料、橡胶和泡沫。蜘蛛由不同的编织布料或合成材料构成，这些材料被压缩形成柔性薄膜。以下两幅图说明了悬挂组件在扬声器上的物理位置以及它们在扬声器工作时的功能。
在将扬声器应用于特定应用之前，必须提取一系列表征扬声器的参数。扬声器的等效电路是开发音箱的关键。该电路通过等效的电气、机械和声学电路对扬声器的所有方面进行建模。图9 显示了三个等效电路是如何连接的。电气电路由音圈的直流电阻 Re、音圈电感的虚部 Le 以及音圈电感的实部 Revc 组成。机械系统具有模拟扬声器不同物理参数的电气元件。在机械电路中，Mm 是由运动质量引起的电容，Cm 是由运动质量的柔度引起的电感，而 Rm 是由悬挂系统引起的电阻。在声学等效电路中，Ma 模拟空气质量，Ra 模拟辐射阻抗[2]。该等效电路可以让我们了解哪些参数会改变扬声器的特性。图10 显示了使用扬声器的等效电路得到的电输入阻抗随频率的变化。
[1] 扬声器设计食谱 第5版；Dickason, Vance., Audio Amateur Press, 1997. [2] Beranek, L. L. 声学. 第2版. 声学学会, Woodbridge, NY. 1993.