电动式纸盆扬声器音圈的简易计算

电动式（动圈式）纸盆扬声器的音圈的正规设计计算，要根据扬声器的标称功率、标称阻抗和其他电、声性能指标，通过一系列的运算才能完成，比较复杂。这里仅介绍一些简易的计算方法，供参考。

扬声器是把电信号转换成机械振动，再转换成声波的电声器件。扬声器的阻抗不但包含电阻抗，还包含机械阻抗和声阻抗，因此计算其阻抗是复杂的，但一般可以简单地认为扬声器的阻抗就是电阻抗，而且主要是它的音圈的阻抗。音圈的阻抗，随着音圈上所加音频信号的频率不同而变化。一般是当信号频率低时，阻抗不大；当频率增高到扬声器振动系统的谐振频率时，音圈阻抗达到最大；过了谐振点阻抗降低下来，降到与音圈直流电阻差不多，当信号频率继续增高时，音圈的阻抗又增大起来。这种情况可以用图1所示飞乐牌YD05—1001型扬声器的实测阻抗～频率关系曲线为例来说明。从图上可以看出音圈阻抗是随信号频率变化而变化的。为了标志扬声器的性能，以便在设计电路时使扬声器的阻抗与电路阻抗很好地匹配，一般总给扬声器规定一个“标称阻抗”指标。由于在谐振点频率以后的中频段，扬声器音圈的阻抗最小，接近音圈的直流电阻，一般习惯上总以过谐振点后阻抗最低一点的阻抗作为它的标称阻抗。扬声器口径不同，其阻抗曲线不同，因此测定标称阻抗的频率也不同：直径在φ100毫米以下的小型扬声器用1000赫信号测试，标称阻执一般有8欧、16欧、25欧等几种；直径在φ125毫米以上的中型扬声器，测试频率选定为400赫，标称阻抗有4欧、8欧和16欧。大型扬声器测试频率定为200赫，标称阻抗有8欧、16欧。椭圆形扬声器的测试频率按等辐射面类比，即求出它的椭圆形纸盆的面积，再按与此面积相当的圆形扬声器选用。

在测试标称阻抗的频率点，扬声器的交流阻抗约等于直流电阻的1.08～1.09倍。在中频段，扬声器的机械阻抗和声辐射阻抗均很小，故可忽略不计。

在有测量仪器的条件下，我们可用代替法测量扬声器的阻抗。测量方框图如图2。图中串联电阻R约等于被测扬声器与测试功率放大器输出阻扰之和的10倍，其目的是使音频信号振荡器经功率放大器输出的信号是恒流源。为了使测量更加精确，这个电阻应该选用无感的，一般的功率较大的炭膜电阻或金属膜电阻均可。具体测试步骤如下。先按图接好线路信号振荡器的频率按口径不同调到上面所述的合适的测试频率。调节加到扬声器上的电压，其大小约等于被测扬声器上加有1/10标称功率时的电压。然后，保持输出信号的频率、电压不变，通过开关K倒换，以十进制无感电阻箱r代替扬声器接入电路。调节电阻箱的电阻数值，使电阻箱的电压等于上述扬声器上所加电压。此时电阻箱上的电阻读数，即为被测扬声器的标称阻抗。

测量时扬声器不要安装在障板上，且在辐射面前后1米内应无反射物。

这种方法是在已知扬声器标称阻抗情况下，验证其是否正确所采用的。

此外，也可简便地用万用表电阻挡或直流电桥量出扬声器音圈的直流电阻，再乘以1.08～1.09，即可近似地求出音圈的阻抗。

根据上述方法测定的扬声器的标称阻抗，利用它与直流电阻的关系，可求出电阻为

例如一个标称阻抗8欧的扬声器，其电阻为

根据扬声器的标称功率和口径大小适当选择音圈导线的线径。如先试选直径为0.1毫米的国产漆包圆铜线，查线规表可知其直流电阻为2.237欧／米，则所需音圈导线长度为

音圈匝数N≈l/π（dp+dg），

式中：dp为磁极芯直径；dg为磁缝隙宽度。设dp+dg=15.1毫米，则

取69圈。音圈通常分二层叠绕，如第一层绕n\(_{1}\)匝，第二层即为（n1-1）匝［n\(_{1}\)＋（n1-1）=N]，如取第一层为35匝，则第二层为34匝。

音圈的绕组长度h=N·d=35×0.1=3.5毫米。

其他口径扬声器音圈的计算可依上法类推。表1列出了几种常用的“飞乐”牌扬声器的音圈数据，供参考。

正规的音圈设计，还要考虑到扬声器的功率、灵敏度、失真和频率响应等等，限于篇幅不一一赘述了。

在修理扬声器需要计算音圈时，如果音圈已断，可用千分尺量其线径d，并用游标卡尺量出音圈绕组的长度，再按前面的计算方法计算。如果只有磁路系统，没有音圈，则可根据扬声器口径的大小，参照国产同口径扬声器的有关参数设计音圈的数据。

音圈的结构（图3）是非常简单的，将一般油基性（Q型）漆包铜线用胶合剂绕在书写纸、电缆纸或牛皮纸做的音圈纸筒上，并经固化处理即可。由于加到音圈上的电压低，可不必用高强度漆包线。由于扬声器工作时音圈不停地往复运动，散热条件比较好，因此除特殊用途外，一般可不考虑电流密度大小的问题，只要绕音圈所用胶合剂和扬声器其它零部件能承受得住，在温升较高的条件下，音圈仍能正常工作。

音圈在磁隙中置放的位置以及音圈绕线部分的长度，对扬声器的性能影响较大。下面分三种情况说明：

1．音圈绕线长度与上极板厚度相等或稍长，如图4a的位置放在磁隙中。此时音圈完全处于磁回路磁通密度最大的位置，因而扬声器效率最高（指音圈绕线长度为变数而言）。目前，国内大多数扬声器都采用这种结构方式。但由于磁缝隙中的磁力线分布是不均匀的，中间较密，上、下端则较稀疏，而扬声器在工作时音圈振幅大小是变化的，当音圈振幅较大时，音圈就会切割到磁力线稀疏的部位，而在振幅小时总是切割较密的磁力线，这样就会产生失真，不能真实地还原出原来的音频信号，听起来声音不好听。但在一般中、小口径扬声器中，这种失真引起音质变坏还是次要的。

2．音圈绕线长度为上极板厚度的2～3倍，如图4b的情况放置。这时，音圈工作时切割磁力线的状况始终保持不变，所以可减小失真，但会引起扬声器灵敏度降低和增加碰圈的可能。所以这种结构目前只用在大功率和高传真的橡皮边扬声器中。

3．音圈绕线长度为上极板厚度的1/4～1/2，如图4c情况放置。这样，扬声器在额定功率下工作时，音圈始终处在磁通密度均匀的磁场中，因而可以大大减少失真。另外，由于音圈绕组长度短了，质量变得小了，因而可以减小瞬变失真。但由于磁能利用率低，上极板又要做得很厚，所以磁通密度也低，因而扬声器的效率最低，材料浪费，这种结构仅用在高传真的放声系统中。

如上所述，扬声器的阻抗实际上是频率的函数，并在高频段呈现出很大感抗，使输入功率减小，从而导致扬声器在高频段频率响应下降。为了克服这一缺陷，我们可以在磁极芯上套上一个厚0.3毫米左右的铜环（如图5）。此铜环可使高频段音圈感抗减小（它在电路中呈容抗性质），从而使阻抗曲线平坦。飞乐YD5—2502和YD10—3004双纸盆扬声器就是利用这个方法使高频响应展宽的。图6画出了YD5—2502型扬声器加铜环前后的两条阻抗曲线作对比，可以看出由于加了铜环，在中、高频段阻抗基本上保持恒定（图中虚线所示），输入功率比不加铜环时可大2倍，从而使高频响应增加3分贝以上。但加了铜环后，磁路间隙增大，致使磁通密度有所下降，中频灵敏度略有降低，但从整体看还是可取的。(上海无线电十一厂 黄旭聪)