五、扬声器
图2-24 中低频扬声器正面
主机是汽车影音中最重要的组成部分，就好像人的大脑，要发出什么样的声音，得由大脑来控制。而扬声器（Speaker）就好像是人的歌喉，发出的声音是否甜美，就要看其嗓音如何。中低频扬声器正面如图2-24所示。
扬声器俗称喇叭，它的作用是将音频电信号转换成声信号并向周围的空气媒介辐射。车用扬声器以锥形设计最为多见，这是因为在车内安装位置有限的情况下，锥形设计可以尽可能地扩大振膜的有效面积，而振膜的有效面积决定了扬声器的低频响应。也就是说，锥形设计可以在不加装超重低音的情况下，增强低音效果。
按照用途扬声器可分为全频、高频、中频、中低频和低频5种；也可以根据能量转换形式，分为电动式、电磁式、压电式、静电式和平板式。车用扬声器以电动式为主。
全频扬声器即同轴扬声器，它的低频单元和高频单元被设计在同一轴线上，外侧是低频，内侧是高频，但发声点在同一物理位置。这种设计可以消除高、低频单元由于频率范围不同而引起的声音漂移，但是因为高、低音都是从一个点所发出的，所以音色的失真度较大。
分频套装扬声器分为2分频和3分频，2分频由高音单元和中低音单元组成，3分频则是再加上中音单元。因为每个单元负责不同的频率，拓宽了频率的有效范围，从而解决了音色失真的问题。不过由于日常生活中，我们所听到的声音基本上都是从一个点发出的，而分频扬声器每个单元所发出的频率不同，安装的物理位置又有所不同。这样，就会出现声音漂移的现象。另外，高、低音单元虽然负责的频率不同，但是它势必存在一个临界点，这样在不同的位置上，发出相同的频率，就会产生声波干扰。
要解决这些困难，就要借助分频器的作用。分频器就是将不同的频率分开，并送往不同的扬声器单元。当然，它还要根据扬声器的特性进行适当调整，以减少失真和干扰。2分频套装扬声器如图2-25。3分频套装扬声器如图2-26。高音单元如图2-27。中低音单元如图2-28。
图2-25 2分频套装扬声器
图2-26 3分频套装扬声器
图2-27 高音单元
图2-28 中低音单元
1.扬声器结构
通电导体会产生磁场，磁场的方向受电流的方向影响，这种现象叫做电磁效应。利用电磁效应，通电线圈在磁场中运动，带动纸盆振动推动空气发出声音。
目前市面上最常见的是电动式锥形纸盆扬声器。尽管目前振膜仍以纸盆为主，但也出现了许多高分子材料振膜和金属振膜，用锥形扬声器称呼就名副其实了。锥形纸盆扬声器主要由磁回路系统（永磁体、心柱、导磁板）、振动系统（纸盆、音圈）和支承辅助系统（定心支片、盆架、垫边）等三大部分构成。扬声器的橡胶边及纸盆如图2-29。扬声器的定心支片、音圈引出线如图2-30。
图2-29 扬声器的橡胶边及纸盆
图2-30 扬声器的定心支片、音圈引出线
1）音圈。音圈是锥形纸盆扬声器的驱动单元，它用很细的铜导线分两层绕在纸管上，一般绕有几十圈，放置于导磁心柱与导磁板构成的磁隙中。音圈与纸盆固定在一起，当声音电流信号通入音圈后，音圈振动带动着纸盆振动。
2）纸盆。锥形纸盆扬声器的锥形振膜所用的材料有很多种类，一般有天然纤维和人造纤维两大类。天然纤维常采用棉、木材、羊毛、绢丝等，人造纤维则采用人造丝、尼龙、玻璃纤维等。由于纸盆是扬声器的声音辐射设备，在相当大的程度上决定着扬声器的放声性能，所以无论哪一种纸盆，既要质轻又要刚性良好，不能因环境温度、湿度变化而变化。
3）折环（橡胶边）。折环是为保证纸盆沿扬声器的轴向运动、限制横向运动而设置的，同时起到阻挡纸盆前后空气流通的作用。折环的材料除常用纸盆的材料外，还利用塑料、天然橡胶等，经过热压粘接在纸盆上。
4）定心支片。定心支片用于支持音圈和纸盆的结合部位，保证其垂直而不歪斜。定心支片上有许多同心圆环，使音圈在磁隙中自由地上下移动而不做横向移动，保证音圈不与导磁板相碰。定心支片上的防尘罩是为了防止外部灰尘等落入磁隙，避免造成灰尘与音圈摩擦，而使扬声器产生异常声音。
2.扬声器的类别区分
1）全频带扬声器。全频带扬声器是指能够同时覆盖低音、中音和高音各频段的扬声器，可以播放整个音频范围内的电信号。其理论频率范围要求是从几十赫兹至20kHz，但在实际上由于采用一只扬声器是很困难的，因而大多数都做成双纸盆扬声器或同轴扬声器。
双纸盆扬声器是在扬声器的大口径中央加上一个小口径的纸盆，用来重放高频声音信号，从而有利于频率特性响应上限值的提升。同轴式扬声器是采用两个不同口径的低音扬声器与高音扬声器安装在同一个轴线上。
全频带扬声器放音的一致性较好，但频响特性较差，它不能在低频区和高频区放音，对频域宽广的音乐得不到原有的声场效果。一般规格有76mm、102mm、127mm、165mm、152mm×229mm，特殊规格有102mm×152mm、127mm×178mm、178mm×250mm。
2）高音扬声器。高音扬声器是指主要播放高频信号的扬声器。高音扬声器为使高频放音的上限频率能达到人耳听觉上限频率20kHz，因而口径较小，振动膜较韧。和中、低音扬声器相比，高音扬声器的性能要求除和中音单元相同外，还要求其重放频段上限要高、输入容量要大。常用的高音扬声器有纸盆形、平板形、球顶形、带状电容形等多种形式。它的放音频率较高，一般在2.5～20kHz范围。高音扬声器大多安装在汽车仪表板两侧和两侧A柱，应用较多的尺寸为25mm和50mm。A柱高音扬声器安装过程如图2-31。A柱高音扬声器安装完成如图2-32。
图2-31 A柱高音扬声器安装过程
图2-32 A柱高音扬声器安装完成
3）中音扬声器。中音扬声器是指主要播放中频信号的扬声器。中音扬声器可以实现低音扬声器和高音扬声器重放音乐时的频率衔接。由于中频占整个音域的主导范围，且人耳对中频的感觉较其他频段灵敏，因而中音扬声器的音质要求较高。有纸盆形、球顶形和号筒形等类型。作为中音扬声器，主要性能要求是声压频率特性曲线平坦、失真小、指向性好等。
配置纯中音扬声器的，都是对音质要求较高的。应用较多的尺寸为102mm，有同轴式和分体式。它的放音频率一般在800Hz～4kHz范围，大多匹配在三分频与高、中低音扬声器配合使用，能衔接高、中低音扬声器的放音频率。
4）中低音扬声器。展现出人声清晰而精细的音乐神韵，应用较多的尺寸为127mm、152mm、165mm，有同轴式和分体式。它的放音频率一般在150Hz～5kHz范围，它可与高、超低音扬声器配合使用，能衔接高、超低音扬声器的放音频率。
5）超低音扬声器。超低音扬声器是指主要播放超低频信号的扬声器，其低音性能很好。汽车行驶中路面噪声以及汽车内部结构条件常常使低音效果受到削弱，安装适当的高性能超低音扬声器可以很理想地解决这个问题，从而保持自然的音调平衡，听起来富有深度和广度，并且清晰纯净。高性能超低音扬声器如图2-33。
图2-33 高性能超低音扬声器
超低音扬声器为使低频放音下限尽量向下延伸，因而扬声器的口径做得都比较大，能承受较大的输入功率。为了提高纸盆振动幅度的容限值，常采用软而宽的支撑边，如橡胶边、布边、绝缘边等。一般情况下，超低音扬声器的口径越大，重放时的低频音质越好，所承受的输入功率越大。
超低音扬声器采用强度高的精铜和铝质盆架，镀金端子可以提升扬声器整体性能，应用较多的尺寸为203mm、254mm、305mm、381mm、457mm等。能放音的频率大约在20Hz到几百赫兹的低频段。低音使声音浑厚，传播遥远，有震感。材质强度高的超低音扬声器如图2-34。
图2-34 材质强度高的超低音扬声器
3.扬声器的性能指标
1）额定功率（W）。扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，它一般都标示在扬声器后端的铭牌上。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械过载等现象，发出的声音不会失真。
额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，它随输入音频信号强弱而变化，在较弱的音乐及声音信号中，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。
因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。一般扬声器的最大功率是额定功率的2～4倍，但并不意味着一定需要这么大功率的功放才推得动，扬声器的驱动难易主要由其灵敏度和阻抗特性来决定。
2）频率特性（Hz）。频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz～20kHz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现，故目前高保真音箱系统采用高、中、低音三种扬声器来实现全频带重放覆盖。
此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会使重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内的频率特性不平坦度小于10dB。
3）额定阻抗（Ω）。扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。扬声器的额定阻抗一般有2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω等几种。
扬声器额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的，而扬声器音圈的直流电阻值为0.9Ω。
4）谐波失真（TMD%）。扬声器的失真有很多种，常见的有谐波失真（多由扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引起，常在低频时产生）、互调失真（因两种不同频率的信号同时加入扬声器，互相调制引起的音质劣化）和瞬态失真（因振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化，从而引起信号失真）等。
谐波失真是指重放时，增加了原信号中没有的谐波成分。扬声器的谐波失真来源于磁体磁场不均匀、振动膜的特性、音圈位移等非线性失真。目前，较好的扬声器的谐波失真应不大于5%。
5）灵敏度（dB/W）。扬声器的灵敏度通常是指输入功率为1W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大小。灵敏度是衡量扬声器对音频信号中的细节能否巨细无疑地重放的指标。灵敏度高，则扬声器对音频信号中所有细节均能做出响应。
经典改装欣赏2-7
6）指向性。扬声器的指向因频率不同而不同，这种特性称为扬声器的指向性。一般而言，对250Hz～20kHz以下的低频信号，没有明显的指向性。对1.5～20kHz以上的高频信号则有明显的指向性。
4.扬声器的工作原理区别
1）电动式扬声器。这种扬声器采用通电导体作音圈，当音圈中输入一个音频电流信号时，音圈相当于一个载流导体。如果将它放在固定磁场里，根据载流导体在磁场中会受到力的作用而运动的原理，音圈会受到一个大小与音频电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力。这样，音圈就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜振动，振膜前后的空气也随之振动，这样就将电信号转换成声波向四周辐射。这种扬声器应用最广泛。
2）电磁式扬声器。也叫舌簧式扬声器，声源信号电流通过音圈后会把用软铁材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振动舌簧与磁体相互吸引或排斥，产生驱动力，使振膜振动而发音。
3）静电式扬声器。这种扬声器利用的是电容原理，即将导电振膜与固定电极按相反极性配置，形成一个电容。将声源电信号加于此电容的两极，极间因电场强度变化产生吸引力，从而驱动振膜振动发声。
4）压电式扬声器。利用压电材料受到电场作用发生形变的原理，将压电元件置于音频电流信号形成的电场中，使其发生位移，从而驱动振膜发声。
5.扬声器的形状区别
1）锥形振膜扬声器中应用最广的就是锥形纸盆扬声器，它的振膜成圆锥状，是电动式扬声器中最普通、应用最广的扬声器，尤其是作为低音扬声器应用得最多。
2）平板扬声器也是一种电动式扬声器，它的振膜是平面的，以整体振动直接向外辐射声波。它的平面振膜是一块圆形蜂巢板，板中间是用铝箔制成的蜂巢芯，两面蒙上玻璃纤维。它的频率特性较为平坦，频带宽而且失真小，但额定功率较小。
3）球顶形扬声器是电动式扬声器的一种，其工作原理与纸盆扬声器相同。球顶形扬声器的显著特点是瞬态响应好、失真小、指向性好，但效率低些，常作为扬声器系统的中、高音单元使用。
4）号角扬声器的工作原理与电动式纸盆扬声器相同。号角扬声器的振膜多是球顶形的，也可以是其他形状。这种扬声器和其他扬声器的区别主要在于它的声音辐射方式，纸盆扬声器和球顶形扬声器等是由振膜直接鼓动周围的空气将声音辐射出去的，是直接辐射；而号角扬声器是把振膜产生的声音通过号角辐射到空间的，是间接辐射。号角扬声器最大的优点是效率高、谐波失真较小，而且方向性强，但其频带较窄，低频响应差。所以多作为扬声器系统中的中、高音单元使用。
6.判别扬声器音质的方法
虽然任何扬声器都有其强项和弱点，尤其在有限的预算下，如何选择一组超值的扬声器是一门学问，但无论对于任何价位和层次的扬声器而言，都有一定的参考标准。
1）测试低频的品质。劣质扬声器所产生的低频可以是轰耳若聋，但完全是那种臃肿松厚，缺乏层次感和结实感的声音。好的低频应是洁净明快、层次分明，不会拖泥带水，即使各种低频乐器如大小鼓声、低音吉他和钢琴的低音，都能轻易分辨出来。所以不要轻易被低频的音量感所蒙骗，劣质低频不如干净的声音来得自然舒服。很多消费者会认为很重的扬声器就能代表它很超值，其实这种说法不完全对，重量是根据扬声器单体的磁铁大小，磁铁大所呈现的低音就沉。
2）测试中频的人声。人声是最常听到的声音，优劣并不难察觉，留意人声是否有不寻常的鼻音，或被抿着嘴发声的感觉。一些扬声器的“箱声”同样会大大干扰中频，令此频段的声音模糊不清。中频音染相对于其他频率音染而言更为严重，因为大部分可听到的声音频率，或是音乐的频率都集中在中频范围，这点几乎对所有种类的乐曲而言，都会成为重播的障碍。
3）测试高频的柔韧感。劣质的高频是尖声刺耳，听得人头痛欲裂，极端情况下会把小提琴或女高音的美声变为汽车制动的尖锐噪声。同样，高音中不同的乐器多产生不同质感，好的高音是能分辨出来的。再优秀一级的高频甚至能令人从中分辨出两把不同年份、不同木质的乐器所奏出的不同音韵。最易掌握的要诀是好的高音是不会令人听而生畏、毛发竖立的，也不会令人越听越累，而应该是绵韧而富弹性，幼滑而具层次，高至最高处仍可容易听见却不会产生变音（当然不是以走音歌手的录音光碟做参考）。
4）测试高音量及声场结像。一些扬声器在低音量时表现稳定，但在音量提升到一定程度便会失真，或“拍边”﹐出现各种非录音中的音乐信号，以不过峰值功率的音量为测试标准。合乎标准的扬声器在一定程度上营造出清晰的声场和结像，显示出不同乐器的分布位置和质感。有充足的扩散以至于能满足现有聆听空间，弱音和尾音应该可以清楚听见，而在大音量的情况下没有失真变形，人声和乐器声不会纠缠不分。优质的重播能显现丰润的音乐感、空气感和音符的弹跳力，像拨开云雾见青天一样，展现出整幅细致有序的音像。而更直接的是在长久聆听下不会令耳朵疲累。
7.高音单元高频衰减方法
大多数的汽车影音系统，因为：①高音扬声器安装的位置太近；②光滑表面的装潢材料，例如玻璃、塑料等，对高音的反射效果；③为了加强低音的效果，按主机的LOUD键，高音也一起增加；④其他因素，例如不当的被动式分音器等，导致高频的音量太多，造成高音太尖、高音太亮、高音太吵、人声干涩、人声不甜等现象。
解决这个问题非常简单，首先将不当的调音因素排除，例如解除LOUD、将主机及放大器等器材的TREBLE降低。假如问题仍然存在，可以用图2-35的方式来降低高音单元的音量，此种方法并不会改变原来扬声器的特性，并且不会导致功放烧毁或者器材损毁。
图2-35 高音单元衰减方法
注意事项：
R1及R2为水泥电阻，承受功率在SW以上。
8.扬声器故障原因
影音系统中的扬声器常有烧掉或失真的情形，一般人直觉会认为是将音量开得太大声才导致扬声器受不了，因而使扬声器损坏。其实不然，有许多种情况都可能是造成扬声器烧掉的原因。
1）音量开得太大声固然会将扬声器震坏，也就是说超出了扬声器的正常使用功率。另一种情况就是功放功率不足的情况下将音量开得太大声，所输出的都是不正常的切割信号，这种情况也会把扬声器损坏。建议喜好大音量的使用者要选购大功率的功放，30W的小功率后级是极有可能烧掉低阻抗大扬声器的。
经典改装欣赏2-8
2）功放如果有直流输出，那一定会烧掉低音扬声器，甚至极少数的高音扬声器也会烧掉。原因是低音（或其他音路）扬声器分音路径上没有电容器隔离直流，直流输出就像把直流电通入扬声器中，连分音器线圈一起烧得焦黑。因此选购功放时千万注意，要先用万用表测量前级和后级的输出端是否有直流输出，如果前级有直流输出，也有可能经由后级再放大把直流传入扬声器。
3）如果您自己是安装的高手，一定知道高频振荡，假如您现在也在自己装，那更要请注意高频振荡，最好用示波器检查一下前级和后级，是否有发生振荡或直流输出的现象，万一有这种现象却没有发现，那也许会烧掉高级的扬声器了。