【电声学】

1.简述号筒扬声器的基本构成，并分析相位塞的作用。
号筒扬声器主要由发音单元（称为音头）和号筒两个部分组成。

号筒是个截面积逐渐变大的声波导管，使振膜发出的声波向空间传播时，波阵面逐渐扩散开。
号筒的出口截面积越大，号筒口与空间之间的阻抗匹配越好，效率也越高。因此号筒相当于电路中的变压器。

音头的振膜通过容积很小的气室与号筒耦合。
这个小气室的截面积比号筒喉口面积大，但气室的尺寸却比声波的波长小。通过它的阻抗变换作用，可以使加到振膜的声阻抗增大，从而得到高效率的声音输出。

在音头中有个称为相位塞的部件。
它的作用是，当振膜直径较大时，振膜中心部分发出的声波与周围部分发出的声波，在喉口部分两者相位产生差异。在半波长与振膜半径相等的频率以上时，喉口的声输出下降，重放频段受到限制。为了消除这种相位干涉，需添加喉塞对号筒扬声器的高频重放频段进行扩宽，有喉塞时，声音的高频要比无喉塞时宽很多。

2.简述分频网络的阶数与阻带衰减率的关系。
负责划分频段的电路——分频网络，实际上就是一些高通、低通、带通滤波器。
阶数越高，转折频率附近的频率特性越陡（即阻带衰减率大），但产生的相移也大，三阶以上的分频网络很少使用。
比如一阶二频段分频网络，频率每增加一倍，信号幅度变化6dB(约一倍或一半)，因此在较宽的频率范围内，两扬声器同时放声。而，二阶二频段分频网络，约按每倍频程12dB的规律提升或衰减。

3.简述复合式传声器的工作原理。

复合式传声器由压强式声接收和压差式声接收两者复合而成。
复合方式可分为声复合式和电复合式两种。
所谓声复合式是通过将压强式声接收与压差式声接收的声学结构进行复合。
而所谓电复合式是指将压强式声接收和压差式声接收的电信号进行叠加的方式。
复合式传声器通过上述声学结构的变化或电路结构的变化，可以获得从全指向性到单指向性（包括心型、超心型、锐心型……）等不同的指向特性。

有三种组合方式：
第一种是将一只全指向性和一只双指向性的振膜紧密地结合在一起，将两者的输出叠加；
第二种是将一只振膜的一部分只有前面暴露在声场中，另一部分两面都暴露在声场中；
第三种又叫相移式声波接收方式，这种方式振膜的前后两个表面都接收声压，但作用到振膜内表面的声压要经过传声器的后声入口后，再经传声器内部的一段路径。

传声器的后声入口被设计成一个声学低通滤波器，声音从后声入口到达振膜内表面要延时\(t_{1}\)秒，且限制（阻止）了高于\(f_{t}\)的高频段信号的通过。

下面结合图4-5，简述复合方式获得单指向特性的原理。

D是传声器振膜
M是固定装置
L是所涉及的声学延时部分，可带来\(t_{1}\)秒的延时
声音从0°方向传来时，作用于后表面的声波比作用于前表面的声波晚\(t_{1}+t_{s}\)秒
声音从90°方向传来，则时间差为\(t_{1}\)秒
如果时间\(t_{1}\)正好与声音经过路程S所需的时间\(t_{s}\)相等，声音从180°方向传来时，到达振膜前后两表面的声波同相，相互抵消而无信号输出，振膜保持静止。

4.什么是球顶形扬声器？画出其结构简图，并说明其结构上与纸盆扬声器的主要区别在哪里？
球顶形扬声器是高质量扬声器系统中常用的一种直接辐射式扬声器。
它由磁系统形成一环形隙缝，隙缝中嵌一通有声频信号电流的音圈，音圈受力按声频信号振动，使与之相连的球顶型振膜振动，辐射声波。该种扬声器主要用来重放中、高声频信号。
、
与一般的电动式扬声器相比，球顶型扬声器有如下几个特点：
（0）构造与纸盆扬声器（锥形动圈式扬声器单元，常用于较低频段的辐射）相似，只是把纸盆换成球顶型振膜。球顶形振膜根据材料软硬程度不同分为硬球顶和软球顶，
（1）是振膜面积小。就中频单元而言，一般纸盆（锥形）扬声器的振膜口径为100_{150毫米，而球顶型振膜口径只有35}70毫米。因振膜面积小，且呈半球形，故指向性好，指向性宽。也正因为辐射面积小，因此输出声压级也相应下降，若要提高输出声压级就必须增加振膜的振动幅度。
（2）一般没有定位支片，单靠轭环支撑及定位。因此它不适于做低频单元，因为低频振动时，振幅大，容易发生横向偏倚，造成音圈与导磁板、场心柱相擦或发生异常声及失真。
（3）振膜后有一个后腔，内部大多填了些柔软的多孔性吸声材料，来改善低频共振及减少分割震动。特别是对软球顶，容易凹陷，以多孔性吸声材料与它轻微相触，可以有效地避免振膜凹陷，减少分割振动。
后腔主要用于中频球顶扬声器，这个后腔能使谐振频率降低。而高频球顶扬声器不仅不要后腔，导磁柱也不要求空心。振膜和导磁柱形成的空间做后空腔已足够了。
（4）在振膜前有相位塞（非每只球顶扬声器所必须），其主要目的是改善声压特性和指向性，同时也起着保护振膜的作用。

5.箱式扬声器系统主要由哪几部分组成？各部分的作用分别是什么？画出信号流程方框图。
箱式扬声器系统通常由三部分组成：1.扬声器单元；2.分频网络和衰减器；3.箱体。
如果是有源扬声器系统，则还包含4.功率放大器、5.频率均衡器等。

1.扬声器单元。组成箱式扬声器系统的扬声器单元质量的优劣，直接影响这一系统音质。
2.分频网络和衰减器。每种扬声器只重放某一特定的频段。分频网络保证供给扬声器单元以严格的频带和正确分配馈给各扬声器单元的功率信号。它的作用除了把信号的频谱按所选定的分频点进行划分外，还应保证这些扬声器单元只有本身的工作频率而不会有其他频率成分的信号混入。

以双频道箱式扬声器系统为例。如果在高频扬声器单元中有低频信号混入，除了将导致严重失真外，高频扬声器还可能因过载而损坏；如果低频扬声器单元中有高频信号混入，由于低频扬声器不能重放这些信号，那么这些信号的电功率就会白白地浪费掉。

如果两个扬声器单元因灵敏度不同而造成输出的声级不同时，可以通过衰减器进行调节。
3.箱体。主要作用是为了解决扬声器振膜两面辐射的声波相位相反而互相干涉使空间中的声压削弱，导致扬声器的低频性能下降的问题（声短路现象在低频范围较为明显），进而提高扬声器的放声效果。常用的方法有障板（对于一定线度的障板，以不规则形状为好）、开口箱、闭箱及倒相箱等几种方式。
4.功率放大器。是用来把来自调音台或前置放大器的信号进行功率放大并推动扬声器系统发生。

与前置放大器相比，功率放大器是处于大信号输入和大信号输出的工作状态，并且信号的动态范围很大，所以容易引起非线性失真，同时，其功率损耗较大，英尺，降低失真，提高功率转换效率，保证足够的输出功率，是对功率放大器的基本要求

5.频率均衡器。是用来对声音的频响曲线进行均衡的设备，它把整个声音频率范围分成多个频段，可以分别对不同频段的声压进行校正，有效抑制声音过强的频率成分或提升声音过弱的频率成分。
功率分频：
信号流程方框图

输出之前还可以再加个均衡器

前置分频：信号->分频器->多个功放分别推动扬声器单元

6.什么是电容传声器？主要由哪几部分构成？前置放大器的作用是什么？
电容传声器是利用电容式换能原理制成。
电容传声器一般由极头（接收声信号的振膜和后极板组成的可变电容器）和电路部分组成，可分为两种基本形式，一种是由外部提供极化电源，称为电容传声器，另一种是内部预置极化电压，称为驻极体传声器。
前置放大器：电阻\(R_{J}\)两端产生代表声音信号的交变电压\(U_{R}\)。但是，为了保证声电线性变换，要求回路电流很小，因此\(R_{J}\)一般取值很大。考虑到高输出阻抗传输时容易引进外界干扰噪声，同时传输线的分布电容也会使高频产生损失，通常把这个高输入阻抗的放大器放置在传声器壳体内，由放大器输出端将阻抗降低后再进行传输，故此放大器主要起阻抗变换作用。

7.动圈式传声器与电容式传声器的差别？
动圈式传声器的主要优点是：使用简单方便，牢固可靠，寿命长，性能稳定，噪声电平较低。与电容式传声器相比，它不需要附加前置放大器，没有极化电压，因而不需要向它馈送电源；此外，价格相对便宜。但瞬态响应特性和高频响应特性不及电容式传声器。
（1）非线性失真
而高动态范围的声音，如鼓声、打击乐等，则最好使用动圈传声器。

对于动圈传声器，工作频率越低，振膜和音圈的振幅越大。因此，整个动圈传声器的非线性失真将在其工作频带的下限频率处出现最大值。随着人们对声音特点认识的逐步加深，特别是近距离拾音，发现传感器的声压可能很高，这时，传声器膜片和音圈的振幅可能很大，传声器的非线性失真就不能忽略。

考虑到电容传声器振膜大幅度振动时会产生较大的失真和电容传声器的高灵敏度特性，电容传声器常被用于拾取比较平稳、轻柔的声音。

电容传声器的非线性失真主要由两部分产生，一是在声电变换过程，二是在电信号放大过程。放大器的非线性畸变问题和可以解决的，不过由于电容传声器的灵敏度较高，放大器的输入信号较大，如果电路设计不当或制造工艺控制不严，放大器产生的非线性失真仍可能是较大的。
至于声电变换过程的非线性失真，从前面方程推导可知，要实现极化式电容换能器声电之间的线性变换，前提条件是在小信号作用下，否则将产生较大的二次谐波失真。

（2）瞬态特性
由于动圈传声器利用声学谐振系统补偿频率特性，因此与电容传声器相比，其瞬态特性略差。

为了扩展工作频率范围，动圈传声器采用了增设新的声学结构组成多谐振系统的方法。如果这些谐振系统的品质因素（Q值）过大，则在声信号消失时，输出端将产生这些谐振频率的拖尾振荡，加之膜片本身也有它自己的简正方式，这就不可避免地产生瞬态畸变，使输出信号被这些固有振荡信号“染色”而产生失真。因此，动圈传声器与电容传声器相比，其瞬态特性较差。

电容传声器不需要多谐振系统进行频带展宽和补偿，而且振膜较轻，力阻较大，工作频带较宽，因此与动圈传声器相比具有较好的瞬态特性。

8.简述动圈传声器输出阻抗低的原因。（待确定）
设作用到传声器振膜上的声波是正弦声波，
音圈导线等效总长度为\(l\)，
磁缝隙中等效磁感应强度为\(B\)，
音圈振速为\(\dot{V}\)，
则产生的感应电动势\(\dot{E}\)为：\(\dot{E}=Bl\dot{V}\)
当传声器接到放大器时，放大器的输入阻抗就成了传声器的负载，在这个闭合电路中产生电流，该电流又会使置于磁场中的音圈受到一个和声波作用方向相反的电动力的作用，所以振膜除受声波作用力外，还受磁场的电动力作用。
振膜所受的作用力为：\(\dot{F_{1}}=\dot{P}S\)
\(\dot{F_{1}}\)声波作用力，\(S\)振膜等效接受声波面积，\(\dot{P}\)振膜处的声压
音圈所受电动力为：\(\dot{F_{2}}=Bl\dot{I}\)
\(B\)磁缝隙中等效磁感应强度，\(\dot{I}\)音圈中流过的电流，\(l\)音圈导线总等效长度
所以，振膜所受的力应为：\(\dot{F}=\dot{F_{1}}-\dot{F_{2}}\)
即：\(\dot{F}=\dot{P}S-Bl\dot{I}\)

是不是因为R如果太大，则输出电压是个恒定值，就达不到传声的作用了？所以只好让R变小。