Rss & SiteMap
声学楼论坛 http://www.nju520.com/bbs/
这个关于扬声器和传声器物理原理的问题很好,涉及到两者的详细物理背景
即使是熟悉物理知识的网友也可能一时反应不过来,“基础理论室”最需要的就是这样的帖子
在原帖里,作者提到电声和声电转换中涉及的声物理量问题;我理解这个问题
的确,从换能原理的公式出发,如电容式的位移转换为电压,一定是没错的
问题在哪?在于换能方式不是“声电”而是“声——力——电”
力学系统被原作者忽略掉了;而它自身是有个力阻抗的,跟电路里的电容、电感一样,有积分或微分的效果
实际上使用的多数声传感器捕捉的都是声压信号,路端电压的波形对应于声波波形;灵敏度说的都是dB/V
所以不存在所谓的“不同原理的传声器信号不好叠加”的问题
你理解的那个“积分”或“微分”的转换是通过力学部分的设计,通过控制质量、弹性和阻尼元件的相对关系来实现的
具体可参看《声学基础》1.5,或管老师的《电声技术基础》
换句话说,你的下面两个假设是不成立的:
“振膜置于声场中做受迫振动的运动状态与空气质点的振动完全一致”
“振膜的瞬时振幅,也就是空气分子的瞬时振幅”
这个成立的前提是系统没有弹性,质量为0,刚性无限大
紧贴振膜表面的那一层气体微元的运动状态倒的确是和振膜一致的
但是,这个运动状态受到了振膜本身的调制,并不是待测状态本身
空气微元的运动状态传递到振膜的运动状态,不是无条件的
具体发生什么变化,还取决于振膜的力阻抗
一个小错误是,扬声器所依据的基本换能原理是F=Bli
B——磁感应强度
l——音圈导线总长度
i——电流
U=BLV在这里仍然其作用,不过得到的是感生电动势
另一个小错误,扬声器振膜的质量相对较大,这个不是技术手段做不到更低
扬声器工作在所谓“质量控制区”,质量不能太低的
另外,回楼下的,俺怀疑你是否真把这个“走路问题”弄明白了,你至少没讲明白吧
我没做过试验,但我以为动圈话筒不会出现你所讲的现象,举例分析:
假如我们给扬声器加上1V的电压1秒钟,假设扬声器纸盆向外运动,扬声器纸盆运动速度是1米每秒,那么扬声器纸盆会向外运动持续一秒钟到1米处停止,扬声器纸盆的对面有个动圈话筒,那么该动圈话筒振膜会被扬声器持续向内推动到1米距离,振膜运动速度是1米每秒,持续输出1秒钟的电压1V------准确的记录了1V1秒的信号。
假如我们给扬声器加上2V的电压1秒钟,假设扬声器纸盆向外运动,扬声器纸盆运动速度变成2米每秒,那么扬声器纸盆会向外持续运动到2米处停止,扬声器纸盆对面有个动圈话筒,那么该动圈话筒振膜会持续向内运动2米,速度是2米每秒,输出电压2V-----同样会准确的记录2V1秒的信号。
条件同上,假设扬声器对面放的是电容话筒,1V 1秒的情况下扬声器持续向外运动1秒钟,给电容话筒持续施加1压力1秒,2V1秒的情况下扬声器持续向外运动1秒,给电容话筒持续施加2压力1秒,电容话筒同样会准确的记录。
所以你以为动圈话筒不能记录脉冲是不正确的,可能源于你想象中的动圈话筒是有“冲程"限制,假如你把动圈话筒想象成无限“冲程”的,就可以理解动圈话筒也能记录脉冲。
我没做过试验,但我以为动圈话筒不会出现你所讲的现象,举例分析:
假如我们给扬声器加上1V的电压1秒钟,假设扬声器纸盆向外运动,扬声器纸盆运动速度是1米每秒,那么扬声器纸盆会向外运动持续一秒钟到1米处停止,扬声器纸盆的对面有个动圈话筒,那么该动圈话筒振膜会被扬声器持续向内推动到1米距离,振膜运动速度是1米每秒,持续输出1秒钟的电压1V------准确的记录了1V1秒的信号。
这个问题虽然很简单,但也是一个非常好的问题
概括一下,你说的其实是:“当扬声器振膜表面的振速和相位已知,场点上的相位为何”
回答是:扬声器振膜表面声压与振膜振动速度一般是不同相位的,具体的情况取决于频率
电声学里有个辐射阻抗的概念,这个阻抗可以分离出“幅值”和“相位”的
其中的“相位”代表的,就是振膜表面声压与振膜振动速度随着频率的变化趋势
我给你个好东西,你看看192电子页的《声辐射》和图3-22
http://222.200.98.136/data/017/015/00539968/otiff/otiff.djvu
只谈论现象的话,首先要明白同一时刻,声场里各个场点上的声压相位并不一致,讨论确定场点的相位才有意义
点确定了以后,可以说:由于空气有粘滞力,刚好紧贴着振膜的那层空气分子总是与振膜是一个运动状态
不过往外一点点,由于空气具有弹性和质量,两者的相位就不同了
场点上的声压是来自振膜各点的同向辐射相互叠加的结果
但是振膜各点到场点的距离不一致
因而计算近距离,或曰近场相位的时候,还要考虑这个叠加问题
...绕过了贝赛尔函数,不过按照我的普及能力,似乎绕不过多元微积分了
这个问题虽然很简单,但也是一个非常好的问题
概括一下,你说的其实是:“当扬声器振膜表面的振速和相位已知,场点上的相位为何”
回答是:扬声器振膜表面声压与振膜振动速度一般是不同相位的,具体的情况取决于频率
电声学里有个辐射阻抗的概念,这个阻抗可以分离出“幅值”和“相位”的
其中的“相位”代表的,就是振膜表面声压与振膜振动速度随着频率的变化趋势
只谈论现象的话,首先要明白同一时刻,声场里各个场点上的声压相位并不一致,讨论确定场点的相位才有意义
点确定了以后,可以说:由于空气有粘滞力,刚好紧贴着振膜的那层空气分子总是与振膜是一个运动状态
不过往外一点点,由于空气具有弹性和质量,两者的相位就不同了
场点上的声压是来自振膜各点的同向辐射相互叠加的结果
但是振膜各点到场点的距离不一致
因而计算近距离,或曰近场相位的时候,还要考虑这个叠加问题
...绕过了贝赛尔函数,不过按照我的普及能力,似乎绕不过多元微积分了
arch理论基础深厚!强!
延伸一下,当频率足够高时,辐射抗将远小于辐射阻,此时可以认为无限接近振膜表面的声压和质点速度是同相的!
这个关于扬声器和传声器物理原理的问题很好,涉及到两者的详细物理背景
即使是熟悉物理知识的网友也可能一时反应不过来,“基础理论室”最需要的就是这样的帖子
在原帖里,作者提到电声和声电转换中涉及的声物理量问题;我理解这个问题
的确,从换能原理的公式出发,如电容式的位移转换为电压,一定是没错的
问题在哪?在于换能方式不是“声电”而是“声——力——电”
力学系统被原作者忽略掉了;而它自身是有个力阻抗的,跟电路里的电容、电感一样,有积分或微分的效果
实际上使用的多数声传感器捕捉的都是声压信号,路端电压的波形对应于声波波形;灵敏度说的都是dB/V
所以不存在所谓的“不同原理的传声器信号不好叠加”的问题,实际是不存在的
你理解的那个“积分”或“微分”的转换是通过力学部分的设计,通过控制质量、弹性和阻尼元件的相对关系来实现的
具体可参看《声学基础》1.5,或管老师的《电声技术基础》
换句话说,你的下面两个假设是不成立的:
“振膜置于声场中做受迫振动的运动状态与空气质点的振动完全一致”
“振膜的瞬时振幅,也就是空气分子的瞬时振幅”
这个成立的前提是系统没有弹性,质量为0,刚性无限大
紧贴振膜表面的那一层气体微元的运动状态倒的确是和振膜一致的
但是,这个运动状态受到了振膜本身的调制,并不是待测状态本身
空气微元的运动状态传递到振膜的运动状态,不是无条件的
具体发生什么变化,还取决于振膜的力阻抗
一个小错误是,扬声器所依据的基本换能原理是F=Bli
B——磁感应强度
l——音圈导线总长度
i——电流
U=BLV在这里仍然其作用,不过得到的是感生电动势
另一个小错误,扬声器振膜的质量相对较大,这个不是技术手段做不到更低
扬声器工作在所谓“质量控制区”,质量不能太低的
另外,回楼下的,俺怀疑你是否真把这个“走路问题”弄明白了,你至少没讲明白吧
ARCH 大侠分析很不错,赞一个!
只是F=BLI中的L定义成有效长度似乎更严谨点!
另外,扬声器工作在“质量控制区”和振膜质量不能太低的不存在逻辑关系,扬声器作为被动发声器件,其自身的振动模态应该被很快的抑制,也就是说其振膜的惯性越小越好,从这点上来考虑我们是希望振膜质量变小,只不过工艺及材料的限制而不可能做小而已 .
这个关系是不对的!
假设你这里定义的声压为接收点声压,运动速度为振膜的运动速度,振幅为振膜的振幅,压力为空气对于振膜的反作用力的话(我这么猜先),那么他们之间的关系应该是,声压正比于振膜运动速度和振动频率的乘积,运动速度正比于振膜振幅和振动频率的乘积,至于振幅和空气反作用力的关系比较复杂,当然你可以通过辐射阻抗反推回反作用力和振动速度的关系(实际上利用法向速度连续的原理,这个速度就是振膜表面空气质点的振动速度)
“我举例只是为了说明动圈话筒是可以记录脉冲”
提问者知道动圈可以记录脉冲
他问的不是这个,而是当电容给出方波的时候,动圈记录到的究竟“是什么”
我在3楼已经回答过,动圈记录到的同样是方波。他六楼下方的那个图错了,错在没有理解声接收的基本原理
您犯的是同样的理论错误——同时您还没有好好听题
“你提出的什么声学的基本概念和我要论述的道理有关系吗?真的有关系吗?是不是真的有关系了?”
声学基本概念跟“您论述的道理”没有关系;一旦有了关系,现有的声学理论就不自洽了
但是,声学基本原理和“我们讨论的问题”是相关的,真的是相关的,一定是相关的,必然是相关的,肯定是相关的,的确是相关的
为什么?
因为物理原理决定了可近似的范围。超过了这个范围,往同样方向迈出的一小步都是错误的
如果您了解了这些原理,就不会做你那几个“假设”,弄出个其实是耳道的模型,来证明你似是而非的“道理”
有个道理值得反复宣扬:声波的辐射和接收不是互逆过程。
扬声器做声辐射在各个场点上得到声压,而传声器做声接收是“弱水三千取一瓢饮”,只看单独一个场点的声压
所以扬声器和传声器的设计可以有本质的不同
这个道理可以解决很多问题,包括本帖讨论的这个问题
我的导师,某留洋的声学博士,也在这里迷糊过
另一个道理也值得反复宣扬:
先读题目再回答、先翻翻书再下断语是对别人的尊重,也是对自己的尊重
只要正弦波能发出来,梯形波就是可以发出来的
ARCH 大侠分析很不错,赞一个!
只是F=BLI中的L定义成有效长度似乎更严谨点!
另外,扬声器工作在“质量控制区”和振膜质量不能太低的不存在逻辑关系,扬声器作为被动发声器件,其自身的振动模态应该被很快的抑制,也就是说其振膜的惯性越小越好,从这点上来考虑我们是希望振膜质量变小,只不过工艺及材料的限制而不可能做小而已 .
谢谢提醒,你关于音圈线的说法是更严谨的
另,设计扬声器的时候,出于瞬态响应的考虑,质量当然不能大
但出于谐振频率的考虑,质量太小则工作区遭到压缩
——弹性一定的情况下,质量小到一定程度,过渡到阻尼工作区,这里是有隐含的逻辑关系的
因此振膜质量不能是无限小的,我不认为这仅是由于材料和工艺的限制
arch理论基础深厚!强!
延伸一下,当频率足够高时,辐射抗将远小于辐射阻,此时可以认为无限接近振膜表面的声压和质点速度是同相的!
谢谢吹捧。马克吐温说,他听到人说他句好话,能高兴仨月,我也是这种人
那部分叫做“同振质量”吧,做电路图的时候,是要算到模拟里去的
这个推导很可以锻炼数学啊,希望楼下“学习”的同学推导一下啊
每次看到有人跟帖说“学习了”的时候,我就在想“学到什么了呢?”