扬声器的工作原理问题

shaorc

对于内部是由线圈绕制的扬声器一般都是根据流过线圈电流的大小变化，使得线圈做伸缩形变运动，从而带动膜发声。
【1】为什么驱动扬声器的信号，多为正弦（近似正弦）波，而不用方波呢（典型的就是功放IC的输出是方波PWM，而后要加上LC电路使得其，波形成为正弦）？PWM波不可以直接驱动扬声器负载吗,是因为方波信号中含有大量高频开关信号，必须得滤除吗？


【2】正弦音频信号驱动扬声器播放音乐时，每一个音符是如何体现在正弦模拟音频信号中的？
比如下图的这段模拟音频，对应播放的是音乐“do rui mi fa sol la si”
每一个音在信号上是如何体现的，是不是像图中△S所对应的信号段通过扬声器播放后就是一个音？

maychang

“对于内部是由线圈绕制的扬声器一般都是根据流过线圈电流的大小变化，使得线圈做伸缩形变运动，从而带动膜发声。”

线圈不是你所说的“伸缩形变”运动。
发声时，线圈是平动。

maychang

“为什么驱动扬声器的信号，多为正弦（近似正弦）波，而不用方波呢”

没有那么回事。
驱动扬声器的信号，是非常复杂的。但复杂的信号，可以分解成很多(理论上无穷多)个正弦信号的叠加。包括方波，也可以分解成很多正弦信号的叠加。这个，叫傅立叶展开。

maychang

“PWM波不可以直接驱动扬声器负载吗,是因为方波信号中含有大量高频开关信号，必须得滤除吗？”

PWM信号可以直接驱动扬声器，因为扬声器根本不可能跟随PWM信号运动，只能跟随PWM信号的平均值运动。实际上，扬声器本身就可以看成是一个低通滤波器。这个，你试试便知。
之所以要加LC滤波，乃是因为D类放大器到扬声器的导线比较长的情况下，导线会对其它电子设备造成干扰。如果不怕这个干扰，扬声器就可以直接接到D类放大器输出端。

maychang

“正弦音频信号驱动扬声器播放音乐时，每一个音符是如何体现在正弦模拟音频信号中的？”

前面已经说过：声音信号(无论是语音还是乐曲)很复杂，不是正弦信号。怎么还在说是“正弦音频信号驱动扬声器”？

maychang

“每一个音在信号上是如何体现的，是不是像图中△S所对应的信号段通过扬声器播放后就是一个音？”

不知道什么是“信号段”，请使用电子工程通用的名词。

maychang

声音信号什么样，你拿个示波器，向示波器输入适当大小的声音信号(例如从收音机的扬声器两端，或者台式计算机声卡输出端)，看示波器上波形，就知道了。

maychang

“扬声器的工作原理问题”

你所使用的扬声器，其工作原理和永磁直流电动机是完全一样的。

guojun0718

【1】为什么驱动扬声器的信号，多为正弦（近似正弦）波，而不用方波呢（典型的就是功放IC的输出是方波PWM，而后要加上LC电路使得其，波形成为正弦）？PWM波不可以直接驱动扬声器负载吗,是因为方波信号中含有大量高频开关信号，必须得滤除吗？【2】正弦音频信号驱动扬声器播放音乐时，每一个音符是如何体现在正弦模拟音频信号中的？
比如下图的这段模拟音频，对应播放的是音乐“do rui mi fa sol la si”
每一个音在信号上是如何体现的，是不是像图中△S所对应的信号段通过扬声器播放后就是一个音？
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【1】任何一个信号，都可以进行傅立叶变化，任一个信号从傅立叶变化的角度来看都由基本信号（即各种频率分量信号）叠加而成。做傅立叶变换就是想得到每个频率成分的信号幅度有多大。
  
从方波的傅立叶展开式可以看见，方波里有大量的奇次谐波。而且这些奇次谐波的强度还不弱，这个谐波在声音信号里，听起来会觉得不怎么舒服。
在音乐里，我们把基波的频率看成一个音符的话，其偶次谐波恰恰是基波的一个八度音，懂音乐的朋友会知道，一个音与其高八度（只能是高八度）的音在一起发出时的感觉，那是一种和谐，自然美妙。
奇次谐波跟基频不存在在乐理上的和谐关系，唯有极少量的存在对主音有修饰作用，属和弦或7和弦，但这已经靠运气能撞到点儿上。我们可以认为，大多情形下奇次谐波是有害成分。
从音乐的角度上讲，大部分音乐都是以一个八度音，来体现感情，两个以上次之。

八度音是绝对和谐的，但是三度和五度的和谐是相对的，对于特定的调式来说，调里不同的音的大三度和纯五度就有可能是和谐或是不和谐的。比如对于自然小调，主音的大三度音（五次谐波）就是不和谐的。就算是偶次谐波也不能太多了。

所以，需要用滤波器滤除掉这些奇次谐波。


【2】每一个音在信号上体现为频率。
在1939年的伦敦召开的国际会议上，最终确定a1=440赫兹为国际第一标准音。
a是音名，a的唱名是la。中央C就是钢琴键盘上小字一组的c1，小字一组的c1的震动频率是261.6255hz
而钢琴键盘上小字一组的a1就是国际第一标准音。

一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。
如果真如图所示播放那么一小段的正弦波，这么短的时间，没有人能听出来其频率的，也就是听不出是什么音。
乐器矫正音，是用一个叫音叉的小仪器

shaorc

guojun0718 发表于 2019-5-4 21:18
【1】为什么驱动扬声器的信号，多为正弦（近似正弦）波，而不用方波呢（典型的就是功放IC的输出是方波PWM， ...

一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。

谢谢 这段很受用
既然音符是通过时间段里的震动次数来实现的
那么不同的音 比如 la和 mi音
他们的震动次数(频率)肯定不同，根据公式T=2*pi*f，音符持续的时间也不一样。但是怎么把音的频率和电压电流信号联系起来，毕竟是要通过LC电路来滤波，
还要考虑到电感上电流的断续还是连续的工作状态。
而且一首歌通过音频信号让扬声器发声出来，怎么形象的体会这个过程？
而且它和蜂鸣器发声原理一样吗？既然都是和频率有关？

shaorc

maychang 发表于 2019-5-4 17:40
“扬声器的工作原理问题”

你所使用的扬声器，其工作原理和永磁直流电动机是完全一样的。

好，自己也把这块复习起来

maychang

shaorc 发表于 2019-5-5 10:28
好，自己也把这块复习起来

这段内容，从高中物理课程“导线在磁场中受力”、“导体切割磁力线”以及相对应的左手定则右手定则开始，到大学工科的普通物理里面都有讲到。

shaorc

maychang 发表于 2019-5-4 17:16
“正弦音频信号驱动扬声器播放音乐时，每一个音符是如何体现在正弦模拟音频信号中的？”

前面已经说过： ...

现在完全明白音频信号的的构成，再不会简单以为是正弦波了

maychang

shaorc 发表于 2019-5-5 10:02
一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。

谢谢 这段很 ...

“那么不同的音 比如 la和 mi音 他们的震动次数肯定不同，但是各自震动的时间段相同吗？”

你唱歌的时候，某个音符总要持续一定时间，例如半拍、一拍、两拍，是不是？这个“半拍、一拍、两拍”就是这个频率(并非单一频率，而是多个频率，以最低频率为准)振动持续的时间。

maychang

shaorc 发表于 2019-5-5 10:02
一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。

谢谢 这段很 ...

“一首歌通过音频信号让扬声器发声出来，怎么形象的体会这个过程”

乐谱上都会标明每个音持续的时间，例如四分音符、二分音符等等。而且还会标明节拍的速度。
那就是说，某些频率的振动持续0.5秒，另一些频率的振动持续1秒……等等。拿过乐谱来一看便知。

topwon

以下信息来自网络随意摘抄，如有错漏概不负责，新手请注意避免被误导，老手不喜勿喷，指出问题即可。
希望能帮助你理解所谓的“do rui mi fa sol la si”

吉他空弦频率


国际第一标准音高为A=440HZ
国际第二标准音高为A=439HZ
国际第三标准音高为A=438HZ
我们通过计算得出吉他每一根空弦音的理论音高（十二平均律的），然后看泛音调弦方法得到的音高是不是与之相等即可。对于标准音高a1=440.0000 Hz，那么按照12平均律所生成的各弦空
1弦空弦，音高e1，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 5 / 12 ) = 329.6276 Hz
2弦空弦，音高b，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 10 / 12 ) = 246.9417 Hz
3弦空弦，音高g，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 14 / 12 ) = 195.9977 Hz
4弦空弦，音高d，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 19 / 12 ) = 146.8324 Hz
5弦空弦，音高A，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 24 / 12 ) = 110.0000 Hz
6弦空弦，音高E，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 29 / 12 ) = 82.4069 Hz
以上是一个换算公式




吉他空弦频率

吉他在不压弦时所弹出来的音，叫吉他的空弦音。利用12平均律的计算方式可以得到每根弦的空弦音对应基频的频率，如下:


1弦空弦，音高e1，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 5 / 12 ) = 329.6276 Hz

2弦空弦，音高b，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 10 / 12 ) = 246.9417 Hz

3弦空弦，音高g，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 14 / 12 ) = 195.9977 Hz

4弦空弦，音高d，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 19 / 12 ) = 146.8324 Hz

5弦空弦，音高A，频率f = 440.0000 / 2 ^ ( 24 / 12 ) = 110.0000 Hz

6弦空弦，音高E，频率 f = 440.0000 / 2 ^ ( 29 / 12 ) = 82.4069 Hz

以上只是每根弦对应的基频的频率，实际上，吉他在发音是有很多的泛音成分。所有的乐器如钢琴，吉他，二胡等，它们的某个基音都是相同的，而为什么当钢琴发音时，我们不会当成是吉他呢？这里就是泛音的原因，不同乐器在相同的基频下，其泛音的分布是不一样的，所以我们能分辨出什么是钢琴音，什么是吉他音。如果抛开泛音的存在，我们在弹吉他时，听到的就是"理想信号源"的声音，那所有的乐器发音都是相同的，就会变得单调无味。

maychang

shaorc 发表于 2019-5-5 10:02
一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。

谢谢 这段很 ...

即使是频率为1kHz的振动，如果持续时间过短(实际测量，大约16ms，每个人均不相同)，人耳也无法分辨音高，只能听到噪声。虽然16ms这段时间里面，1kHz的振动已经振动了16次，即16个周期。

guojun0718

shaorc 发表于 2019-5-5 10:02
一个音符是有持续时间的，在这个持续时间里，音符震动多次，而不是正弦波的那么一小段。

谢谢 这段很 ...

全音符的音有多长？120/分钟（一秒2拍），全音符就是2秒钟。
音符按照时值划分通常有以下几种：
1、全音符。
2、二分音符等于全音符1/2的时值；
3、四分音符等于全音符1/4的时值；
4、八分音符等于全音符1/8的时值；
5、十六分音符等于全音符1/16的时值；
6、三十二分音符等于全音符1/32的时值；
7、六十四分音符等于全音符1/64的时值。
8、一百二十八分音符等于全音符1/128的时值。也是最短的音符了，在钢琴中常有表现。

zhuyebb

支持一下 楼主加油

shaorc

maychang 发表于 2019-5-5 10:42
“一首歌通过音频信号让扬声器发声出来，怎么形象的体会这个过程”

乐谱上都会标明每个音持续的时间， ...

自己看了一小段乐理的视频，以及乐谱，说一下
比如一首歌曲为4/4拍，每分钟60拍
那么它是以四分音符为一拍，每拍持续1秒钟，每个小节有4拍
但是我对您在14楼说的以下这句话，不太明白
““半拍、一拍、两拍”就是这个频率(并非单一频率，而是多个频率，以最低频率为准)振动持续的时间。”

【1】如果四分音符为一拍，那么一拍就持续震动1秒，半拍就持续震动0.5秒，两拍持续震动2秒。此好理解
而半拍、一拍等并非单一频率，而是多个频率震动持续的时间，这个多个频率怎么理解？

【2】最终结合扬声器工作原理，线圈缠绕在铁芯上，模拟音频信号的电流流过线圈，使得铁芯磁化，吸附喇叭相连的磁铁，从而使得膜震动发声。这个过程得以实现，是因为流过线圈的电流大小一直在变化，从而导致喇叭膜震动频率变化，从而发出想要的声音吗？