扬声器是如何工作的？2021.03.03

你有没有思考过扬声器是怎么工作的？我在小时候就开始思考这个问题，但是当我看了披头士乐队的演出后我的注意力就被电吉他的工作原理给吸引了。这两个问题其实有着相似的答案。

在我没有见到电吉他实物前，我认为它是需要接墙上的交流电才能工作的。所以在多年后当我了解到它不但不用插电，甚至是因为通过发电来工作时我整个人都被震惊了。那它又是如何发出又大又奇怪的声音的呢？（相较于看披头士前我******见过的古典吉他）这就是功放和扬声器的作用了。它们都属于同一个“生态系统”。

让我们改变一下叙述顺序，从结论来说起。这很简单：要产生或听到声音，你首先需要震动空气。为什么？因为声音是移动的空气分子与我们的耳膜相互作用时在我们的大脑中产生的感知。是的，这也意味着，如果移动的空气分子周围没有耳朵的话也就没有声音了。在你听到之前，“声音”是不存在的。声音其实是一种感官知觉。而感知是需要认知加工的，我们的大脑就是这样的加工厂，它会带来声音和音乐里的主观信息和情感，但这不是这篇文章要讨论的。

让空气运动指的是在环境中让空气从静止（或几乎静止）的状态变为运动的状态。那要如何做呢？举几个大自然中的例子，大气的温度变化形成了风并会直接接触我们的耳膜，或者打到其他会阻碍大气流动的物体，因此产生了风声。还比如月球的引力拉扯形成的海洋潮汐现象是因为引力的能量移动了海水，海水的移动又造成了空气的流动才使我们听到了海浪的声音。这样解释是不是比较好理解了。

对于大多数的扬声器而言，空气分子的运动来自于一个产生振动的隔面，这个东西在低频扬声器中我们称之为“盆”，而在压缩单元中称之为“音膜”。那么又是什么让音膜产生振动的呢？

扬声器其实是一种将能量从A形式转换到B形式的转换器。***常见的扬声器是基于一个可运动的线圈。它的物理原理是将一个导体放置在一个磁场内并对导体通上电压，从而让这个导体进行运动。对于扬声器而言，这个导体就是线圈，然后将线圈与音膜固定在一起并放置在磁场内。当通上电压后，线圈便会带动音膜进行运动，从而使音膜推动其前面的空气进行运动。很简便吧？

电吉他上的拾音器就是一个以相反方式工作的转换器。其内部的一个处于磁场中的导体在运动中会对其内部的线圈产生电压。具体来说，在电吉他的拾音器中，被拨动的琴弦会打断磁场然后在围绕磁铁的线圈中产生小量的电压。随后这点小电压会传输到功放中，然后功放会将其放大为大的电压量来驱动扬声器，扬声器再推动空气，***后产生声音。直到现在我还是很喜欢这个从拨动琴弦到听到声音的整个循环过程。

回到扬声器本身。音膜前后运动的速度完全取决于作用在其线圈的电压频率。不过这只能解释单频音调的产生。一个扬声器又是如何能够发出电吉他产生的所有奇怪声音，或者整个管弦乐队的声音呢？

虽然我们肉眼看到扬声器做的是单一方向的前后运动，但音膜的表面其实是同时随着上千个频率而舞动的。音膜的这些小运动与伴随的声波的相互作用（相互抵消和结合）组成了我们所听到的多种频率和音调，比如整个交响乐团同时在演奏的声音，或者吉米·亨德里克斯吉他独奏的声音。令人惊讶的是，你实际上可以在扬声器实验室里用一个信号发生器和一盏闪光灯来观察到这个过程。当扬声器音膜的运动表面看起来像一场有组织的***乱时，其图形其实是对称并且有序的，而且这个现象已经被研究了超过200年之久。