揚聲器的高頻范圍同樣沒有嚴格的界定。音樂中樂器頻譜有一個現(xiàn)象，其高頻部分的能量同中頻相比有下降的趨勢，在高頻部分振幅比較小。圖1是測量得到的各種廣播節(jié)目聲的頻譜。但是高頻部分的能量減少，并不意味高頻部分不重要，恰恰相反高頻部分對體現(xiàn)音色的完美、特征、完整是不可缺少的，它展現(xiàn)了音樂的華彩和細節(jié)。失去了高頻，樂隊合奏的那種燦爛輝煌將不復存在。

圖1  各種廣播節(jié)目聲的頻譜

　　圖2是一張各種樂器的頻率范圍圖。和在其他資料看到的類似圖表有所不同，頻帶要寬一些，是滿足不改變音色必須具有的頻帶范圍。因為不論什么樂器、什么聲音都有眾多的高次諧波。根據(jù)傅里葉分析，任一種樂器的波形可以由無窮多的諧波組成，其頻率趨向無窮大(頻率愈高的諧波其相應的振幅亦愈小，在一定程度可以忽略)，這就是揚聲器高頻部分的重要。甚至為了重放高頻，生產(chǎn)專用的高頻揚聲器。在數(shù)字技術迅速發(fā)展的今天聲源設備如 SACD、DVD-Audio 等具有很寬的頻率范圍，對揚聲器高頻部分有更高的要求，甚至重放高于20kHz的超聲波范圍(對此音響界還存在不同看法)。

圖2 為了不改變音色必須具有的頻帶范圍

高頻重放的上限

　　作為揚聲器的輸入信號，頻率是沒有限制的。揚聲器頻率重放的上限是音圈振動不能傳到振膜的頻率。從等效電路講，相當于在音圈與振膜之間插入一個彈簧。

　　圖3和圖4分別是揚聲器的高頻等效電路和高頻重放上限fh附近的模型。

圖3  fh附近的等效電路

圖4  fh附近的模型圖

　　根據(jù)這個等效電路，求出振膜速度VL最大時的頻率。這時聲壓出現(xiàn)一個高的諧振峰值，這個諧振頻率被稱為高頻重放上限頻率fh, 高于此頻率時聲壓輸出急劇下降，有

　　式中    m1--音圈質量;

　　m2--振膜質量;

　　Sn--振膜根部的勁度=πEhcos²θ/sinθ;

　　E--振膜的彈性模量;

　　h--振膜根部的厚度;

　　θ--振膜的半頂角。

　　由此可知要提高揚聲器高頻重放上限術，可減輕振膜及音圈質量，選用彈性模量高的、半頂角小的振膜。許多揚聲器設計師都有經(jīng)驗，中心膠軟硬程度不同，會影響高頻性能。在振膜根部浸膠是改善高頻的應急性措施。早年在工廠為了減低揚聲器的高頻性能，提出一種被稱為“高頻濾波器”的結構，如圖5所示在振膜根部加一折環(huán)，可以有效降低高頻。

圖5  在振膜根部加一折環(huán)

　　需要強調的是，揚聲器各種性能之間是互相平衡、互相牽制、互相關聯(lián)的，往往是此消彼長、此伏彼起，如選用彈性模量高的振膜，可將高頻上限提高，但卻帶來后沿瞬態(tài)特性壞、音質不柔和等一系列問題。所以綜合權衡是揚聲器設計師的主要工作。

高頻特性與振膜幾何形狀的關系

　　揚聲器的高頻特性與振膜的幾何形狀有密切的關系。圖6表示振膜形狀對高頻特性影響的一種傾向。常見的振膜截面幾何形狀有拋物線型、直線型、指數(shù)型，還有介乎之間的弧型，如圖7(a)所示。拋物線型半頂角較大，曲線中頻平坦高頻有一個峰值，通常在低頻揚聲器中選用，在使用時用分頻網(wǎng)絡除去峰值部分。指數(shù)式振膜具有寬而平坦的頻響。早年筆者曾嚴格按指數(shù)曲線設計了一只300mm揚聲器，其高頻上限接近20000Hz。但是模具制造、振膜制造都要困難得多，限制了它的使用，而直線式、圓弧式在生產(chǎn)工藝上優(yōu)勢是明顯的，在一般用途揚聲器中得到了廣泛應用。

圖6 振膜形狀對高頻特性的影響

圖7  紙盆形狀與高頻特性的關系

(a)紙盆的形狀; (b)紙盆的形狀與高聲頻特性的關系。

　　綜合低頻、中頻、高頻特性可以得到與阻抗曲線對應的頻率響應曲線如圖8所示。

圖8 與阻抗曲線對應的頻率響應曲線

高頻指向性的改善

　　揚聲器在低頻狀態(tài)可以看成一個圓形活塞振動，而圓形活塞的指向性系數(shù)為

　　式中 J1--貝塞爾函數(shù);

　　γ--輻射角度;

　　k=2nf/c，為系數(shù);

　　a--振膜半徑。

　　圖9是根據(jù)D的公式畫出的指向性圖。在高頻段振膜不再是活塞振動，而是分割振動，相當于有效半徑減小，這是對指向性是有利的，但是高頻的指向性總的來說是尖銳的。有些提高高頻重放的措施，如減少振膜的半頂角，也會使高頻指向性尖銳。

圖9 圓形活塞聲源的指向性

(a) ka=1; (b) ka=2; (c) ka=3;

  (d) ka=4;  (e) ka=5;  (f) Ka=10。

　　改善高頻指向性的方法是采用較淺的振膜和采用聲透鏡或擴散球。聲透鏡如圖10所示，安裝在揚聲器的前面，利用聲波路徑的改變，來使聲音擴散，指向性得到改善。有一得又有一失，加了聲透鏡以后，由于干涉的原因使頻率響應曲線出現(xiàn)一個谷值，高頻也有所衰減，如圖11所示，因此這種方法實際應用并不多。

圖10 給揚聲器加聲透鏡

圖11 安裝聲透鏡對高頻的影響

　　另一種擴散球(亦稱相位塞)方式可以改善指向性，如圖12所示。這種擴散球(相位塞)后來出現(xiàn)多種形狀，有子彈頭型、紡錘型、手柄型等。圖13是 Lowther PM-4的結構。

圖12 擴散球裝置

圖13  Lowther pm-4的結構圖

　　作為一種賣點，相位塞給人新奇感。它牢牢固定在導磁柱上，而不是振動系統(tǒng)，因而改變不了振動系統(tǒng)的頻率響應，它能改變的只是聲波的傳播路徑，改善揚聲器的指向性。