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浅谈扬声器主要参数之间的关系! b. H; \- m" [! |* T8 B
+ B V! I+ B3 t$ J5 \ 揭秘扬声器主要参数之间的关系扬声器性能是电学、力学、声学、磁学等物理参数共同作用的结果，由鼓纸、弹波、音圈、磁路等关键零部件的性能共同确定，其中一些参数相互制约相互影响，因而必须综合考虑和设计。! h+ x- |) J( a! o) ?. J' \% v
+ t4 r2 ~+ j; J! L1 E& y
1、主要参数综合设计和分析
: d+ y6 ~/ k+ Y& z% J
, M4 A2 a7 g6 \5 }5 V3 i 扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下：
8 w( V; U9 N$ I9 _3 h* b0 r7 B+ ]5 Y+ ^
4 @' \: g& [- H7 ? C 直流电阻Re
6 W' D a9 C5 F+ A) q v( ]5 K7 e% A. ~+ A; b
由音圈决定，可直接用直流电桥测量。
# j% O$ L ?2 t( R5 z; W) Z% O+ {0 I1 k2 Z: D& z8 p. Q) b: `
共振频率Fo
! z: d/ \! w2 C+ x0 x4 m: [# S" S$ n( H+ {& P
由扬声器的等效振动质量Mms和等效顺性Cms决定，见公式(5)， Fo可直接用Fo测试仪测量或通过测量阻抗曲线获得。
5 \* |; O" h( o* `, n/ U2 y( M' p+ b6 O B u
共振频率处的*阻抗Zo
/ Z3 f1 W! J' Q5 v( Y& h3 d( S3 \" h; [5 v p6 Q, I
由音圈、磁路、振动系统(鼓纸、弹波)共同决定，可用替代法测量或通过测量阻抗曲线获得。% q4 y$ ~. e$ m# `7 J1 x. C
8 A: X# b. t; |1 i- w! m: G
Zo = Re+[(BL)2/(Rms+Rmr)] (10)4 T* N+ }: g h; E/ j% k
/ b* g$ i# R7 l 机械力阻Rms1 e: _- K; M# M2 o U
/ t' S) t! x* _, Q( H 由鼓纸、弹波的内部阻尼及使用胶水的特性决定，可由测量出机械品质因数Qms后通过下列公式计算：
3 }" |! W. u r: E. y2 O2 ]6 [! S0 U( U
Rms =(1/Qms)*SQR(Mms/Cms) (11)
; f/ H8 l% G" [1 W
' I! ?3 G" j+ C( q8 t/ n 这里SQR( )表示对括号( )中的数值开平方根，下同。* h* k) b8 T5 d( i; h5 x
" [ d8 u3 u* o ^ 辐射力阻Rmr
9 Q7 C T3 ?0 s9 b5 E! Q! S+ d
7 t0 L. ~( P% Y* t0 Z0 q 由口径、频率决定，低频时可忽略。+ V% ^) a- \/ a5 b: h
& r) n* F6 |1 x/ W8 q9 t$ D, }
Rmr = 0.022*(f/Sd)2 (12)8 f- x& Q2 R# S8 g
- U0 k* `1 e- F/ C 等效辐射面积Sd
) o1 Y7 [ R! V( n. v
! Q: P& ?+ w7 Z9 t. Q 只与口径(等效半径a)有关。# o! Y, U! R& f5 s
8 }, \! j; V/ P W2 v7 j2 ^* \& a0 K1 d$ W Sd =π* a2 (13)
, Y1 h3 X( J; O5 |- z/ R: k2 ?* s+ e9 @. k7 _7 @
机电耦合因子BL
) J! N0 Z# @$ r: `2 Q4 X" t/ j# q. ~, p
由磁路Bg值和音圈线有效长度L决定，也可通过测量电气品质因数Qes后用下列公式计算:5 I7 g" m. l2 ~, @0 {
; o. B( _# P. C8 v, ^ (BL)2 =(Re/Qes)*SQR(Mms/Cms) (14)
0 O q: X3 h! ^; n9 _' v8 L3 B a' D- d' L9 Z) |( t) {
等效振动质量Mms
2 H3 f/ C1 @9 o7 L( B
. Y! h) D! S! o 由音圈质量Mm1、鼓纸等效质量Mm2、辐射质量Mmr共同决定， Mms可由附加质量法测量获得。
$ M, p9 M: v, V a9 f1 s* J" V: `3 ?
Mms=Mm1+Mm2+2Mmr1 v, N2 V$ f H% `, @
, J' V9 I* M3 q$ f7 _; `; a 辐射质量Mmr
- h) D- n) c3 Q6 Q
- i$ x) z' \7 Y; m 只与口径(等效半径a)有关。2 E( ^) Z0 |8 [, m! V" H
V! Q* \* I% `8 B3 n+ f Mmr =2.67*ρo* a3 (16)
( G6 x) U J& U, ?: k3 j1 q; m) U* p
( I( w; i6 G7 G- ?' C! e, T 其中ρo=1.21kg/m3为空气密度， a为扬声器等效半径。
! u3 M8 ?5 _. ]2 Z1 p7 B+ n7 U1 N. M/ c% _, q/ |
等效顺性Cms0 ]1 `- D, E" X1 i( R9 @2 c
9 k! i* Z) v# A: o) V 是指扬声器振动系统的支撑部件的柔顺度.其值越大,扬声器的整个振动系统越软.单位:毫米/牛顿(mm/N).% I7 i1 M9 {* D: j$ \1 { E
I# ~4 Z0 p' o) E! E 由鼓纸顺性Cm1、弹波顺性Cm2共同决定，此顺性即是我们所称的变位，只是单位需换算为国际单位制：m/N，而变位可以用变位仪直接测量。Cms可由附加容积法测量获得。' ~; b# M6 W0 A4 W
; b3 C; h7 h$ _& b3 _& s1 S Cms=(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2) (17)
- R3 H/ r9 ~1 v& ^+ U
8 x9 S" V5 t, I1 T: u3 I& f 等效容积Vas
; N2 Z2 g/ s# i" g0 o
" j4 T+ H, I6 X5 t0 q 只与等效顺性、等效辐射面积有关。
+ ~0 e; t. _$ s$ v
, e/ }1 O/ N. L9 Z+ ~5 A" Q7 e Vas =ρo*c2*Sd2*Cms (18)9 ]: C, ~3 j8 y- I2 r
' M" A! d$ \3 L; ] _; A
此处c为空气中的声速，c=344m/s
3 [8 }8 {# g7 O$ M4 ]- X4 q- r
9 |( D2 V- O+ | 机械品质因数Qms
, Y- M" y; U) Q ]6 b7 N% m7 i& Z, o+ m: x4 X6 S$ \- D
由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机械力阻Rms共同决定，Qms可由阻抗曲线的测量获得。' P: ^ p( [* L. I/ ]
' }) w6 V8 q" i5 x+ D4 ~ N
Qms =(1/Rms)*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*(Zo/Re) (19)% C5 Q$ ?. T; m% N
1 r/ ^2 v/ g1 O f 为阻抗曲线上阻抗等于SQR(Zo*Re)所对应的两个频率的差值。
1 O' n, f' d \- H( L) }: ]; X% P: T1 d7 x0 o1 `8 }
电气品质因数Qes, f+ E- T% I: l& @
0 C7 Z* o3 v6 S8 s0 _% P 由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机电耦合因子BL共同决定，由阻抗曲线的测量获得。
3 B$ N2 E+ ]! n/ @+ c+ z" p) ~, L* i
Qes =[Re/(BL)2]*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*SQR(Zo*Re)/(Zo-Re) (20)
$ q B+ L7 ^3 f8 C" o& W6 k8 y9 u, E$ V) W: p
总品质因数Qts- j a+ L- R& E) z, D/ ~
( b0 ?0 p# \! S' r8 t
由机械品质因数Qms和电气品质因数Qes共同决定。7 ]9 u6 x! P- {* `/ p7 w% c
. C' D, G v/ M9 ?# C' _; ~
Qts =(Qms*Qes)/(Qms+Qes)=(Fo/Δf)*SQR(Re/Zo) (21). E$ s9 N. }( `3 ~+ M2 A- {8 B5 k
. f6 F/ q6 ]1 [" u; X& x+ s
参考电声转换效率ηo% G4 ~- o3 D- i4 B1 W8 p
# g% `" x* l" k- N2 c; @ 由机电耦合因子BL、等效辐射面积Sd、等效振动质量Mms共同决定。- i( P, p# E* J
) E7 a! k6 E; D' R4 t: K
ηo =(ρo/2πc)*(BL*Sd/Mms)2/Re (22)
. O7 a5 f( L, g6 [7 G* Z) P8 I6 X0 ~; F4 S
参考灵敏度级SPLo. u2 ^* x+ h( @1 Z6 D
" X& v2 J/ L+ c, |) u- Y0 F
与参考电声转换效率ηo直接相关。& |2 b' }1 z/ K. K$ B- i2 \
7 d* z& D7 w, R g! M- w
SPLo = 112+10lgηo (23)0 s, |2 \! ]- X7 [
" x* n" x1 v$ }, E: w; x: P. d 参考振幅ξ3 t& n) j" O. i) s; `
% ^8 p& ]5 ?) n' x1 o k, ^
与参考电声转换效率ηo、电功率Pe、等效半径a、频率f有关。
& R2 O3 b! m2 S: @. p
/ u/ W' n( ^2 e1 X$ C( N ξ = 0.481*SQR(Pe*ηo)/(a*f)2
- n w P& k! ?+ Y+ K' R, }* ^% Z$ W* U1 Z
以上这些参数现在均可用扬声器计算机测试系统进行测量和计算，常用的测试系统有LMS、CLIO、MLSSA、DAAS、SYSID、LAUD、IMP等。另外，也可利用一些计算机模拟软件进行扬声器参数的基本设计，如LEAP、CALSOD、Speaker Easy、DLC Design、AudioCad、SOUNDEASY等。1 D; A! A2 o6 Q, u9 u V$ m- K- k
5 ?! `. L7 s2 `/ v( k# D. ~& s
扬声器的功率、失真指标无法直接用公式进行定量计算，只能作些定性分析和探讨。
$ Z B f2 @: v' M; O7 q7 w! A' n7 \1 q
扬声器的额定正弦功率以及纯音检听功率，基本上由低频*振幅ξo决定。一般低频*振幅是在共振频率Fo处。扬声器的低频*振幅主要取决于磁路结构和音圈卷宽，当然与振动系统也有很大的关系。扬声器正常工作时，音圈不能跳出磁间隙，即有ξo≤Xmax，否则会产生很大的非线性失真(表现为振幅异常音)、甚至会导致音圈损坏(卡死或烧毁)。Fo处*振幅ξo可由下列公式计算：
) \/ i" u- ]8 D; k& B6 G: ~' Q* w2 x) ?
ξo = 1.414*BL*I*Cms*Qts (25)
0 s0 s/ R9 v' n# {. P% s& n4 c& a7 w% L1 H4 k' ~
式中I为馈给扬声器的电流，I=SQR(Pe/Re)。可见，假使扬声器的基本机电参数(BL、Cms、Qts)确定，其电流I决定的功率Pe=I2*Re就受到低频*振幅ξo≤Xmax的限制。反之，假使扬声器的功率必需达到一定值，则扬声器的等效顺性就不能太大，亦即Fo不能太小。当有(BL)2/Re>>Rms时，公式(25)又可简化如下：
* Q4 Y4 {& @( r" ?6 i, b# O4 u6 a' C# M, E* o X2 f4 L
ξo = 0.225*V/(BL*Fo) (26)
/ L+ }' {) d. A& x& K+ T* c
; L) e$ o& u' N+ a' Z" [- Z3 \, x5 l 式中V为馈给扬声器的电压，V=SQR(Pe*Re)。此式更直观地显示出*振幅ξo与电压V、机电耦合因子BL、共振频率Fo的关系。一般所称的总品质因数Qts对低频振幅的控制能力就由公式(25)、(26)体现和反映，其中BL值的作用更明显。( f2 y+ j# t* N& r( g
, g. J& |: U3 o5 F9 d h
扬声器的低频声功率Pa同样也受到限制：
6 g; ]9 O0 S& _" L+ m
# F7 C% h1 K% H) A Pa= Pe*ηo=4.33*ξ2*a 4*f 4 (27)
3 }4 r k9 z! Q! ^3 j4 M. U y: P0 r
可见，声功率Pa既与电功率Pe有关、又与电声转换效率ηo直接相关，实际上*终与扬声器的振幅、口径、频率有关。为了达到一定的声功率Pa，在频率一样的条件下，口径越小、则其振幅越大，而振幅一般都受到限制，所以口径就不能太小。亦即，小口径扬声器不可能产生很大的声功率，因为小口径扬声器一般都受到结构限制，其振幅较小，效率较低，而音圈不会很大、所用线径有限、所能承受的电功率也有限。, I/ K/ x0 E2 v- _ I0 t0 o
# v0 y& [3 u8 r& y9 ]" F 扬声器额定噪声功率和长期*功率，既与低频*振幅有关，又与音圈的线径、材料和系统的散热条件、使用的胶水等直接相关。大功率扬声器，一般均使用高强度耐高温的音圈线、音圈骨架、胶水，采用大冲程、散热良好的磁路结构，音圈采用较宽的卷宽和线径，弹波采用强度好、抗疲劳性能好的材料，当然一般也采用大口径系列。扬声器额定噪声功率和长期*功率，*终只能通过负荷试验获得和验证。
* r, O& ~: d$ ]6 f6 p/ K$ [" h$ X, p6 n$ A/ ?
2、喇叭单元的参数# g; ~. j# T& L: K
/ Y& S4 ~( ], l+ D2 g& x5 F( C T/S指标(Thiele/Small-Specs)
$ ]0 _5 Q, T# K3 S$ P: w; f) k S7 V5 H- W; ]1 l
T/S指标是由澳大利亚人A.N. Thiele 和 Richard Small，在70年代初发明的扬声器系统数学模型的基本参数。现今，几乎所有的人都是按照该理论来生产喇叭音箱。T/S指标有如下几个：
0 B7 t1 n+ V5 X* t. ~
$ A: ^8 ?. B8 N Fs(Fo) 为喇叭在自由场下的谐振点频率。" w# f6 a. k3 q: z- ]: U
4 l( K9 D( R8 h# u& i
Vas 为等同于喇叭顺性的空气容积。 |
发表于 2007-4-30 13:20:12
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发表于 2007-4-30 13:22:31
