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发表于 2008-6-9
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浅谈扬声器主要参数之间的关系
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。
1、主要参数综合设计和分析
扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下：
直流电阻Re
由音圈决定，可直接用直流电桥测量。
共振频率Fo
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。
共振频率处的*阻抗Zo
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。
Zo = Re+[(BL)2/(Rms+Rmr)] (10)
机械力阻Rms
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：
Rms =(1/Qms)*SQR(Mms/Cms) (11)
这里SQR( )表示对括号( )中的数值开平方根，下同。
辐射力阻Rmr
由口径、频率决定，低频时可忽略。
Rmr = 0.022*(f/Sd)2 (12)
等效辐射面积Sd
只与口径(等效半径a)有关。
Sd =π* a2 (13)
机电耦合因子BL
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:
(BL)2 =(Re/Qes)*SQR(Mms/Cms) (14)
等效振动质量Mms
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。
Mms=Mm1+Mm2+2Mmr
辐射质量Mmr
只与口径(等效半径a)有关。
Mmr =2.67*ρo* a3 (16)
其中ρo=1.21kg/m3为空气密度， a为扬声器等效半径。
等效顺性Cms
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).
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。
Cms=(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2) (17)
等效容积Vas
只与等效顺性、等效辐射面积有关。
Vas =ρo*c2*Sd2*Cms (18)
此处c为空气中的声速，c=344m/s
机械品质因数Qms
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。
Qms =(1/Rms)*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*(Zo/Re) (19)
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。
电气品质因数Qes
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。
Qes =[Re/(BL)2]*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*SQR(Zo*Re)/(Zo-Re) (20)
总品质因数Qts
由机械品质因数Qms和电气品质因数Qes共同决定。
Qts =(Qms*Qes)/(Qms+Qes)=(Fo/Δf)*SQR(Re/Zo) (21)
参考电声转换效率ηo
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。
ηo =(ρo/2πc)*(BL*Sd/Mms)2/Re (22)
参考灵敏度级SPLo
与参考电声转换效率ηo直接相关。
SPLo = 112+10lgηo (23)
参考振幅ξ
与参考电声转换效率ηo、电功率Pe、等效半径a、频率f有关。
ξ = 0.481*SQR(Pe*ηo)/(a*f)2
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。
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。
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：
ξo = 1.414*BL*I*Cms*Qts (25)
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：
ξo = 0.225*V/(BL*Fo) (26)
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。
扬声器的低频声功率Pa同样也受到限制：
Pa= Pe*ηo=4.33*ξ2*a 4*f 4 (27)
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。
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。
2、喇叭单元的参数
T/S指标(Thiele/Small-Specs)
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：
Fs(Fo) 为喇叭在自由场下的谐振点频率。
Vas 为等同于喇叭顺性的空气容积。 |
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