揚(yáng)聲器阻抗曲線的分析

1、2006-11電聲技術(shù) 1不同測試條件對揚(yáng)聲器測試的影響1.1對揚(yáng)聲器頻響曲線的影響許多使用或制造揚(yáng)聲器的人對揚(yáng)聲器的頻響曲線 很重視 , 但對它的阻抗曲線并不是很在意 。 頻響曲線固 然很重要 , 從頻響曲線上可以知道揚(yáng)聲器的靈敏度等 參數(shù) , 還可以判斷揚(yáng)聲器輸出聲壓起伏走向 , 確實(shí)有重 要價值 。 不過 , 在測試揚(yáng)聲器的頻響曲線時是將揚(yáng)聲 器安裝在一塊標(biāo)準(zhǔn)障板上 , 測試出來的頻響曲線是揚(yáng) 聲器和標(biāo) 準(zhǔn)障板所構(gòu)成的系統(tǒng)的頻響曲線 。 大 約 在150Hz 有一個諧振峰 , 峰后在 300400Hz 又有一個 谷 , 如圖 1、圖 2所示 。 出現(xiàn)峰谷的頻率可以推算 , 一個標(biāo)準(zhǔn)障板如

2、圖 3所示 , 障板上安裝被測揚(yáng)聲器 , 從揚(yáng)聲器正面和背面發(fā) 出的聲音 , 同相則相加 , 頻響出現(xiàn)峰值 ; 反相則抵削 , 頻 響出現(xiàn)谷值 。 經(jīng)計(jì)算峰值在 161Hz , 谷值在 322Hz , 與實(shí)測吻合 。這是揚(yáng)聲器裝在標(biāo)準(zhǔn)障板后測出的曲線 , 并不是 揚(yáng)聲器的真正特性 , 特別是揚(yáng)聲器低頻響應(yīng)曲線與實(shí) 際存在一定的誤差 。 如果把揚(yáng)聲器裝在音箱內(nèi)再測試 它的頻響曲線則為另一個系統(tǒng)的頻響曲線 , 也不是揚(yáng)聲器的頻響曲線 。 不用障板或音箱 , 對單獨(dú)一只揚(yáng)聲 器進(jìn)行近場測試 (測試傳聲器 距離揚(yáng)聲器很近 , 小于圖 150×120橢圓揚(yáng)聲器頻響曲線4000020000100

3、005000200010005002001005020f/Hz聲 壓 級 /d B圖 2123mm 揚(yáng)聲器頻響曲線4000020000100005000200010005002001005020f/Hz聲 壓 級 /d B文章編號 :1002-8684(2006 11-0023-04音箱研討 (一 揚(yáng)聲器阻抗曲線和低頻特性的分析王以真 1, 沈偉星2(1. 天津聲學(xué)學(xué)會 , 天津 300200; 2. 杭州音響公司 , 浙江 杭州 310000【摘 要 】 介紹了不同的測試條件對揚(yáng)聲器頻響曲線及阻抗曲線的影響 , 并對揚(yáng)聲器的阻抗曲線進(jìn)行了分析 、 比較 。指出了阻抗曲線受環(huán)境影響較小 。 【

4、關(guān)鍵詞 】 頻響曲線 ; 阻抗曲線 ; 品質(zhì)因數(shù) 【中圖分類號 】 TN643【文獻(xiàn)標(biāo)識碼 】 B Study and Discussion on Loudspeakers Analysis of the Impedance Curve and Low Frequency CharacteristicsWANG Yi-zhen 1, SHEN Wei-xing 2(1. Tianjin Acoustical Society , Tianjin 300200, China ; 2. Hangzhou Audio Corporation , Hangzhou 310000, China 【 Abs

5、tract 】 The influences brought from the different measuring conditions on the frequency response curve andimpedance curve are introduced. It is shown that the environmental influence on the impedance curve is low through the analysis and contrast of the impedance curve of loudspeakers.【 Key words 】

6、frequency response curve ; impedance curve ; quality factor 技術(shù)分析 Lo u d s p e a ke ra n d Mic r o p h o n揚(yáng) 聲 器 與 傳 聲 器"#$2006-11電聲技術(shù) 揚(yáng)聲器的有效半徑 , 環(huán)境的影響相當(dāng)小 , 但揚(yáng)聲器的 聲短路現(xiàn)象還是難免 , 頻 響 曲 線 是 不 是 標(biāo) 準(zhǔn) 呢 ? 也 難 說 。 也就是說 , 在不同的測試條件下 , 同一只揚(yáng)聲器可 以測試出各種不同的頻響曲線 , 包括 靈 敏 度 也 不 一 樣 。 哪一個才是揚(yáng)聲器真正的頻響曲線 ? 當(dāng)然在權(quán)衡 各種得失的情

7、況下 , 各國電聲專家認(rèn)定以揚(yáng)聲器裝在 標(biāo)準(zhǔn)障板上為準(zhǔn) , 還必須在合格的 消聲室內(nèi) (自由聲 場 進(jìn)行測試 。 國家標(biāo)準(zhǔn)如此 , 國際標(biāo)準(zhǔn)也如此 。 在消聲 室測試固然符合標(biāo)準(zhǔn) , 但又與揚(yáng)聲器實(shí)際的使用條件 不一致 。這就出現(xiàn)了揚(yáng)聲器研究的兩個悖論 :(1 要了解揚(yáng) 聲器的真實(shí)狀況 , 必須對揚(yáng)聲器真實(shí)狀況進(jìn)行測試 , 而 真實(shí)的測試 , 又在一定程度上破壞了揚(yáng)聲器的真實(shí)狀 況 ; (2 要了解揚(yáng)聲器的真實(shí)狀況 , 其目的是為了實(shí)際 應(yīng)用 。 而測試條件和實(shí)際應(yīng)用條件又存在較大差異 。1.2對揚(yáng)聲器阻抗曲線的影響而揚(yáng)聲器阻抗曲線的測試就不同了 。 無須將揚(yáng)聲器裝在障板或音箱上 , 也無須在

8、消聲室內(nèi)進(jìn)行 。 它受環(huán) 境的影響較小 。 只要測試方法正確 , 結(jié)果必然是正確 的 。 也就是必須用恒流法或者恒壓法進(jìn)行測試 。 此外距 離揚(yáng)聲器 1m 之內(nèi)無反射物 。 如果將揚(yáng)聲器懸空是不 可能的 , 可以做一個測試架 。 用一片直徑小于 100mm 的圓木片 , 下面裝 3只長 1m 的腳支撐它 , 圓木片中間 開一個孔 , 將揚(yáng)聲器放在上面 。 揚(yáng)聲器導(dǎo)磁板柱 (T 鐵 的減壓孔正好對著木片的孔 。 如果將減壓孔堵死 , 測試 就不準(zhǔn)確了 。 現(xiàn)在許多生產(chǎn)或使用揚(yáng)聲器的廠家 , 沒有 (或者是資金不足 、 或者是對消聲室的作用認(rèn)識不足 去建造消聲室 。 花有限的錢去購買揚(yáng)聲器測試儀

9、(計(jì)算 機(jī)輔助測試系統(tǒng) , 使用方便 , 功能多 , 對揚(yáng)聲器進(jìn)行定 性分析也還實(shí)用 。 這類儀器有 “ LMS ” , “ CLIO ” , “ DAAS ” 和浙大通信的電聲測試儀等 。 不過使用這類測試系統(tǒng) , 要注意它的局限性 , 它不被 IEC 和 GB 承認(rèn) 。2阻抗曲線的分析2.1定性分析圖 4是一條揚(yáng)聲器的阻抗曲線 。 隨著頻率的變化 ,阻抗曲線也在變化 。 說明揚(yáng)聲器的阻抗不是一個恒定 值 。 頻率從 20Hz 開始 , 慢慢向高頻變化 , 阻抗曲線慢 慢上升 , 隨著頻率的上升 , 阻抗曲線出現(xiàn)了一個峰 , 頻 率再上升 , 曲線又開始向下移動 。 到了某一個頻率 , 阻

10、抗曲線下降到最低點(diǎn) 。 頻率再上升阻抗曲線又開始向 上提升一直到 20kHz 。在阻抗曲 線 最 小 值 后 面 曲 線 還 可 能 有 些 上 下 波 動 , 是紙盆折環(huán)反射的影響 。 一條阻抗曲線的變化 , 說 明揚(yáng)聲器的阻抗不是一個常量 。 隨頻率變化曲線跟著 變化 。 在峰后最低點(diǎn)的阻抗 , 稱它為揚(yáng)聲器的額定阻抗Z E (Z 0 。 額定阻抗在國標(biāo)上有規(guī)定 , 設(shè)計(jì)師都要按規(guī)定 設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器的額定阻抗 , 否則揚(yáng)聲器就無法與功放匹 配 。 允許有一定誤差 。 按揚(yáng)聲器的用度和檔次 , 一般公 差分為 ±10%, ±15%, ±20%三檔 。 為了保證由于其

11、他因 素帶來的偏差 (如天氣變化 , 生產(chǎn)廠家控制得更嚴(yán)格 些 。 現(xiàn)在來看阻抗曲線的峰 , 這個峰對應(yīng)的頻率就是揚(yáng) 聲器的諧振頻率 (共振頻率 F S (F 0 。這個峰值就是揚(yáng)聲 器的最大阻抗 Z m ax 。 在諧振頻率時揚(yáng)聲器的振幅最大 , 即音圈位移最大 。 從阻抗峰起 , 下降 3dB , 劃一條橫線 , (即 0.707Z m ax 處 與 阻 抗 曲 線 有 兩 個 交 點(diǎn) , 分 別 是 頻 率 f 1和 f 2, f=f 2-f 1。 阻抗曲線從峰向左或向右的兩個斜 坡是不對稱的 , 也就是說 , f 2-F S F S -F 1。 另外要注意F S , f 1, f 2不

12、一定是整數(shù)值 。 一般測試精確到 0.1Hz 。 同 時按照新國標(biāo) GB/T9396 1996之 19.3.2條的方法也 可以得到同樣的結(jié)果 。還可找出阻抗曲線與頻率響應(yīng)曲線的對應(yīng)關(guān)系 , 如圖 5所示 。圖 4揚(yáng)聲器阻抗曲線20000100005000200010005002001002010折環(huán)引起的起伏f 2f 1F s R VZ V Z m ax(0.707Z m ax f/Hz阻 抗 /"o u d s p e a ke ra n d Mic r o p h o n e揚(yáng) 聲 器 與 傳 聲 器#$%2006-11電聲技術(shù) 圖 8阻抗曲線的變化普通揚(yáng)聲器的阻抗曲線 帶短路環(huán)

13、揚(yáng)聲器的阻抗曲線帶激勵抵消線圈揚(yáng)聲器的阻抗曲線1000050001000300503005101520f/Hz幅 度 /d B30005001001525303540圖 7加磁流體的阻抗曲線200005000100020050205101520f/Hz幅 度 /d B加磁流體無磁流體圖 5揚(yáng)聲器阻抗曲線與對應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線2000010000100010020折環(huán)反諧振高頻失真特性阻抗曲線折環(huán)反揩振直流電阻低頻諧振頻率有效頻率范圍高頻衰減中頻谷聲壓頻率響應(yīng)低頻衰 減區(qū)高頻 上限輸出聲壓級標(biāo)稱阻抗 高頻揩振頻率 30°0°聲 壓 級 /d B阻 抗 特 性 /!f/Hzf 0

14、-10010阻抗曲線的作用是 :(1 求阻抗最大值 、 揚(yáng)聲器諧 振頻率 ; (2 求揚(yáng)聲器品質(zhì)因數(shù) ; (3 分析與揚(yáng)聲 器 頻 率響應(yīng)關(guān)系 , 諧振頻率就是揚(yáng)聲器重放范圍的下限 ; (4 阻抗曲線的小峰或小谷 , 與揚(yáng)聲器折環(huán)的反諧振即 中頻谷及振動系統(tǒng)的局部諧 振相對應(yīng) 。 而阻 抗 曲 線 高頻區(qū)的小峰 , 與揚(yáng)聲器頻響曲線的高頻峰相對應(yīng) ; (5 可以反映揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)的變化 (如不同音圈材料 、 加 磁流體 、 加短路環(huán) 、 ; (6 反映小信號參數(shù)的關(guān)系 。2.2幾條阻抗曲線的比較圖 6中有 3條不同的揚(yáng)聲器阻抗曲線 。 其中第 1條曲線 , 阻抗峰值 Z m ax 很大 , 峰的兩

15、個斜坡很陡 , (f 2-f 1 值小 , 頻率高處阻抗曲線翹得高 ; 圖中第 2條曲線 , 阻 抗峰 F S 抬得不高 , Z m ax 比較小 , 而 f 2-f 1比較大 , 頻率升 高 , 阻抗曲線也翹起 , 高度比前條曲線低 ; 圖中第 3條 曲線 , 在頻率低處有些像圖中第 2條曲線 , 在額定阻抗 后的曲線幾乎不向上抬起 , 成一條水平線 。 從這 3條阻 抗曲線中可以看出 , 圖中第 1條曲線揚(yáng)聲器的音圈是 用非金屬骨架制作的 , 如玻璃纖維薄膜骨架或聚酰亞 胺薄膜 (Kapton 。 圖中第 2條曲線揚(yáng)聲器的音圈骨架 是使用金屬材料制成的 , 如鋁 合金 ; 圖中第 3條曲線

16、 的揚(yáng)聲器在磁路內(nèi)加了短路環(huán) , 抑制了阻抗曲線向上 抬 , 使得揚(yáng)聲器的高頻有較大的輸出 。 同時 , 降低了三 次諧波失真 。 非金屬音圈骨架沒有抑制動生阻抗上升 的能力 , 短路環(huán)相當(dāng)于音圈的次級 , 使音圈的電感降 低 , 同時 , 使磁性材料非線性的電感量變化減小 , 也使 得失真減小 。而在揚(yáng)聲器磁隙中加注磁流體 , 也會引起阻抗曲 線的變化 。 如圖 7所示 。而吳琪君先生采用的帶激勵抵消線圈的方法 , 更 可以改變揚(yáng)聲器阻抗曲線的形狀 。 如圖 8所示 。如果事先將揚(yáng)聲器的直流電阻 R E (R V 測試出來 , 就 可以知道揚(yáng)聲器的品質(zhì)因數(shù) 1Q T S (Q 0 :Q T S =F S ×R V /(f ×Z m ax (傳統(tǒng)方法 ?；蛘?Q T =1/(f 2-f 1 (f 1f 2/r 0 1(GB/T9396 1996規(guī)定的方法 這是揚(yáng)聲器的一個重要技術(shù)參數(shù) 。 如果已經(jīng)測試 了揚(yáng)聲器的有效半徑 a 、等效質(zhì)量 M M S (M 0 、 磁場力 系 數(shù) BL (A , 就可以得到揚(yáng)聲器的等效容積 V AS (V EQ V AS =