扬声器阻抗曲线的分析.pdf

1、2006-11电声技术1不同测试条件对扬声器测试的影响1.1 对扬声器频响曲线的影响许多使用或制造扬声器的人对扬声器的频响曲线很重视 , 但对它的阻抗曲线并不是很在意 。 频响曲线固然很重要 , 从频响曲线上可以知道扬声器的灵敏度等参数 , 还可以判断扬声器输出声压起伏走向 , 确实有重要价值 。 不过 , 在测试扬声器的频响曲线时是将扬声器安装在一块标准障板上 , 测试出来的频响曲线是扬声器和标准障板所构成的系统的频响曲线 。 大约在150 Hz 有一个谐振峰 , 峰后在 300400 Hz 又有一个谷 , 如图 1 、 图 2 所示 。出现峰谷的频率可以推算 , 一个标准障板如图 3所示

2、, 障板上安装被测扬声器 , 从扬声器正面和背面发出的声音 , 同相则相加 , 频响出现峰值 ; 反相则抵削 , 频响出现谷值 。 经计算峰值在 161 Hz , 谷值在 322 Hz , 与实测吻合 。这是扬声器装在标准障板后测出的曲线 , 并不是扬声器的真正特性 , 特别是扬声器低频响应曲线与实际存在一定的误差 。 如果把扬声器装在音箱内再测试它的频响曲线则为另一个系统的频响曲线 , 也不是扬声器的频响曲线 。 不用障板或音箱 , 对单独一只扬声器进行近场测试 ( 测试传声器距离扬声器很近 , 小于图 1 50 120 椭圆扬声器频响曲线40 00020 00010 0005 0002 0

3、001 0005002001005020f/Hz声压级/dB图 2 123 mm 扬声器频响曲线40 00020 00010 0005 0002 0001 000 5002001005020f/Hz声压级/dB文章编号 : 1002- 8684 ( 2006 ) 11- 0023- 04音箱 研 讨(一) 扬声器阻抗曲线和低频特性的分析王以真1, 沈伟星2( 1. 天津声学学会 , 天津 300200 ; 2. 杭州音响公司 , 浙江 杭州 310000 )【 摘 要 】 介绍了不同的测试条件对扬声器频响曲线及阻抗曲线的影响 , 并对扬声器的阻抗曲线进行了分析 、 比较 。指出了阻抗曲线受环境

4、影响较小 。【 关键词 】 频响曲线 ; 阻抗曲线 ; 品质因数【 中图分类号 】 TN643 【 文献标识码 】 BStudy and Discussion on Loudspeakers Analysis of the Impedance Curve and Low Frequency CharacteristicsWANG Yi- zhen1, SHEN Wei- xing2( 1. Tianjin Acoustical Society , Tianjin 300200 , China ; 2. Hangzhou Audio Corporation , Hangzhou 310000 ,

5、 China )【 Abstract 】 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 throughthe analysis and contrast of the impedance curve of loudspeakers.【

6、Key words 】 frequency response curve ; impedance curve ; quality factor 技术分析 Loudspe a ke r a nd Microphon E扬 声 器 与 传 声 器“#$2 0 0 6 - 1 1电 声 技 术扬 声 器 的 有 效 半 径 ) , 环 境 的 影 响 相 当 小 , 但 扬 声 器 的声 短 路 现 象 还 是 难 免 , 频 响 曲 线 是 不 是 标 准 呢 ? 也 难说 。 也 就 是 说 , 在 不 同 的 测 试 条 件 下 , 同 一 只 扬 声 器 可以 测 试 出 各 种 不 同 的

7、 频 响 曲 线 , 包 括 灵 敏 度 也 不 一样 。 哪 一 个 才 是 扬 声 器 真 正 的 频 响 曲 线 ? 当 然 在 权 衡各 种 得 失 的 情 况 下 , 各 国 电 声 专 家 认 定 以 扬 声 器 装 在标 准 障 板 上 为 准 , 还 必 须 在 合 格 的 消 声 室 内 ( 自 由 声场 ) 进 行 测 试 。 国 家 标 准 如 此 , 国 际 标 准 也 如 此 。 在 消 声室 测 试 固 然 符 合 标 准 , 但 又 与 扬 声 器 实 际 的 使 用 条 件不 一 致 。这 就 出 现 了 扬 声 器 研 究 的 两 个 悖 论 : ( 1 )

8、要 了 解 扬声 器 的 真 实 状 况 , 必 须 对 扬 声 器 真 实 状 况 进 行 测 试 , 而真 实 的 测 试 , 又 在 一 定 程 度 上 破 坏 了 扬 声 器 的 真 实 状况 ; ( 2 ) 要 了 解 扬 声 器 的 真 实 状 况 , 其 目 的 是 为 了 实 际应 用 。 而 测 试 条 件 和 实 际 应 用 条 件 又 存 在 较 大 差 异 。1 . 2 对 扬 声 器 阻 抗 曲 线 的 影 响而 扬 声 器 阻 抗 曲 线 的 测 试 就 不 同 了 。 无 须 将 扬 声器 装 在 障 板 或 音 箱 上 , 也 无 须 在 消 声 室 内 进 行

9、 。 它 受 环境 的 影 响 较 小 。 只 要 测 试 方 法 正 确 , 结 果 必 然 是 正 确的 。 也 就 是 必 须 用 恒 流 法 或 者 恒 压 法 进 行 测 试 。 此 外 距离 扬 声 器 1 m 之 内 无 反 射 物 。 如 果 将 扬 声 器 悬 空 是 不可 能 的 , 可 以 做 一 个 测 试 架 。 用 一 片 直 径 小 于 1 0 0 m m的 圆 木 片 , 下 面 装 3 只 长 1 m 的 脚 支 撑 它 , 圆 木 片 中 间开 一 个 孔 , 将 扬 声 器 放 在 上 面 。 扬 声 器 导 磁 板 柱 ( T 铁 )的 减 压 孔 正

10、好 对 着 木 片 的 孔 。 如 果 将 减 压 孔 堵 死 , 测 试就 不 准 确 了 。 现 在 许 多 生 产 或 使 用 扬 声 器 的 厂 家 , 没 有( 或 者 是 资 金 不 足 、 或 者 是 对 消 声 室 的 作 用 认 识 不 足 )去 建 造 消 声 室 。 花 有 限 的 钱 去 购 买 扬 声 器 测 试 仪 ( 计 算机 辅 助 测 试 系 统 ) , 使 用 方 便 , 功 能 多 , 对 扬 声 器 进 行 定性 分 析 也 还 实 用 。 这 类 仪 器 有 “ L M S ” , “ C L I O ” , “ D A A S ”和 浙 大 通 信

11、的 电 声 测 试 仪 等 。 不 过 使 用 这 类 测 试 系 统 ,要 注 意 它 的 局 限 性 , 它 不 被 I E C 和 G B 承 认 。2阻 抗 曲 线 的 分 析2 . 1 定 性 分 析图 4 是 一 条 扬 声 器 的 阻 抗 曲 线 。 随 着 频 率 的 变 化 ,阻 抗 曲 线 也 在 变 化 。 说 明 扬 声 器 的 阻 抗 不 是 一 个 恒 定值 。 频 率 从 2 0 H z 开 始 , 慢 慢 向 高 频 变 化 , 阻 抗 曲 线 慢慢 上 升 , 随 着 频 率 的 上 升 , 阻 抗 曲 线 出 现 了 一 个 峰 , 频率 再 上 升 , 曲

12、 线 又 开 始 向 下 移 动 。 到 了 某 一 个 频 率 , 阻抗 曲 线 下 降 到 最 低 点 。 频 率 再 上 升 阻 抗 曲 线 又 开 始 向上 提 升 一 直 到 2 0 k H z 。在 阻 抗 曲 线 最 小 值 后 面 曲 线 还 可 能 有 些 上 下 波动 , 是 纸 盆 折 环 反 射 的 影 响 。 一 条 阻 抗 曲 线 的 变 化 , 说明 扬 声 器 的 阻 抗 不 是 一 个 常 量 。 随 频 率 变 化 曲 线 跟 着变 化 。 在 峰 后 最 低 点 的 阻 抗 , 称 它 为 扬 声 器 的 额 定 阻 抗ZE( Z0) 。 额 定 阻 抗

13、在 国 标 上 有 规 定 , 设 计 师 都 要 按 规 定设 计 扬 声 器 的 额 定 阻 抗 , 否 则 扬 声 器 就 无 法 与 功 放 匹配 。 允 许 有 一 定 误 差 。 按 扬 声 器 的 用 度 和 档 次 , 一 般 公差 分 为 1 0 % , 1 5 % , 2 0 % 三 档 。 为 了 保 证 由 于 其 他 因素 带 来 的 偏 差 ( 如 天 气 变 化 ) , 生 产 厂 家 控 制 得 更 严 格些 。 现 在 来 看 阻 抗 曲 线 的 峰 , 这 个 峰 对 应 的 频 率 就 是 扬声 器 的 谐 振 频 率 ( 共 振 频 率 ) FS( F0

14、) 。 这 个 峰 值 就 是 扬 声器 的 最 大 阻 抗 Zm a x。 在 谐 振 频 率 时 扬 声 器 的 振 幅 最 大 ,即 音 圈 位 移 最 大 。 从 阻 抗 峰 起 , 下 降 3 d B , 划 一 条 横 线 ,( 即 0 . 7 0 7 Zm a x处 ) 与 阻 抗 曲 线 有 两 个 交 点 , 分 别 是 频率 f1和 f2, f = f2- f1。 阻 抗 曲 线 从 峰 向 左 或 向 右 的 两 个 斜坡 是 不 对 称 的 , 也 就 是 说 , f2- FS FS- F1。 另 外 要 注 意FS, f1, f2不 一 定 是 整 数 值 。 一 般

15、 测 试 精 确 到 0 . 1 H z 。 同时 按 照 新 国 标 G B / T 9 3 9 6 1 9 9 6 之 1 9 . 3 . 2 条 的 方 法 也可 以 得 到 同 样 的 结 果 。还 可 找 出 阻 抗 曲 线 与 频 率 响 应 曲 线 的 对 应 关 系 ,如 图 5 所 示 。图 4 扬 声 器 阻 抗 曲 线2 0 0 0 01 0 0 0 05 0 0 02 0 0 01 0 0 05 0 02 0 01 0 02 01 0折 环 引 起 的 起 伏f2f1FsRVZVZm a x( 0 . 7 0 7Zm a x)f / H z阻抗/“L o u d s p

16、 e a k e r a n d M i c r o p h o n e扬 声 器 与 传 声 器#$%2 0 0 6 - 1 1电 声 技 术图 8 阻 抗 曲 线 的 变 化普 通 扬 声 器 的 阻 抗 曲 线带 短 路 环 扬 声 器 的 阻 抗 曲 线带 激 励 抵 消 线 圈 扬 声 器 的 阻 抗 曲 线1 0 0 0 05 0 0 01 0 0 03 0 05 03 0051 01 52 0f / H z幅度/dB3 0 0 05 0 01 0 01 52 53 03 54 0图 7 加 磁 流 体 的 阻 抗 曲 线2 0 0 0 05 0 0 01 0 0 02 0 05

17、02 0051 01 52 0f / H z幅度/dB加 磁 流 体无 磁 流 体图 5 扬 声 器 阻 抗 曲 线 与 对 应 的 频 率 响 应 曲 线2 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 01 0 02 0折 环 反 谐 振高 频 失 真 特 性阻 抗 曲 线折 环 反 揩 振直 流 电 阻低 频 谐 振 频 率有 效 频 率 范 围高 频 衰 减高 频 谐 振 区中 频 谷声 压 频 率 响 应额 定 输 出 区低 频 衰减 区高 频上 限输 出 声 压 级标 称 阻 抗高 频 揩 振 频 率6 0 3 0 0 声压级/dB阻抗特性/!f / H zf0- 1 001 0阻

18、抗 曲 线 的 作 用 是 : ( 1 ) 求 阻 抗 最 大 值 、 扬 声 器 谐振 频 率 ; ( 2 ) 求 扬 声 器 品 质 因 数 ; ( 3 ) 分 析 与 扬 声 器 频率 响 应 关 系 , 谐 振 频 率 就 是 扬 声 器 重 放 范 围 的 下 限 ;( 4 ) 阻 抗 曲 线 的 小 峰 或 小 谷 , 与 扬 声 器 折 环 的 反 谐 振 即中 频 谷 及 振 动 系 统 的 局 部 谐 振 相 对 应 。 而 阻 抗 曲 线高 频 区 的 小 峰 , 与 扬 声 器 频 响 曲 线 的 高 频 峰 相 对 应 ;( 5 ) 可 以 反 映 扬 声 器 结 构

19、的 变 化 ( 如 不 同 音 圈 材 料 、 加磁 流 体 、 加 短 路 环 、 ) ; ( 6 ) 反 映 小 信 号 参 数 的 关 系 。2 . 2 几 条 阻 抗 曲 线 的 比 较图 6 中 有 3 条 不 同 的 扬 声 器 阻 抗 曲 线 。 其 中 第 1条 曲 线 , 阻 抗 峰 值 Zm a x很 大 , 峰 的 两 个 斜 坡 很 陡 , ( f2- f1)值 小 , 频 率 高 处 阻 抗 曲 线 翘 得 高 ; 图 中 第 2 条 曲 线 , 阻抗 峰 FS抬 得 不 高 , Zm a x比 较 小 , 而 f2- f1比 较 大 , 频 率 升高 , 阻 抗 曲

20、 线 也 翘 起 , 高 度 比 前 条 曲 线 低 ; 图 中 第 3 条曲 线 , 在 频 率 低 处 有 些 像 图 中 第 2 条 曲 线 , 在 额 定 阻 抗后 的 曲 线 几 乎 不 向 上 抬 起 , 成 一 条 水 平 线 。 从 这 3 条 阻抗 曲 线 中 可 以 看 出 , 图 中 第 1 条 曲 线 扬 声 器 的 音 圈 是用 非 金 属 骨 架 制 作 的 , 如 玻 璃 纤 维 薄 膜 骨 架 或 聚 酰 亚胺 薄 膜 ( K a p t o n ) 。 图 中 第 2 条 曲 线 扬 声 器 的 音 圈 骨 架是 使 用 金 属 材 料 制 成 的 , 如 铝

21、 合 金 ; 图 中 第 3 条 曲 线的 扬 声 器 在 磁 路 内 加 了 短 路 环 , 抑 制 了 阻 抗 曲 线 向 上抬 , 使 得 扬 声 器 的 高 频 有 较 大 的 输 出 。 同 时 , 降 低 了 三次 谐 波 失 真 。 非 金 属 音 圈 骨 架 没 有 抑 制 动 生 阻 抗 上 升的 能 力 , 短 路 环 相 当 于 音 圈 的 次 级 , 使 音 圈 的 电 感 降低 , 同 时 , 使 磁 性 材 料 非 线 性 的 电 感 量 变 化 减 小 , 也 使得 失 真 减 小 。而 在 扬 声 器 磁 隙 中 加 注 磁 流 体 , 也 会 引 起 阻 抗

22、曲线 的 变 化 。 如 图 7 所 示 。而 吴 琪 君 先 生 采 用 的 带 激 励 抵 消 线 圈 的 方 法 , 更可 以 改 变 扬 声 器 阻 抗 曲 线 的 形 状 。 如 图 8 所 示 。如 果 事 先 将 扬 声 器 的 直 流 电 阻 RE( RV) 测 试 出 来 , 就可 以 知 道 扬 声 器 的 品 质 因 数 1 QT S( Q0) : QT S= FS RV/ ( f Zm a x) ( 传 统 方 法 ) 。 或 者 QT= 1 / ( f2- f1) ( f1f2/ r0)12( G B / T 9 3 9 6 1 9 9 6 规 定 的 方 法 )这

23、是 扬 声 器 的 一 个 重 要 技 术 参 数 。 如 果 已 经 测 试了 扬 声 器 的 有 效 半 径 a 、 等 效 质 量 MM S( M0) 、 磁 场 力 系数 B L ( A ) , 就 可 以 得 到 扬 声 器 的 等 效 容 积 VA S( VE Q)VA S= 0c2CA S( 1 )式 中 : 0为 空 气 密 度 , 1 . 1 8 k g / m3;c 为 空 气 中 声 速 , 3 4 5 m / s ;CA S为 扬 声 器 支 撑 的 顺 性 。此 外 , 还 可 以 求 得 扬 声 器 的 顺 性 CM S( CA S)图 6 扬 声 器 阻 抗 曲 线 的 比 较2 0 0 0 01 0 0 0 05 0 0 02 0 0 01 0 0 05 0 02 0 01 0 05 02 0f / H z1 0 加 短 路 环 的 阻 抗 曲 线 用 铝 骨 架 音 圈 的 阻 抗 曲 线 用 K a p t o n 骨 架 音 圈 的 阻 抗 曲 线阻抗/!L o u d s p e a k e r a n d M i c r o p h o n E扬 声 器 与 传 声 器&(