第六章 小型扬声器系统

元置于无限大障板上，而实际操作中常常采用开口箱（如管道倒相箱，带通箱等）与封闭箱。
在封闭箱中，由于扬声器声顺跟箱体的声顺串联，则总的声顺为
其中，定义声顺比为
������atc
=
������������������������������������ ������������������ + ������������������
6.2 扬声器系统的 Thiele-Small 参数
Thiele-Small 参数，又简称为 T-S 参数，是 A.N.Thiele 与 R.H.Small 提出的扬声器系统 的基本参数，虽然早在他们之前就有部分有用的相关参数被其他人定义过，但是 Thiele 跟 Small 将少量新的参数跟这些被定义过的参数作为一个整体整合到一起，并且容易测量与设 计。现如今，T-S 参数在扬声器系统的设计当中的指导作用已经被国内外同行所普遍认同与 接受。
×
100%
（2）调制失真，是指输入信号中不同频率成分互相调制而生成新的频率成分而产生的失
真。例如输入信号为：f1、f2、f3，∙∙∙∙∙，而输出中产生了������1������1 + ������2������2 + ������3������3 +∙∙∙(其中������1、������2、������3为 整数)的频率分量。
可见，要想系统的谐振频率能趋近扬声器单元的谐振频率，那么就要尽量用容积大的箱
体。
6.4 箱体的选择
根据给定扬声器单元选择封闭箱或者开口箱是每个设计师都需要考虑的问题，早在 1972
到 1973 年间，博士 R.H.Small 发表了一系列文章对开口箱与封闭箱的设计因素进行了量化，
经推导发现一个简单的针对特定低频扬声器单元选择箱体的方法，即 EBP 判定法。EBP 定义
大信号参数： （1）Xmax：音圈在一个方向上最大的线性位移 （2）Vd ：扬声器单元在最大线性位移时对应的最大体积位移，Vd = Sd ∙Xmax （3）Wemax：扬声器单元的标称输入电功率
6.3 扬声器与箱体的基本作用
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扬声器纸盆向前振动时，纸盆前面的空气被压缩，纸盆后面的空气就会变的稀疏，因此
根据信号类型，T-S 参数分为小信号参数与大信号参数，其中小信号参数为： （1）fs ：自由空间扬声器单元的谐振频率 （2）Qts：扬声器系统的总品质因数，包括扬声器单元的所有损耗 （3）Qes：电学品质因数，仅考虑电阻 Re （4）Qms：机械品质因数，仅考虑非电阻部分 （5）Veq：扬声器系统单元的力顺所对应声顺而转化成的等效空气容积 （6）Re ：扬声器单元音圈的直流电阻 （7）Sd ：扬声器振膜的有效辐射面积 （8）η ：扬声器半空间的参考效率
=
√1
+
������
������
=
������������������ ������������������
频扬声器单元适合于封闭箱设计；当50 < EBP < 100 的时候，既可以用封闭箱也可以用倒相
箱；当EBP ≥ 100 的时候，则适合于倒相箱。当违反该规律的话，系统的效率将变得低下。
6.4.1 密闭箱的低频响应分析
在低频段远场，近似有k������0 ≪ 1,因此扬声器可以近似为点声源，在距离为 r 辐射声压幅值
线性失真中包括幅度失真，相位失真。 （1） 幅度失真：扬声器的信号源一般不是单频信号，而是多频信号，并且扬声器系统
对于不同的频率成分一般具有不同的增益，比如一组时域信号由两个单频组成， 而由于扬声器系统带宽限制对其中一个单频增益大于另一个的单频增益，那么输 出波形在幅值上相对于输入波形就会发生变化。 （2） 相位失真：扬声器系统如果对不同频率的时延不同，那么不同频率成分的相位关 系便不再协调一致，那么输出信号也会失真。 （3） 瞬态失真：指的是输出跟不上输入的变化所产生的失真。也是由于系统的抗性具 有“惯性”，因此不会瞬时开始或者瞬时停止。 总而言之，幅度失真、相位失真、瞬态失真都是由于系统的线性抗性原件引起的。由于 线性抗性原件本身的特征，它对不同的频率成分只会产生增益上的不同与延时上的不同，本 身并不产生新的频率分量，因此幅度失真与相位失真又统称为频率失真。 6.1.2 非线性失真 非线性失真分为谐波失真，互调失真。而谐波失真又可以细分为总谐波失真，n 次谐波失 真，特性谐波失真。互调失真又可以细分为差频失真，n 次调制失真，调制失真。 （1）谐波失真是指当输入为单频 f 时，输出中产生了 2f，3f，4f，∙∙∙∙∙等频率分量，如果 要量化谐波失真程度的话，可以用输出的谐波分量有效值与总输入基频信号有效值之比来表 达，其中总谐波失真以百分比计为：
=
4������2 ������3
������������3������ ������������������ ������������������ ������������������ (������������������ +������������������ )
������������ ������
前后声波在相位上相差 180 度。在低频时候，满足 kr<<1(即波长线度远大于扬声器线度)，纸
盆前后不同相位区靠的是如此之近，在低频振动时相位的空间变化又如此之慢，以至于压缩
区的媒质质点来得及向稀疏区流动从而抵消了区域的形变，这样总的声辐射就变弱了，这种
效应也称为声短路。现代高质量放声系统中，为了避免声短路现象，理论上可以将扬声器单
������2
−
1
=
0
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z
=
������3 ������������������
=
√(2���1������2���������
−
1)
+
√(2���1������2���������
−
2
1)
+
1
当Qtc = 0.5 的时候， ������3 = 1.55������������������，系统处于临界阻尼状态，瞬态响应最佳； 当Qtc = 1/√3的时候， ������3 = 1.27������������������ ，系统具有贝塞尔最平延时响应； 当Qtc = 0.707时候， ������3 = ������������������ ，系统具有巴特沃兹最大平坦幅频响应；
������atc
=
������������������ ∙ ������������������ ������������������ + ������������������
������������
=
������������������������c
+
������������
1 ������������������atc
=
(������������������������������
3
)
(������������������������������������
)
������������������ (������������������+������������������)
带入以下各式
������������������ ������������
6.4.3 封闭箱系统的参考效率
参照扬声器单元的参考效率如果用 T-S 参数描述的话为[]
������
=
4������2 ������3
������������3������������������ ������������������
可以类比的推导出封闭箱的参考效率
两个式子相除得到
������������
α
=
������������������ ������������������
=
������������������ ������������
因此可见，声压的幅频函数是一个二阶高通滤波器（12dB/oct）,可以看出封闭箱的频响
形状由 Qtc、fs、������������������、������������四个参量决定。下面是封闭箱的低频响应曲线。
+
������atc
=
������������������������ ������������������������������
1 ������������c
(������������
+
1
1 ������������������������c������atc
+
������������a���t���cc)
为������������
~
������������ 4������������
|������������
|
其中������������ 代表封闭箱中扬声器单元的振动容积速度。由封闭箱的声学类比线路图可知
因此在低频段的容积速度
(������������)2 ������atc = ������������������������������2 + ������������������ + ������������������
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从图中可以看出，Qtc 变大时，频响曲线的峰值也变大，由分析知道： 当Qtc ≫ 0.707的时候，系统欠阻尼，低频段有效带宽下降，低频模糊 ； 当Qtc ≪ 0.707的时候，系统过阻尼，低频难以重放；
6.4.2 封闭箱系统的低频截止频率
由上一章可知，封闭式扬声器系统的低频声压幅频为 ������
=
������������������ 1 + ������
α
=