扬声器参数知识

扬声器(喇叭)参数说明
一、功率
功率这个参数，其实是衡量一个音箱性能的基本参数，只是由于厂商的的有意回避，所以在很多产品的说明上，功率变成了一个没有什么意义的参数。

音箱标注的功率主要有以下几个：
1、额定输出功率（RMS）：RMS功率可以说是所有功率标注方法中唯一真正有意义的，它指的是功放电路在额定失真范围内，能够持续输出的最大功率。

也称为"有效功率"。

我们在前面探讨功放电路时所指的功率一般都指的是额定输出功率。

2、音乐输出功率（MPO）：指的是在失真不超过规定范围的情况下，功放电路的瞬间最大输出功率。

3、峰值音乐输出功率（PMPO）：指的是完全不考虑失真的情况下，功放的瞬间最大输出功率。

后两种功率其实是没有意义的，因为它们所谓的"瞬间"往往是根本听不出来的几个毫秒。

但是，很多厂商处于希望把自己的产品功率标大的心理，往往乐于使用这两种标注，特别是PMPO功率。

市场上多见的诸如数百瓦的音箱大都是如此，甚至有些音箱把自己的功率标为2000瓦！
这真是笑话！真正2000瓦的功放及音箱足以令你居住的小区里每一个人都听到你家里的音乐声，就是真正300瓦的音箱也足以吵的整栋大厦不得安宁，难道是一个小小的桌面音箱能够做到的？难怪PMPO功率被发烧友戏称为"JS功率"。

按照一般的实践，PMPO功率与RMS功率之间的比值一般为5－8：1，也就是说，标称自己300W的音箱，其实不过是个输出功率为30W左右的普通音箱而已！
真正的名牌大厂是不会使用PMPO功率的，如果产品真的出色，何必要用这种遮人耳目的方法？所以说，看到PMPO的标识，至少表明厂商都对自己的这个产品信心不足。

除了功放部分以外，多媒体音箱中的功率参数还包括扬声器最大承受功率和电源最大输出功率。

这三个参数中最小的一个就是音箱的最大输出功率。

而且这三个参数之间也存在一定的搭配关系，例如RMS功率必须小于扬声器最大承受功率，否则就会烧坏扬声器。

而电源最大输出功率必须至少是RMS功率的150％，多出来的50％也就是所说的"功率储备"，否则，在大音量或大动态的时候，声音就会失真（市场上大量音箱都存在此问题）。

二、频率范围与频率响应
这是标识音箱声音还原能力的两个基本参数，前者是指音箱最低有效回放频率与最高有效回放频率之间的范围，单位赫兹（Hz）；后者是指将一个以恒电压输出的音频信号与音箱系统相连接时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应，单位分贝（dB）。

一般来说，音箱上标识频率范围的比较多，其范围越大，当然其效果越好。

但问题在于很多产品上标识的并不是"音箱的频率范围"，而是"功放电路的频率范围"。

这就出现了诸如20Hz －20KHz这样的涵盖人类听力范围的数值。

当然，这纯属有意混淆视听！音箱的最低回放频率是可以计算出来的，根据相关的经验公式，根据多媒体音箱通常的倒箱设计，则即便使用8"扬声器，所能回放的低音也只到62.6Hz，使用6"或4"时，更是高达80Hz甚至100Hz以上。

在此频率之下，其功率将急剧下降，尽管扬声器还在动，但不会有任何声音被人听到，也就是"只见低音动，不闻低音来"的现象。

此时所能够听到的任何声音其实都是谐振产生的噪音！
其实，真正能放出20Hz声音的音箱，其价格大概足够我们自己开一家音箱制造厂了。

所以，见到标注"20Hz-20KHz"的厂商，我们大可送它一句"去XXX"......
频率响应参数则很少有厂家会提供，这可能是因为这个参数难以用其他什么"类似参数"来代替的缘故。

不过某些本属HI-FI界的大厂例如惠威还是提供了这个图表的。

频响图表与上一期专题的声卡频响图表类似，而且也是越平滑则效果越好。

但要注意的是音箱不是声卡，根本不可能有声卡那样笔直的一条水平线，再好的音箱，其频响也是一条曲度很大的曲线。

但是尽量圆滑还是应该的，中间不应该有什么特别的波峰或波谷（这就意味着在某个频段有特别的加强或减弱）。

而且在中音端应该尽量好。

不应该只考虑低音的下潜。

三、失真度
失真度是用一个未经放大器放大前的信号与经过放大器放大后的信号作比较，被放大过的信号与原信号之比的差别，我们称之为失真度。

其单位为百分比。

也就是音箱对信号的"音染"程度。

对音箱来说，有一定的失真并不是一件坏事，但是要在一个合理范围内，一般来说，音箱的失真不应大于1％，低音炮比较特殊，达到5％就可以了。

四、信噪比
这个笔者觉得就没有什么可解释的了，一般来说，音箱的信噪比应该大于80DB，低音炮则应该大于70DB。

而只有信噪比大于90DB的音箱，才有资格自称为"准HI－FI音箱"。

五、灵敏度
灵敏度是指能产生全功率输出时的输入信号，输入信号越低，灵敏度就越高，单位也是分贝（DB）。

音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍。

一般来说，音箱大都是指能产生全功率输出时的输入信号，输入信号越低，灵敏度就越高。

音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍，音箱大都是90DB以上的高灵敏度音箱，这是因为其输入音源的功率很小。

但是灵敏度的提高是以音质为代价的，灵敏度越高，能够听到的失真和噪声就越多。

所以也有一些高档音箱使用了低灵敏度设计，但无形中提高了对音源设备的要求。

六、阻抗
这个概念比较复杂，简单说，将一个电路中的电阻、电感和电容三者（电阻、感抗、容抗）矢量相加得到的就是阻抗，单位和电阻值一样，也是欧姆。

音箱中的阻抗标识一般指的是其线路输入阻抗。

一般多媒体音箱的输入阻抗在4欧姆到16欧姆之间，但也有更大的。

对多媒体音箱来说，阻抗越高，音箱的音质会更好一些，但也越难以驱动一些。

电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。

阻抗常用Z表示。

阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。

阻抗的单位是欧。

在直流电中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。

电阻很小的物质称作良导体，如金属等；电阻极大的物质称作绝缘体，如木头和塑料等。

还有一种介于两者之间的导体叫做半导体，而超导体则是一种电阻值几近于零的物质。

但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。

电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。

它们的计量单位与电阻一样是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。

此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。

对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。

在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。

也就是阻抗减小到最小值。

在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。

在音响器材中，扩音机与喇叭的阻抗多设计为8欧姆，因为在这个阻抗值下，机器有最佳的工作状态。

其实喇叭的阻抗是随着频率高低的不同而变动的，喇叭规格中所标示的通常是一个大略的平均值，现在市面上的产品大都是四欧姆、六欧姆或八欧姆。

扬声器参数）喇叭的性能参数详解
扬声器是音响系统（俗称音箱)中的关键部位，音响系统的放声质量主要由扬声器的性能指标决定，进而决定了整套的放音指标。

扬声器的性能指标主要有额定功率，额定阻抗、频率特性、谐波失真、灵敏度、指向性等。

扬声器的性能优劣主要通过下列扬声器参数来衡量：
1、扬声器参数(喇叭的参数)_额定功率（W）
扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，它一般都标在扬声器后端的铭牌上。

当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械动过载等现象，发出的声音没有显示失真。

额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，它随输入音频信号强弱而变化，在弱音乐及声音信号中，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。

因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。

一般扬声器能随的最大功率是额定功率的2-4倍。

2、扬声器参数(喇叭的参数)_频率特性（Hz）
频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。

高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz
-2000Hz的人耳可听音域。

由于用单只扬声器不易实现该音域，故目前高保真
音箱系统采用高、中、低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。

此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会引入重放的频率失真。

高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于10dB。

3、扬声器参数(喇叭的参数)_额定阻抗（ ）
扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。

现在，扬声器的额定阻抗一般有2、4、8、16、32欧等几种。

扬声器额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的，而扬声器音圈的直流电阻R直≈0.9R额。

4、扬声器参数(喇叭的参数)_谐波失真（TMD%）
扬声器的失真有很多种，常见的有谐波失真（多由扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引
起，常在低频时产生）、互调失真（因两种不同频率的信号同时加入扬声器，互相调制引起的
音质劣化）和瞬态失真（因振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化，从而引起信号失真）等。

谐波失真是指重放时，增加了原信号中没有的谐波成份。

扬声器的谐波失真来源于磁体磁
场不均匀、振动膜的特性、音圈位移等非线性失真。

目前，交好的扬声器的谐波失真指标不大
于5%。

5、扬声器参数(喇叭的参数)_灵敏度（dB/W）
扬声器的灵敏度通常是指输入功率为1W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大
小。

灵敏度是衡量扬声器对音频信号中的细节能否巨细无遗地重放的指标。

灵敏度越高，则扬
声器对音频信号中所有细节均能作出的响应。

作为Hi-Fi扬声器的灵敏度应大于86dB/W。

6、扬声器参数(喇叭的参数)_指向性
扬声器对不同方向上的辐射，其声压频率特性是不同的，这种特性称为扬声器的指向性。

它与
扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径小时指向性宽。

指向性还与频率有关，一般而言，
对250Hz以下的低频信号，没有明显的指向性。

对1.5kHz以下的高频信号则有明显的指向性。

扬声器参数定义
扬声器的参数是指采用专用的扬声器测试系统所测试出来的扬声器具体的各种性能参数值.其常用的参数主要包括:Z,Fo,η0, SPL,Qts,Qms,Qes,V as,Mms,Cms,Sd,BL,Xmax,Gap gauss.
以下分别是这几种参数其物理意义.
1.1 Z:是指扬声器的电阻值,包括有:额定阻抗和直流阻抗.(单位:欧姆/ohm),通常指额定阻抗. 扬声器的额定阻抗Z:即为阻抗曲线第一个极大值后面的最小阻抗模值,即图1中点B所对应的阻抗值.它是计算扬声器电功率的基准.
直流阻抗DCR:是指在音圈线圈静止的情况下,通以直流信号,而测试出的阻抗值.
我们通常所说的4欧或者8欧是指额定阻抗.
1.2 Fo(最低共振频率)是指扬声器阻抗曲线第一个极大值对应的频率. 单位:赫兹(Hz).
扬声器的阻抗曲线图是扬声器在正常工作条件下,用恒流法或恒压法测得的扬声器阻抗模值随频率变化的曲线.
1.3 η0(扬声器的效率):是指扬声器输出声功率与输入电功率的比率.
1.4 SPL(声压级):是指喇叭在通以额定阻抗1W的电功率的电压时,在参考轴上与喇叭相距1m 的点上产生的声压.单位:分贝(dB).
1.5 Qts :扬声器的总品质因数值.
1.6 Qms:扬声器的机械品质因数值.
1.7 Qes:扬声器的电品质因数值.
1.8 V as(喇叭的有效容积):是指密闭在刚性容器中空气的声顺与扬声器单元的声顺相等时的容积.单位:升(L).
1.9 Mms(振动质量):是指扬声器在运动过程中参与振动各部件的质量总和,包括鼓纸部分,音圈,弹波以及参与振动的空气质量等.单位:克(gram).
1.10 Cms(力顺):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).
1.11 Sd(振动面积):是指在扬声器的振动过程中,鼓纸/振膜的有效振动面积.单位:平方米(m2).
1.12 BL(磁力):间隙磁感应强度与有效音圈线长的乘积.单位:(T*M).
1.13 Xmax:音圈在振动过程中运动的线性行程.单位:毫米(mm).
1.14 Gap Gauss:间隙磁感应强度值.单位:特斯拉(Tesla).
扬声器系统(LOUDSPEAKER)–––音箱是音响器材中最富个性的一员, 对于测试指标相近的音箱, 其重播声音的差别甚大, 这也是音箱存有―英国声‖、―美国声‖等说法的原因之一。

音箱除结构、使用驱动单元外，还提供基本参数供参考。

尽管技术参数并不能与主观评价完全吻合, 但正如权威的IEC-581-7标准中所指出的：―虽然目前人们广泛采用的客观测量技术不可能对扬声器的重放质量作出全面估计，但这种客观测量技术却能向人们提供扬声器工作的基本情况‖。

频率范围(Frequency Range) 表示实际还音的频率范围, 有较大的起伏, 即以声压级最高点为基准，向两端延伸, 下降规定dB处的相应频率范围。

通常以–3dB和–6dB均匀度为标准测定。

需要指出的是不带± dB数的频率范围指标是没有意义的。

灵敏度(Sensitivity) 通常以输入1W信号时, 在1m 远的地方所产生的声压值, 对8oHm 阻抗即是输入2.83V信号时, 在1m远的地方所产生的声压值。

声压级越高，音箱的灵敏度越高。

通常把灵敏度在85dB以下的称低灵敏度，大于90dB的称高灵敏度。

标称阻抗(Nominal Impedance) 扬声器的阻抗是其工作频率的函数，它的额定阻抗为阻抗曲线上从低频到高频第一个谐振峰后的第一个极小值。

音箱的阻抗则由扬声器单元的音圈、分频网络等多种因素决定，远比扬声器的阻抗特性来得复杂。

承受功率(Maximan Power)、适用功率(Power Handling) 承受功率可分长期(Long Term)和短期(Short Term), 前者指扬声器能不失真还音的长时间最大安全输入电功率；后者指扬声器能不被破坏的最大短时间输入电功率。

适用功率是指扬声器能长时间不超过容许失真度下正常工作的输入电功率范围。

对整个音箱来说它的承受功率并非所有扬声器功率值之和, 而与低频扬声器承受功率值相同。

分频点(Crossover Frequencies) 将相应频带加到有关扬声器单元的分界频率。

分频点频率选择不当, 高、低频扬声器单元配合就不好，频率衔接不平坦，整个扬声器系统的频率响应就不会好。

辐射指向性(Dispersion) 表示音箱向空间辐射的声能分布特性，即声压随方向变化的特性, 辐射方向的均匀与否, 与声音重放质量有密切关系，正面轴上的辐射方向特性要均匀，正面轴上的指向频率特性是指对水平面0°、30°及60°方向测得的频率特性指标。

描述音箱辐射指向性的图表有3种，①频率响应曲线族, 它与普通频率响应曲线一样, 只是增加了不同聆听角度的声压频率特性响应曲线；②极坐标响应曲线族, 是以典型的若干频率在极坐标上作出的指向性图；③瀑布图, 是一种三维图表, 水平轴(Y)表示频率，垂直轴(X)表示响度，竖轴(Z)表示偏离轴向的角度，由于图形状似瀑布样，故称瀑布图
扬声器系统的设计和斯莫尔（SMALL）理论
杨定军
【摘要】叙述了斯莫尔理论的要点，同时也提出了存在的问题。

1引言
扬声器的发明已有一百多年的历史，开口箱（或称倒相箱）和闭箱系统的历史亦超过半个世纪，其设计理论由THIELE采用滤波器综合设计法而进入一个相当严密的新时期［1］，到了70年代，澳大利亚悉尼大学的斯莫尔（Small）博士发表了著名的系列论文［2］，更将扬声器系统的设计推进到一个系统化的高度。

自那以后，扬声器厂家和一些国际标准在不同程度上接受了斯莫尔的建议，在产品说明书和标准中列出了小信号参数和大信号参数，人们称之为TS参数（T代表Thiele先生，S代表斯莫尔先生）。

从80年代以来，人们已习惯于引用斯莫尔文献来进行扬声器的测试和设计了，文中试图评述扬声器系统的设计和斯莫尔文献的关联，在高度评价斯莫尔的成功的基础上，将指出为完善系统设计所需要继续的努力方向，为叙述简便，把斯莫尔文献及其成果统称为斯莫尔理论。

2斯莫尔理论的要点
2．1前提
设想扬声器单元工作在活塞区，这意味着：
（1）声波波长大于扬声器振膜周长时的频率范围：亦即λ＞2πa（a为扬声器振膜的半径）。

（2）扬声器振膜作一整体振动，亦即如―活塞‖那样作往复振动，振膜不出现分割振动。

这两个条件决定了斯莫尔理论适用于扬声器在较低声频段的分析。

2．2滤波器综合法的引入
扬声器可类比和等效为一种电路组合［3］，不像一般的滤波器可由电阻、电容、电感等电路元件组成无限多种的组合，扬声器的等效电路的元件数较少，电路的组成也相当地有限。

斯莫尔利用滤波器的电路理论，对直接辐射式扬声器系统（扬声器单元置于无大障板）、闭箱式扬声器系统和开口箱扬声器系统以及被动辐射体的扬声器系统作了全面分析。

2．3小信号参数
作为扬声器单元，斯莫尔理论总结了4个最基本的小信号参数。

即：fs为扬声器单元的振动系统的谐振频率；V AS为扬声器单元的声频的等效容积；Qms为扬声器单元的机械阻尼因素，为振动系统的电等效对反动生电抗在fs处的比值；Qes为音圈的直流阻抗对反动生电抗在fs处的比值。

扬声器单元的电磁阻尼因素。

这4个参数易于由测量取得，在扬声器系统的设计中起支配作用。

事实上，确定这4个参数的扬声器单元的物理参数是：音圈直流阻Re，磁隙中的磁通密度B，磁场中的音圈导线的长度L，振膜的有效投影面积Sd（＝πa2），振动系统的力顺Cms，包括音箱和空气负载的机械质量Mms，振动系统的力阻Rms。

扬声器单元的物理参数是客观存在的，小信号参数与它们有确定的关系，但在分析和设计中TS参数更为方便。

2．4大信号参数
（1）Pe（max）：扬声器单元的散热能力所确定的最大功率额定值。

斯莫尔认为，扬声器系统的功率控制能力将受到扬声器单元的音圈的散热能力的限制。

（2）Vd（＝SdXmax）：振膜在最大振幅时所推动的体积。

Sd为振膜面积，而Xmax 为最大振幅值。

斯莫尔认为，扬声器单元在低音频段的振幅较大，其振幅的频率特性与扬声器系统的设计有关，亦即和音箱的设计有关，与其相关的振幅限定的输入功率能力的额定值也是系统特性，而不只是单元特性，该额定值往往小于Pe（max）。

为了对扬声器单元有所要求，Vd的数值是很重要的。

有了上述4个小信号参数和两个大信号参数，采用滤波器综合法来设计扬声器系统即为
相当程序化的工作了，扬声器单元的灵敏度已隐含在上述参数中，斯莫尔以电声转换效率来表达。

2．5系统分析
斯莫尔从上述参数出发，就上文所提及的几种系统，求出了阻抗函数，频率响应函数，参考效率，振幅函数，并在相关的箱调谐，箱损耗，功率额定值，参数测量等问题作了全面而细致的讨论。

2．6系统设计
斯莫尔主要强调了从有关的分析出发，既可以从一个给定的扬声器单元来进行扬声器系统设计，亦可从系统的技术指标出发进行设计，进而求出所需扬声器的TS参数。

斯莫尔认为扬声器的设计在传统上往往是一个由经验所指导的摸索过程，而系统综合法的特点在于充分了解系统特性和所涉及的元件、部件的参数的关联，综合法具有显著的科学性和系统性。

注意到斯莫尔对于测试工作的重视，可以说斯莫尔理论具有鲜明的可操作性，笔者曾经试图对有关设计公式作一总结，并试图为专业人员提出一个完整的设计方法。

时至90年代，这一工作已为许多人所完成，特别是计算机系统的应用——无论是测试还是设计，已经出现了不少成熟的产品。

比如美国LinearX Systems公司所提供的LMS测试系统和LEAP设计软件［4］已是相当好的工具了，完全可以成为专业人员的有力工具，甚至在其操作手册上已列出了完整和系统的公式，实在不需要再作什么总结了。

即使对于业余爱好者，简易公式和程序已在许多刊物上发表，细心的读者可以发现上述测试系统和软件等等均已接受了斯莫尔理论。

3存在的问题
斯莫尔理论的成功已为现实所证明，LMS和LEAP也已成为非常好的工具，但是在扬声器系统（及单元）的设计上，仍存在一些问题，有待去解决。

3．1谐波失真
斯莫尔理论的出发点是把扬声器作为线性系统，未进行深入的谐波失真的理论分析，没作出相应的数学模型。

设计人员只能另找一些合适的文献，或从样品的测试和分析出发来解决设计中所能遇到的问题了。

LEAP中触及了扬声器单元的非线性因素，但在实用中似乎还不够。

笔者想额外提及电子部三所丁永生先生在80年代所做的工作——―扬声器的大功率谐波失真的研究‖，它具有重要的意义，可惜未能在十几年来引起人们的足够重视。

3．2声辐射的指导性
因为斯莫尔理论把扬声器单元当作平面刚性活塞处理，声辐射的指向特性未作深入的探讨，在低音频段，已达到相当好的近似，但在整个音频频域上，需要扬声器设计人员不得不去考虑一定口径的扬声器单元在超过某一频率的频域上出现指向性这一事实。

特别是振膜形状和振膜材料的不同，将在某一分界频率以上在振膜中出现不同的分割振动。

分割振动的不同也不可能不与指向性无关。

3．3有限元法的应用
振膜中所出现的分割振动，不仅会影响指向性，更重要的还是对频率的响应，谐波失真等的影响。

大口径的扬声器振膜难以避免分割振动，而为电视机，收录机等配套的扬声器往往只能用一个扬声器单元覆盖整个音频域，如何预测并控制分割振动，是扬声器设计人员的难题。

在实践过程中，当然可以借助于经验以及对样品的分析作出设计方案，如何把设计水平提高将是现实的难题。

早在80年代，天津电声器材厂（现在的真美集团）在国外文献的启发下，与中国科学院声学研究所合作研制的―纸盆扬声器的振膜设计——有限元法‖这一科研项目，取得了成功。

可惜的是所选的计算机型号比较特殊，操作系统也不是后来流行的―DOS‖或―WINDOWS‖，似乎已为人们所遗忘。

其实，它显然可成为LMS和LEAP的有力补充。