揭秘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

2016/2/3 10:22:36来源:艾维音响网

[ 提要 ] 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。

艾维音响网讯扬声器性能是电学、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。

共振频率处的最大阻抗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* ρ o* a3 (16)

其中ρ o=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 =ρ o*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/ f)*(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/f)*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/f)*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 =( ρ o/2 π c)*(BL*Sd/Mms)2/Re (22)

参考灵敏度级SPLo

与参考电声转换效率η o直接相关。

SPLo = 112+10lg η o (23)

参考振幅ξ

与参考电声转换效率η o、电功率Pe、等效半径a、频率 f 有关。

ξ= 0.481*SQR(Pe* η o)/(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，基本上由低频最大振幅ξ o 决定。一般低频最大振幅是在共振频率Fo处。扬声器的低频最大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ξ o≤ 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 处最大振幅ξ o 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 就受到低频最大振幅ξ o≤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最大振幅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* η o=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η o直接相关，实际上最终与扬声器的振幅、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最大功率，既与低频最大振幅有关，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最大功率，最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。

Qes 为喇叭的电 Q 值，它反映了单元在Fo 时于电磁控制下的谐振能力，数值越低，阻尼越强，谐振能力越低。

Qms 为喇叭的机械Q值。它反映了单元在Fo 时于机械结构方面的谐振能力，数值越低，阻尼越强。

Qts 为喇叭的总 Q 值( 由 Qms和 Qes并联耦合而成 ) 它反映了单元在Fo 处的谐振能力，数值越低，阻尼越强。

机电性能指标 (Electro-Mechanical parameter)

Mms：喇叭的总振动质量 ( 包括振膜的质量、音圈的质量、前后加载的空气等)

Cms：喇叭单元的顺性

Rms：机械阻尼，包括振动的摩擦、辐射阻。

Rme ：电气阻尼因数，反映单元电磁系统对振膜的机械控制和阻尼，常用来衡量单元的电磁系统的能力。