APx500系列测量扬声器的阻抗曲线

APx500系列测量扬声器的阻抗曲线

浏览次数：220日期：2014年10月24日17:56

扬声器复杂阻抗的测量可以通过APx500 软件的数据提取功能很方便地实现

(APx500 2.6 或以上版本). 这篇技术文档主要说明如何使用恒定电压来测量, 同时包含所需的APx500 工程文件. 恒定电压测量方法的优点是可以在扬声器的工作频率范围内使用已知的,恒定的电压来测量. 通过该方法进行多组恒定电压下的测量, 也可以检验扬声器阻抗与电压之间的变化关系(理论上彼此是独立的).

图1扬声器阻抗测试电路原理图

图1显示的是恒压法测量的基本电路原理, 图2 显示的是实际的连接图. 使用分析仪的两个输入端,配置成Analog Balanced,用来检测感应电阻的电压(Vsense)和扬声器两端的电压(Vspkr), 功放则需提供足够低的输出阻抗以及足够的电流来直接驱动扬声器,有些扬声器所需的电流可能超过功放所能提供的电流. 另外, 使用分析仪50 ohm 的输出阻抗配置, 可以让仪器成为一个恒流源, 使恒压测量的方法变得有点麻烦.

图2. 仪器与被测扬声器的连接

为了让连接变得更简单明了, 我们制作了测量夹具, 里面包含了一个0.1 ohm 的高

精度感应电阻(额定功率根据实际情况而定), 如图3 所示; 这个夹具包含两组Banana 接口

和一个XLR 接口, 方便连接夹具到音频分析仪, 扬声器以及功放. 如图的夹具只是一个样例, 客户可以根据该原理制作更加简单的测试夹具.

图3. 电流感应测试夹具

感应电阻的阻值在该测量中并不关键, 但是, 它必须保证有足够的精度(如1%)以

及能够承受足够的功率. 使用0.1 ohm 的电阻是一个很好的选择, 因为它与仪器输出的源阻抗相比, 几乎可以忽略, 同时除以0.1(或乘10)的计算非常方便.

使用具有4 端连接的感应电流检测电阻, 配置成四线连接的Kevin 结构, 电流从两个对应的连接端输入,而感应电压则通过另外两个连接端测量得到.除了提供便利的连接外, 4 线的Kevin 配置可以提供更加精确的感应测量.

根据图1 的电路, 电流(i)可以通过以下等式获得:

以及阻抗可以通过以下等式获得:

将上面两个等式整合, 就可以等到以下阻抗计算公式:

上面的等式中, I, V, Z 等物理量上面均有一杠的指示, 表示说这些物理量都是向量(包含了幅度以及相位的信息).

图4. 电平测量结果(初次的)曲线

在附带的测试工程文件"LoudspeakerImpedance.approjx", 阻抗的曲线结果是从声学响应扫描结果中的电平结果中提取出来的, 事实上, 任何形式的频率响应扫描都可以用来进行阻抗曲线的测量. 这里选择声学响应, 是因为它测量非常快速, 同时它可以进行几次扫描结果的平均, 增加测量的精确度. 需要注意的是, 因为这个测量并不是真正意义上的声学测量, 所以, 脉冲响应曲线或能量-时间曲线上的时间窗函数设置与测量结果是不相关的. 因此需要将时间窗函数的设定与扫描的时间保持一致. 在附带的工程文件里, 设置的扫描时间是1.0s. 为方便查看结果, 如图所示, 输入信道对应卷标已经修改为Vspkr和Vsense.

图5. 用来计算阻抗曲线的中间结果

为了得到阻抗曲线(图6), 首先, 我们利用一个中间结果,将它命名为Z Mag –intermediate (Ch1/Ch2)(图5), 这是一个比值计算的结果,将信道1 与信道2 输入的信号进行简单的比值计算(Vspkr/Vsense); 然后, 我们将比值得到的结果进行平移, 将计算得到的中间结果乘以感应电阻的阻值Rsense, 实现了阻抗曲线的测量. 在这个测试样例里, 我们所使用的感应电阻是0.1 ohm, 因此我们将中间结果乘以0.1, 即相当于将中间结果的曲线平移-20 dB, 执行平移后的结果就是我们所需的阻抗曲线(图6). 如果使用的是其他阻值的感应电阻, 那么平移量可以根据下面的计算公式计算出来.

Gain(dB)=20log(Rsense)

图6. 阻抗曲线(计算得到的)

最后, 要得到阻抗的相位关系曲线(图7), 我们只需将测量得到的相位曲线进行反转即可. 因为实际得到的相位曲线是信道2 相对于通道1 的, 而在我们这个应用中, 我们所需要的结果是扬声器端电压(信道1)相对于电流(通道2)的相位信息, 因此, 我们将测量到的相位曲线进行反转处理, 即得到实际的相位曲线. 当然, 我们交换两个输入通道, 也同样可以得到所需的相位曲线.

图7. 相位曲线(计算得到的)