扬声器参数整合.doc

扬声器T/S参数：磁力系数 BL 额定阻抗 Znom 电气品质因数 Qes 机械品质因数 Qms 总品质因数 Qts 等效容积 Vas 共振频率 Fo 额定正弦功率 Psin 额定噪声功率 Pnom 长期最大功率 Pmax 额定频率范围 Fo-Fh 平均声压级 SPL音圈中孔尺寸一般大于T铁中柱外径 0.30.6 mm ，小音圈取值相应小些。华司中孔尺寸(内铆的为铆后尺寸)一般要大于音圈最大外径(为绕线部位) 0.30.6 mm ，间隙太小容易碰圈、影响到装配合格率，间隙太大又会降低磁性能、从而导致灵敏度下降。鼓纸中孔与弹波中孔的距离，中小口径的扬声器以 0.52 mm 为佳，大口径可以加大到 25 mm ，距离大些定位效果会更好、更能承受大功率，只是鼓纸中心胶和弹波中心胶需分开打。磁路设计一是给定磁体规格(已知材料性能和尺寸),设计出磁路结构,使其工作气隙磁感应密度Bg值为最大,Bg值的大小对扬声器的灵敏度及电气品质因数Qes影响很大；二是给定Bg值,设计出磁路结构,使所用磁体尺寸为最小,从而达到节约成本的目的。磁路设计的方法有多种，这里采用的是经验公式法。Kf*Bg*Sg = Bd*Sm Kr*Hg*Lg = Hd*Lm Bg: 工作气隙中的磁感应密度 Bd: 磁体内部的磁感应密度Sg: 工作气隙截面积 Sm: 磁体截面积Kf: 漏磁系数 Hg: 工作气隙中的磁场强度Hd: 磁体内部的磁场强度 Lg: 工作气隙宽度Lm: 磁体高度 Kr: 漏磁阻系数 对于内磁结构的磁路: Kr漏磁系数= 1.11.5Kf漏磁阻系数= 1.82.5导磁板厚度:Tp = 5*Lg导磁板直径:Dp = 4.1*Tp对于外磁结构的磁路: Kr漏磁系数 = 1.11.5Kf 漏磁阻系数= 2.04.0华司厚度:Tp = 5*Lg中柱外径:Dp = 4.3*Tp华司外径 = 磁体外径-磁体厚度/2Sg工作气隙截面积=*(Dp+Lg)*TpBg工作气隙中的磁感应密度=o* Hg (3)o = 4*10-7 H/m为真空磁导率.根据磁体材料退磁曲线和最大磁能积曲线,可以确定最佳工作点的Bd和Hd值,在此工作点,磁体体积最小(给定Bg值时),工作气隙中的磁感应密度最大(给定磁体尺寸时)。Bg2 = (o*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg) (4)磁路设计的验证选择了一种磁路结构后，验证很方便，只需将磁路充磁，测量其工作气隙中的磁感应密度Bg就行。音圈直流电阻Re一般要预先设定，或按额定阻抗Znom确定:Znom =(1.051.10)* Re要考虑功率承受能力以及扬声器的灵敏度、品质因数等电声参数。音圈直径太小,则其功率承受能力必然有限,因为线径决定了其允许通过的电流大小,同时T铁中柱太小又影响到其散热能力；音圈直径太大,则导致其质量加重,同时Bg值下降,从而导致灵敏度降低。音圈的卷宽Tvc扬声器的灵敏度、品质因数、最大振幅、失真等电声参数。一般低音单元均采取长音圈结构,即音圈卷宽Tvc=(1.43.0)*Tp,则有最大线性振幅Xmax=(Tvc-Tp)/2=(0.21.0)*华司厚度Tp,可见大功率大口径扬声器的音圈卷宽及华司厚度均需较大。鼓纸与电声特性直接相关的定量参数主要有重量、厚度、顺性、杨氏模量等，重量、顺性等决定了扬声器的低频特性，重量、厚度、锥顶角度、杨氏模量等则决定了高频特性。对于锥型扬声器，低频共振频率Fo和高频上限频率Fh可由下列公式确定：(2Fo)2 = 1/(Mms*Cms) (2Fh)2 = (Mm1*Mm2)/(Mm1+Mm2)*Cmh Cmh为鼓纸根部的等效顺性，Cmh = sin/(*E*t*cos2) Mms为扬声器的等效振动质量,且有Mms =Mm1+Mm2+2Mmr,其中Mm1为音圈质量, Mm2为鼓纸等效质量, Mmr为辐射质量。Mmr =2.67*o* a3,其中o=1.21kg/m3为空气密度, a为扬声器等效半径。Cms为扬声器的等效顺性，且有Cms =(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2), Cm1为鼓纸顺性、Cm2为弹波顺性。单位需换算为国际单位制：m/N, 若鼓纸的共振频率为F1、测试附加质量为M1，弹波的共振频率为F2、测试附加质量为M2，则有（2F1）2 = 1/(M1+Mm2+2Mmr)*Cm1 （2F2）2 = 1/(M2*Cm2) （2Fo）2 = (M1+Mm2+2Mmr)*F12+M2*F22/(Mm1+Mm2+2Mmr) 扬声器的低频共振频率由鼓纸的质量、顺性，和弹波的顺性、音圈的质量等确定。， 扬声器的高频上限频率由鼓纸的质量、音圈的质量，鼓纸根部厚度、半顶角及杨氏模量等确定。其中，E为鼓纸材料的杨氏模量，t为鼓纸根部厚度，为鼓纸的半顶角。1.1 弹波要求应该具有很大的径向刚性和很大的轴向顺性，以保证良好的机械强度和较低的共振频率及较小的失真。弹波主要的参数就是其顺性Cm2（或频率F2），由公式（7）可知其对扬声器的共振频率影响较大，同时此值又是可以测量验证的，从而可以控制。弹波顺性的经验公式如下：Cm2 = (A*n*L3)/(E*b*h) (9)其中，A为修正系数（其值视波纹形状而异），n为波纹数，L为波纹深度，b为折环所形成的圆周长度，h为材料厚度，E为杨氏模量。由公式（9）可知，波纹数越多、波纹越深、材料越薄，则弹波的顺性越大。 5.1直流电阻Re由音圈决定，可直接用直流电桥测量。5.2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。5.3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)5.4 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。5.5 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)5.6 等效辐射面积Sd只与口径(等效半径a)有关。Sd =* a2 (13)5.7 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)5.8 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 5.9 辐射质量Mmr只与口径(等效半径a)有关。Mmr =2.67*o* a3 (15)其中o=1.21kg/m3为空气密度， a为扬声器等效半径。5.10 等效顺性Cms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) 5.11 等效容积Vas只与等效顺性、等效辐射面积有关。Vas =o*c2*Sd2*Cms 此处c为空气中的声速，c=344m/s5.12 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) 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。5.13 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) 5.14 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） 5.15 参考电声转换效率o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。o =(o/2c)*(BL*Sd/Mms)2/Re 5.16 参考灵敏度级SPLo与参考电声转换效率o直接相关。SPLo = 112+10lgo 5.17 参考振幅与参考电声转换效率o、电功率Pe、等效半径a、频率f有关。 = 0.481*SQR(Pe*o)/(a*f)2 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，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oXmax，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o可由下列公式计算：o = 1.414*BL*I*Cms*Qts 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oXmax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/ReRms时，公式（25）又可简化如下：o = 0.225*V/(BL*Fo) 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o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*o=4.33*2*a 4*f 4 可见，声功率Pa既与电功率Pe有关、又与电声转换效率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