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文档简介
2 0 0 6 - 1 1电声技术 1不同测试条件对扬声器测试的影响 1 . 1对扬声器频响曲线的影响 许多使用或制造扬声器的人对扬声器的频响曲线 很重视, 但对它的阻抗曲线并不是很在意。 频响曲线固 然很重要,从频响曲线上可以知道扬声器的灵敏度等 参数, 还可以判断扬声器输出声压起伏走向, 确实有重 要价值。不过, 在测试扬声器的频响曲线时是将扬声 器安装在一块标准障板上,测试出来的频响曲线是扬 声器和标准障板所构成的系统的频响曲线。大约在 1 5 0 H z有一个谐振峰,峰后在3 0 0 4 0 0 H z又有一个 谷, 如图1 、 图 2所示。 出现峰谷的频率可以推算,一个标准障板如图3 所示, 障板上安装被测扬声器, 从扬声器正面和背面发 出的声音, 同相则相加, 频响出现峰值; 反相则抵削, 频 响出现谷值。经计算峰值在1 6 1 H z, 谷值在3 2 2 H z , 与 实测吻合。 这是扬声器装在标准障板后测出的曲线,并不是 扬声器的真正特性, 特别是扬声器低频响应曲线与实 际存在一定的误差。如果把扬声器装在音箱内再测试 它的频响曲线则为另一个系统的频响曲线, 也不是扬 声器的频响曲线。不用障板或音箱, 对单独一只扬声 器进行近场测试( 测试传声器距离扬声器很近, 小于 图1 5 0 1 2 0椭圆扬声器频响曲线 4 0 0 0 02 0 0 0 01 0 0 0 05 0 0 02 0 0 01 0 0 05 0 02 0 01 0 05 02 0 f / H z 声压级/ d B 图2 1 2 3 m m扬声器频响曲线 4 0 0 0 02 0 0 0 01 0 0 0 05 0 0 02 0 0 01 0 0 05 0 02 0 01 0 05 02 0 f / H z 声压级/ d B 文章编号:1 0 0 2 - 8 6 8 4(2 0 0 6)1 1 - 0 0 2 3 - 0 4 音箱研讨(一) 扬声器阻抗曲线和低频特性的分析 王以真 1 ,沈伟星 2 (1 .天津声学学会,天津3 0 0 2 0 0;2 .杭州音响公司,浙江 杭州3 1 0 0 0 0) 【 摘 要】介绍了不同的测试条件对扬声器频响曲线及阻抗曲线的影响, 并对扬声器的阻抗曲线进行了分析、 比较。 指出了阻抗曲线受环境影响较小。 【 关键词】频响曲线;阻抗曲线;品质因数 【 中图分类号】T N 6 4 3【 文献标识码】B S t u d ya n dD i s c u s s i o no nL o u d s p e a k e r s A n a l y s i so ft h eI mp e d a n c eC u r v ea n dL o w F r e q u e n c yC h a r a c t e r i s t i c s WA N GY i - z h e n 1 ,S H E NWe i - x i n g 2 (1 . T i a n j i nA c o u s t i c a l S o c i e t y,T i a n j i n3 0 0 2 0 0,C h i n a;2 . H a n g z h o uA u d i oC o r p o r a t i o n,H a n g z h o u3 1 0 0 0 0,C h i n a) 【A b s t r a c t】T h ei n f l u e n c e sb r o u g h tf r o m t h ed i f f e r e n tm e a s u r i n gc o n d i t i o n so nt h ef r e q u e n c yr e s p o n s ec u r v ea n d i m p e d a n c ec u r v ea r ei n t r o d u c e d . I t i ss h o w nt h a t t h ee n v i r o n m e n t a l i n f l u e n c eo nt h ei m p e d a n c ec u r v ei sl o wt h r o u g h t h ea n a l y s i sa n dc o n t r a s t o f t h ei m p e d a n c ec u r v eo f l o u d s p e a k e r s . 【K e yw o r d s】f r e q u e n c yr e s p o n s ec u r v e;i m p e d a n c ec u r v e;q u a l i t yf a c t o r 技术分析 L o u d s p e a k e r a n d Mi c r o p h o nE 扬 声 器 与 传 声 器 #$ 2 0 0 6 - 1 1电声技术 扬声器的有效半径) , 环境的影响相当小, 但扬声器的 声短路现象还是难免, 频响曲线是不是标准呢?也难 说。也就是说, 在不同的测试条件下, 同一只扬声器可 以测试出各种不同的频响曲线,包括灵敏度也不一 样。哪一个才是扬声器真正的频响曲线?当然在权衡 各种得失的情况下, 各国电声专家认定以扬声器装在 标准障板上为准, 还必须在合格的消声室内( 自由声 场) 进行测试。 国家标准如此, 国际标准也如此。 在消声 室测试固然符合标准,但又与扬声器实际的使用条件 不一致。 这就出现了扬声器研究的两个悖论: (1) 要了解扬 声器的真实状况, 必须对扬声器真实状况进行测试, 而 真实的测试,又在一定程度上破坏了扬声器的真实状 况; (2) 要了解扬声器的真实状况, 其目的是为了实际 应用。而测试条件和实际应用条件又存在较大差异。 1 . 2对扬声器阻抗曲线的影响 而扬声器阻抗曲线的测试就不同了。无须将扬声 器装在障板或音箱上, 也无须在消声室内进行。 它受环 境的影响较小。只要测试方法正确,结果必然是正确 的。 也就是必须用恒流法或者恒压法进行测试。 此外距 离扬声器1 m之内无反射物。如果将扬声器悬空是不 可能的, 可以做一个测试架。用一片直径小于1 0 0 m m 的圆木片, 下面装3只长1 m的脚支撑它, 圆木片中间 开一个孔, 将扬声器放在上面。扬声器导磁板柱(T铁) 的减压孔正好对着木片的孔。 如果将减压孔堵死, 测试 就不准确了。 现在许多生产或使用扬声器的厂家, 没有 ( 或者是资金不足、或者是对消声室的作用认识不足) 去建造消声室。 花有限的钱去购买扬声器测试仪( 计算 机辅助测试系统) , 使用方便, 功能多, 对扬声器进行定 性分析也还实用。 这类仪器有“L M S” , “C L I O” , “D A A S” 和浙大通信的电声测试仪等。 不过使用这类测试系统, 要注意它的局限性, 它不被I E C和G B承认。 2阻抗曲线的分析 2 . 1定性分析 图4是一条扬声器的阻抗曲线。 随着频率的变化, 阻抗曲线也在变化。说明扬声器的阻抗不是一个恒定 值。频率从2 0 H z开始, 慢慢向高频变化, 阻抗曲线慢 慢上升, 随着频率的上升, 阻抗曲线出现了一个峰, 频 率再上升, 曲线又开始向下移动。到了某一个频率, 阻 抗曲线下降到最低点。频率再上升阻抗曲线又开始向 上提升一直到2 0 k H z。 在阻抗曲线最小值后面曲线还可能有些上下波 动, 是纸盆折环反射的影响。一条阻抗曲线的变化, 说 明扬声器的阻抗不是一个常量。随频率变化曲线跟着 变化。 在峰后最低点的阻抗, 称它为扬声器的额定阻抗 Z E(Z0) 。额定阻抗在国标上有规定, 设计师都要按规定 设计扬声器的额定阻抗,否则扬声器就无法与功放匹 配。允许有一定误差。按扬声器的用度和档次, 一般公 差分为 1 0 %, 1 5 %, 2 0 %三档。为了保证由于其他因 素带来的偏差( 如天气变化) , 生产厂家控制得更严格 些。 现在来看阻抗曲线的峰, 这个峰对应的频率就是扬 声器的谐振频率( 共振频率)F S(F0) 。 这个峰值就是扬声 器的最大阻抗Z m a x。在谐振频率时扬声器的振幅最大, 即音圈位移最大。 从阻抗峰起, 下降3 d B, 划一条横线, ( 即 0 . 7 0 7Z m a x处) 与阻抗曲线有两个交点, 分别是频 率f 1和f2, f = f2- f1。阻抗曲线从峰向左或向右的两个斜 坡是不对称的, 也就是说,f 2- FSFS- F1。另外要注意 F S,f1,f2不一定是整数值。一般测试精确到0 . 1 H z 。同 时按照新国标G B / T 9 3 9 61 9 9 6之1 9 . 3 . 2条的方法也 可以得到同样的结果。 还可找出阻抗曲线与频率响应曲线的对应关系, 如图5所示。 图4扬声器阻抗曲线 2 0 0 0 01 0 0 0 05 0 0 02 0 0 01 0 0 05 0 02 0 01 0 02 01 0 折环引起的起伏 f 2 f 1 Fs RV ZV Zm a x (0 . 7 0 7 Zm a x) f / H z 阻抗/ Lo u d s p e a k e ra n dMi c r o p h o n e 扬 声 器 与 传 声 器 #$% 2 0 0 6 - 1 1电声技术 图8阻抗曲线的变化 普通扬声器的阻抗曲线 带短路环扬声器的阻抗曲线 带激励抵消线圈扬声器的阻抗曲线 1 0 0 0 05 0 0 01 0 0 03 0 05 03 0 0 5 1 0 1 5 2 0 f / H z 幅度/ d B 3 0 0 05 0 01 0 01 5 2 5 3 0 3 5 4 0 图7加磁流体的阻抗曲线 2 0 0 0 05 0 0 01 0 0 02 0 05 02 00 5 1 0 1 5 2 0 f / H z 幅度/ d B 加磁流体 无磁流体 图5扬声器阻抗曲线与对应的频率响应曲线 2 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 01 0 02 0 折环反谐振 高频失真特性 阻抗曲线 折环反揩振 直流电阻 低频谐振频率 有效频率范围 高频衰减 高频谐振区 中频谷 声压频率响应 额定输出区低频衰 减区 高频 上限 输出声压级 标称阻抗 高频揩振频率 6 0 3 0 0 声压级/ d B 阻抗特性/ ! f / H z f 0 - 1 0 0 1 0 阻抗曲线的作用是: (1) 求阻抗最大值、 扬声器谐 振频率; (2) 求扬声器品质因数; (3) 分析与扬声器频 率响应关系,谐振频率就是扬声器重放范围的下限; (4) 阻抗曲线的小峰或小谷, 与扬声器折环的反谐振即 中频谷及振动系统的局部谐振相对应。而阻抗曲线 高频区的小峰,与扬声器频响曲线的高频峰相对应; (5) 可以反映扬声器结构的变化( 如不同音圈材料、 加 磁流体、 加短路环、 ) ; (6) 反映小信号参数的关系。 2 . 2几条阻抗曲线的比较 图6中有3条不同的扬声器阻抗曲线。其中第1 条曲线, 阻抗峰值Z m a x很大, 峰的两个斜坡很陡, (f2- f1) 值小, 频率高处阻抗曲线翘得高; 图中第2条曲线, 阻 抗峰F S抬得不高,Zm a x比较小, 而f2- f1比较大, 频率升 高, 阻抗曲线也翘起, 高度比前条曲线低; 图中第3条 曲线, 在频率低处有些像图中第2条曲线, 在额定阻抗 后的曲线几乎不向上抬起, 成一条水平线。 从这3条阻 抗曲线中可以看出,图中第1条曲线扬声器的音圈是 用非金属骨架制作的,如玻璃纤维薄膜骨架或聚酰亚 胺薄膜(K a p t o n) 。图中第2条曲线扬声器的音圈骨架 是使用金属材料制成的, 如铝合金; 图中第3条曲线 的扬声器在磁路内加了短路环,抑制了阻抗曲线向上 抬, 使得扬声器的高频有较大的输出。同时, 降低了三 次谐波失真。非金属音圈骨架没有抑制动生阻抗上升 的能力,短路环相当于音圈的次级,使音圈的电感降 低, 同时, 使磁性材料非线性的电感量变化减小, 也使 得失真减小。 而在扬声器磁隙中加注磁流体,也会引起阻抗曲 线的变化。如图7所示。 而吴琪君先生采用的带激励抵消线圈的方法, 更 可以改变扬声器阻抗曲线的形状。如图8所示。 如果事先将扬声器的直流电阻R E(RV) 测试出来, 就 可以知道扬声器的品质因数 1 Q T S(Q0) :QT S= FS RV/ ( f Z m a x) ( 传统方法) 。 或者QT= 1 / (f 2- f1) (f1f2/ r0) 1 2( G B / T 9 3 9 6 1 9 9 6规定的方法) 这是扬声器的一个重要技术参数。如果已经测试 了扬声器的有效半径a、 等效质量MM S(M0) 、 磁场力系 数B L(A) , 就可以得到扬声器的等效容积V A S( V E Q) V A S= 0c 2 C A S (1) 式中: 0为空气密度,
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