扬声器主要参数之间的关系

扬声器主要参数之间的关系

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*ρo* a3 (16)

其中ρo=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 =ρo*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/Δf)*(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/Δf)*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/Δf)*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 =(ρo/2πc)*(BL*Sd/Mms)2/Re (22)

参考灵敏度级SPLo

与参考电声转换效率ηo直接相关。

SPLo = 112+10lgηo (23)

参考振幅ξ

与参考电声转换效率ηo、电功率Pe、等效半径a、频率f有关。

ξ = 0.481*SQR(Pe*ηo)/(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ξo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ξo≤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ξo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ξo≤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。