扬声器低音单元参数之间的关系

扬声器低音单元参数之间的关系之一(修订稿)

杨定军2015.12

前言:

本文2002年在某厂的产品研发部门的内部讲课稿,是供有关人员参考的,目的是促进在打样工作中多加思索。重要的是希望研发人员们掌握一种理论与实际相结合的工作方法,而不是单纯地记忆公式和符号。

有关参数的解释请参考THIELE及SMALL先生的经典论文.或者阅读扬声器的国标.

本文的目的是促进思考,不是标准答案.本文所给出的公式来自WIKI百科网页. 本文没提及有关参数的单位,单位制是非常重要的.相信扬声器单元的研发部的工程技术人员对扬声器的测试系统是熟悉和了解的,或至少是经常要读到LMS,CLIO,KLIPPEL,SOUNDCHECK,MLSSA以及其它有效的测试系统的测试报告,在那些报告上易于发现各参数的单位.本文就不在单位制及有关的表达上深入讨论了.

1)扬声器单元的谐振频率Fs

扬声器低音单元参数之间的关系

加大振动系统质量M m S,F s可以变小,比如:纸盆加重或音圈加重都可以使F s变小. 加大支撑系统的顺性C ms,也可以减小Fs,也就是将纸盆的折环的顺性加大(换折环的材料或换弹波的材料或更改它们的尺寸--例如减小折环的厚度,这样,在同一的一个让振动系统向上或向下位移的外力作用时,位移量变大,其顺性则相应变大),一般,采用更换折环材料的做法是最有效的。

那么,如果要使Fs增加,采用什么办法呢?减小振动系统质量M MS,是个好办法,但是,要注意的是M MS不可太小的.那个极限值是多少呢?待以后有机会再讨论,(前人关于最低的质量的数值已有文献可查阅到),好消息是,当代的纸盆的质量大多是较重的,是大于那些个极限值的.

2)扬声器单元的声压灵敏度值. 这儿就简写为SPL吧.

SPL值与Log

BLρS

D

2πR e Mms

成正比(Log是对

BLρS

D

2πR e Mms

取对数的意思)ρ为空气的

密度,一般随温度而有一点点变化,可以把它当常数看待。

BL值是磁通密度B和磁隙中音圈导线长度L的乘积。

磁体的性能好,磁体尺寸大,B值就可能取得高值,然而大磁体将提高扬声器单元的成本。那么,实践就需要要设计人员选择一个恰当尺寸和合适性能的磁体。

L值牵涉到音圈的设计,那是另一个问题了。

总之,BL值越大,SPL值就可能越高,这是我们企盼的事。

Re是音圈直流阻,它在上式的分母项上,较小的Re值似乎对SPL的提高有利,然而减小Re必然受到限制,如,额定阻抗为4Ω的单元,Re可设计成3.2Ω或更低一点,但是能设计成2.5Ω

或更低吗?那就涉及到系统的要求和来自客户的指标要求,真的要改变的话,需要和客户方商量.

Mm S是振动系统的质量,增重了可使F s减低一些,这似乎在低音的追求上带来好处(有时未必是这样的,好的低音涉及到Qts和C ms,乃至涉及到所配合的箱体的声学特性,不是单纯降低F s 这个单一因素所决定)。然而从SPL的立场出发,较重的Mm S意味着较低的SPL值,就不是我们所期望的了。

Sd是什么?是纸盆的投影的积,看图

扬声器低音单元参数之间的关系

图中2a为折环最高点决定的圆周所确定的直径,S d= πa2

那么,由于S d在上面SPL的分子项,意味着在其它条件相同时,单元尺寸加大则意味着SPL 可能增大,那就是说要让小尺寸的低音单元的SPL值比大尺寸的低音单元的SPL值高是非常不容易的追求。

3)单元在F s处的电品质因数Q es

扬声器低音单元参数之间的关系

单元在F s处的力学品质因数Q ms

扬声器低音单元参数之间的关系

增加BL值,可有效地减小Qes,那又得在磁体选取和磁路设计上作文章了。

Rms代表支撑系统的机械损耗,主要由折环和弹波的材料特性所确定,特别是折环是最主要

的,纸边折环、橡胶边折环、泡珠橡胶边折环表现出不同的损耗特性。近二十多年,人们为了减小低音单元的中频谷点,偏好使用橡皮边,其Rms 较纸折环的大,以至相应的Qms 较纸折环的小。但是近年来有的专家又认为对于低音单元来说,较高的Qms 对于低音的重放(特别是冲击力较大的低音)有利,橡皮折环未必是最理想的。大家应该注意到PA (放声系统)用的低音单元所用的折环,又回到纸边折环设计了,或者是某种涂了胶的纤维折环,其目的是既能有较小的损耗又可以有利于减小中频谷点。

4)单元在F s 处的总品质因数Q ts

扬声器低音单元参数之间的关系

Qts 将决定低音单元在音箱中的低音的高低,它是非常重要的。

Qts 在0.3至0.6之间时,低音单元可适用于低音特性较好的闭箱系统。

什么样的单元适合于倒相箱呢?

有那么一个评价参数,叫EBP (Efficiency Band-Width Product ),中文叫效率带宽乘积。

EBP=Fs /Q E s

当EBP 达100左右时,该单元就非常适宜于倒相箱设计。

如果EBP 在50附近或更小,表明闭箱设计更为合适。

我个人认为用作倒相箱的单元,在作高保真或家庭影院使用时,Q ts 在0.3至0.6之间为好。至于低挡产品,Qts 大一点就比较合算一些了。

5) 等效的空气容积V as 和支撑系统的顺性C ms 的关系.

扬声器低音单元参数之间的关系

Vas 是扬声器单元振动系统的顺性以等效的空气容积所作的数量的表达,对于一个扬声器单元来说,空气密度ρ及声速 c 以及S d 面积均是常数及常量的情况下, Vas 和支撑系统的顺性Cms 的关系之间就是个正比例的关系而已. 那么,为什么要把C ms 表达为等效空气容积呢? 原因是,这样的表达在扬声器系统的设计上带来了方便. 在系统设计中要选调音箱,音箱的内容积和扬声器单元的等效空气容积的比值是系统设计的关键.

6)Nref = ES

AS s Q V f C 3

3024?=πη Nref = 输出声功率输入电功率 被称作电声效率,本质上,它与单元的灵敏度SPL 值有相关性,当然是越高越好,注意C 为

声速,是常数。其中的f s就是本文中的Fs.

观察分子、分母的各项,为了使Nref较大,Fs则不应太小。那么,这儿又出现了设计的选择,Fs太大将意味着低音下限频率高。设计者必须选取恰当的Fs,使Nref不致太小。我个人(如站在扬声器单元厂的立场上)是倾向于选取较高的Fs的,避免单元的过低的谐振频率那样的指标的好处对单元厂有利,过低的谐振频率会使效率降低,单元的稳定性变坏。这就往往需要与用户谈判,找到既是满足用户需求又保证单元厂有合理利润及质量标准得到保证的设计方案。

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