扬声器(低音喇叭)的技术要求

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所属分类:音箱设计

扬声器作为一种电声换能器,是整个音响系统的终端,它的性能将直接影响整个音响系统的放声质量。为了保证放声质量,必须对扬声器提出一定的技术要求。

1) 扬声器的额定阻抗、阻抗曲线、品质因数和共振频率
在额定扬声器信号源的输出功率时,常用一个纯电阻代替扬声器作负载,此电阻称为额定阻抗。额定阻抗是计算馈给扬声器的电功率的基准,用于匹配和测量。在额定频率范围内,阻抗模值的最低值不应小于额定阻抗的80%。一般扬声器的额定阻抗多为8Ω。

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阻抗曲线是扬声器在正常工作条件下,用恒流法或恒压法测得的扬声器阻抗模值随频率变化的曲线,如上图所示为扬声器的阻抗曲线。
扬声器的额定阻抗由制造厂家给出,也可以从给定的阻抗曲线上读出。对于纸盆扬声器,它是扬声器共振频率以上第一个阻抗最小值,用ZC表示。
当加在振动系统上的干扰力的频率恰好等于(或近似等于)系统的固有频率f0时,系统振动最强烈,振幅最大,我们把这种振动状态称为共振,此时的频率称之为共振频率。共振频率对应着阻抗最大值,一般应避开共振频率工作。
当扬声器工作频率远小于f0时,扬声器的阻抗接近于直流电阻RDC。RDC略低于ZC,当不知额定阻抗ZC时,通常可用万用表测出其直流电阻值,乘以1.1左右的系数,再调整成国标系列4、8、16、32等数值,即可得到扬声器的额定阻抗(非标准的额定阻抗值除外)。
当f0<f<fC时,阻抗呈容性,即阻抗随频率的升高而降低。当工作频率达到fC时,电路发生串联谐振(电压谐振),由于此时阻抗取极小值,在工程上称为反共振。
当f>fC时,阻抗又成为频率的增函数,呈现为感性,不过曲线上升速度变缓。
扬声器的输入电功率就是用额定阻抗ZC计算的

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由阻抗曲线可近似计算扬声器的品质因数Q0:

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2) 扬声器的特性灵敏度、特性灵敏度级、最大输出声压级

特性灵敏度表示将扬声器放在消声室的隔板上,在其输入端加上额定功率为1W的粉红噪声信号情况下,在辐射方向上距离该扬声器1m处所测得的声压值,通常用μbar作单位。所谓特性灵敏度级是指用dB为单位表示的特性灵敏度。dB与μbar的对应关系如下表所示。

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扬声器dB与μbar的对应关系

 

最大输出声压级是指当扬声器工作在最大功率时,在与特性灵敏度同样测试条件下所产生的声压级。即

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这里Sk为扬声器的特性灵敏度级(dB),Wmax为最大输入功率(W),SPLmax表示最大输出声压级(dB)。

3) 额定频率范围和有效频率范围
额定频率范围是指制造厂家按国家、国际产品标准对扬声器所限定的频率范围;而有效频率范围是在声压-频率响应曲线的最高声压级区域取一个倍频程的宽度,求该宽度内的平均声压级,然后从这个声压级算起,下降10dB画一条水平线,这个水平线与频响曲线的交点对应的频率,称为有效频率范围的上下限,而包含上下限在内的频率范围称为扬声器的有效频率范围。

4) 额定噪声功率、最大噪声功率
额定噪声功率是指在扬声器额定频率范围内,用规定的噪声信号测试后所确定的功率值。最大噪声功率是指在额定频率范围内馈给扬声器以规定的模拟节目信号,不产生热和机械损坏的最大功率。最大噪声功率通常是额定噪声功率的2~3倍。扬声器有时也用长期最大功率、短期最大功率和额定最大正弦功率等指标来衡量。

5) 效率
扬声器的效率表示在某一频带内所辐射的声功率与该频带内馈给扬声器的电功率的比值。设PA表示辐射的声功率,PE表示馈给扬声器的电功率,则效率可表示为

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效率的含义表示有多少电功率转换成了声功率。电动式扬声器的效率一般很低,仅有百分之几,而号筒式扬声器的效率较高,可达百分之十几。

6) 非线性失真
扬声器的非线性失真是指在放声过程中,出现了输入信号中没有的频率成分。非线性失真包括谐波失真、互调失真和分谐波失真等。
(1)谐波失真。当扬声器输入某一频率的正弦信号时,在它的输出信号中,除了输入信号的基波成分外,又出现了二次、三次谐波成分,这种现象称为谐波失真。

(2) 互调失真。当扬声器同时重放使音圈作大振幅振动的低频信号fL和音圈作小振幅振动的高频信号fH时,重放声中除了有fL、fH及其谐波成分外,还会有fH±nfL的新的频率成分,n=1,2,3,…,这种失真称为互0调失真。
(3)分谐波失真。当加给扬声器强纯音时,由于振膜的非线性会在中低声频段产生频率为信号频率1/2或1/3等的模糊声音,这种现象称为分谐波失真。对扬声器来说,非线性失真越小其性能就越好。

7) 瞬态失真
瞬态失真是由于扬声器的振动系统跟不上快速变化的电信号而引起的输出波形与输入波形之间的差别,这种现象就称为瞬态失真。它与频响曲线上的峰谷有关,在振膜的谐振点处瞬态失真较为严重。
如果给扬声器加上一个矩形信号,若输出的声信号仍为一个规整的矩形波,即信号的前、后沿都陡直,则说明扬声器的瞬态响应好,失真少。实际上,由于扬声器的结构、振膜材料特性等不利因素,信号的前、后沿不可能陡直。一般情况下,前沿是逐渐上升的,后沿是逐渐衰减拖尾的,这就表明扬声器的瞬态失真大,不能逼真地重放急剧变化的信号。
为了改善扬声器的瞬态失真,通常把扬声器的频响扩展至超声频段,以改善前沿特性,而拖尾时间的缩短则主要靠控制扬声器的阻尼来实现。

8) 指向性
指向性是表征扬声器在不同方向上辐射声波的能力,通常与频率有关。在低频情况下,信号波长较长,扬声器辐射面的有效长度比辐射的声波波长小得多,此时扬声器可看作一个点源,其辐射的声波是无指向性的;随着信号频率的增高,声波波长越来越短。当波长与辐射面的有效长度可以比拟时,由于声波的绕射特性和干涉特性,扬声器辐射的声波将出现明显的指向性。
表示扬声器辐射方向性有两种方法:一是指向性频率响应曲线。即在偏离参考轴指定范围内的不同角度上所测得的一组频响曲线。如图5―3所示。二是指向性图。即指扬声器辐射声波(不同频率)的声压级随辐射方向变化的曲线。如下图所示。

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9) 纯音
纯音是一个主观指标,它反映扬声器工作中纯音信号的质量。纯音合格是指在额定频率范围内,馈给扬声器额定功率的某一频率的正弦信号,扬声器应无机械杂声、碰圈声、垃圾声、调制声等。
使用寿命和可靠性也是衡量扬声器的技术指标。扬声器能够连续工作的时间越长,说明其使用寿命越好,长时间工作而不出现故障则表明其可靠性好。
总之,扬声器的技术指标很多,对其技术要求也很细,在使用扬声器的过程中,要根据具体情况选择不同技术指标的扬声器,以达到良好的效果。

 

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