细解扬声器的Q值
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音箱结构设计计算公式ASW箱体结构计算公式1.开口腔计算公式:VA = (2S x Q。
)2 x VAS(L)通带纹波系数是带通式音箱的重要设计参数。
选取合适的封闭腔带通Q值QB,查表得出fL和fH,用f。
/Q。
分别乘以这两个系,求出音箱频响曲线上下降3dB的两个频率点,要求与设计值相符。
带通Q值越高,音箱的灵敏度越高,但通频带越窄;带通Q值取得越低,音箱的灵敏度越低,但通频带越宽。
导相管的调振频率fB = QB x ( f。
/ Q。
) (HZ)导相管长度L=[(c2S]/(4*3.142*fb2*V)] -0.82*S?22.密封腔计算公式:VB = VAS / a顺性比a = (QB2 / Q。
2) – 1则ASW箱体总容积为V = VA + VB单腔倒相式音箱计算公式1.低频扬声器单元的品质因数Q。
、谐振频率f。
及等效容积VAS是决定音箱低频响应的重要参数。
品质因数Q。
、谐振频率f。
及等效容积VAS由喇叭供应商给出,或自己根护喇叭的基本性能参数进行公式计算,在已知品质因数Q。
、谐振频率f。
的前提下计算VAS。
2.箱体容积计算公式:VB = VAS / a箱体顺性比a值可由倒相音箱设计图表查出(91页图3-9),设QL=7。
也可由下面的简表进行估算,如下表:3.确定倒相管截面积。
4.确定导相管长度,可用公式:L=[(c2S]/(4*3.142*fb2*V)] -0.82*S?25.音箱的调整要点:原则是将倒相箱的谐振频率调整到最合适的频率点,使音箱的低频响应平坦。
调整音箱的系统品质因数,使音箱的低音深沉,听起来即不干涩也不混浊;调整分频网络的分频点和相位特性,使音箱各频段的声压均匀,频率响应曲线平坦。
倒相箱由于增加倒相孔的原因,算出箱体容积后,还要考虑倒相管的长宽等因素。
至于倒相管的形状可以做圆形、矩形、狭缝形,由于位置问题也可以做成弯形。
倒相管可使用单管、双管或多管,当然,做之前要算出气孔的截面积和长度。
扬声器的的主要参数字体: 小中大| 打印发布: 2010-9-26 01:19 作者: 网络转载来源: 互联网查看: 735次1.扬声器主要参数综合设计和分析扬声器性能是电学、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。
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 = *(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 =*ρo* a3 (16)其中ρo=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。
用激光自混合干涉测量扬声器的Q值胡险峰【摘要】用激光自混合干涉方法测量扬声器振动,从扬声器振动引起的自混合干涉信号测量扬声器振动速率.由正弦波激振扬声器测量振速的幅频特性曲线,谐波中包含扬声器谐振频率的方波激振扬声器测量振速衰减曲线,分别按谐振法和衰减法测量得到扬声器的品质因数约13.3和10.2.由于方波激励时扬声器有谐波振动成分,由方波激励获得的衰减曲线测量得到的品质因数要小些.激光自混合干涉方法可以不扰动且直接地测量扬声器振动的Q值.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】4页(P18-20,23)【关键词】振动测最;品质因数;激光二极管;自混合干涉【作者】胡险峰【作者单位】四川大学物理科学与技术学院,四川,成都,610064【正文语种】中文【中图分类】TH744.3激光器出射光反射回激光器的谐振腔,会引起激光器出光强度和光频发生变化,反射光的光程变化时,激光器出光强度会发生类似双光束干涉形成的光强变化,这一现象被称为激光自混合干涉.激光自混合干涉包含外部反射面运动的信息,可以用于位移直接测量,微小机械振动的无接触直接测量,以及速度和表面形貌测量,等等,而且所用的光学系统简单,光路调节简便[1-7].不同于反射面振动引起反射光位移来测量振动[8],自混合干涉可以利用干涉条纹数与激光波长的关系,直接标定自混合干涉信号与振动幅度的关系.本文介绍用激光二极管电光特性及自混合干涉微振动测量仪[6],观测扬声器的振动特性,测量扬声器谐振曲线和衰减曲线,用谐振法和衰减法测量扬声器的品质因数. 扬声器振动为膜片振动,用激光自混合方法测量,激光束照射到扬声器纸盆中间的磁隙罩上,用磁隙罩上装饰用反射膜做外腔反射面,测量该反射面的振动.在弱反馈和适度反馈时,与双光束干涉情况一样,一个自混合干涉条纹对应反馈光光程变化半个光波长.正弦振动的速率振幅变化ΔAv与干涉条纹数变化ΔN的关系为ΔAv=πλfeΔN,f e为激励信号的频率,λ为激光波长;测量仪输出信号幅值U sp与速率振幅成正比[6].在扬声器激励信号的频率为扬声器谐振频率时,改变扬声器激励信号的幅度,用示波器测量自混合干涉信号的干涉条纹数变化ΔN,并记录测量仪输出信号幅值变化ΔU sp;用光栅测量得到激光波长约为653 nm.标定出振动速率幅值与输出信号幅值的关系为Av≈5.79 U sp mm/s,其中U sp的单位为V.在磁隙罩下,动圈与纸盆相连,磁隙罩处是外力施加处[7],相对于纸盆边缘(重载荷处)为轻载荷处,将该处的振动看为振子,在正弦波激励下振子振动速率的幅频特性为[9] 式中 F0为激振力的振幅,m为振子的质量,ω0=2πf0,f0为振子的固有振动频率,ωe=2πf e,β为阻尼因数.以正弦波激励扬声器振动,用 PICM IO-16E-1型A/D 卡和LabView软件模拟函数记录仪,手动改变测量仪中信号源的频率,从200~680 Hz测量得到600个实验点,平均间隔约0.5 Hz,谐振峰处振动速率幅值约10.5 mm/s.测量得到DYS57H-32P-019扬声器振动速率幅值与激励信号频率的归一化关系,如图1所示.图中光滑曲线为(1)式拟合曲线,相关因子大于0.993,扬声器固有振动频率f0≈449.7 Hz,速率谐振峰半峰全宽Δf ev≈32.3 Hz.用方波激励扬声器振动,在扬声器谐振频率的1/9,约为49.90 Hz处的速率谐振峰,如图2所示.图中左侧存在11分频对应的谐振峰,右侧则是7分频对应的谐振峰[6],与7分频和11分频对应的谐振峰的侧边部分叠加,9分频处的谐振峰出现宽化.直接从实验数据最大值的0.707处测量得到速率谐振峰半峰全宽Δf ev≈5.9 Hz.以扬声器谐振频率的1/9,约为49.90 Hz的方波激励扬声器振动,用PIC-M IO-16E-1型A/D卡和LabV IEW软件模拟示波器,记录测量仪输出信号得到扬声器振速衰减曲线,如图3所示.图中峰和谷对应的时间和速率,见表1.用函数Av=Av0 e-β′t对表1中峰和谷的数据分别做拟合,得到峰的阻尼因数β≈136 s-1,相关因子大于0.998;谷的阻尼因数β≈141 s-1,相关因子大于0.997,峰和谷的平均阻尼因数β≈139 s-1.在振动损耗较小时,阻尼振动的Q值可以写为[10]由∂Av/∂ωe=0,或对(1)式右边分子和分母同除以ωe,从(1)式得到速率谐振角频率ωrv=ω0,即速率谐振角频率等于固有振动角频率.速率谐振峰高度为 Arv=F0/2βm,令 A2v=A2rv/2,代入(1)式,当β2≪ω20时,速率谐振峰的半峰全宽为Δωe≈2β,代入(2)式,Q值也可以写为将由图1得到的扬声器速率谐振频率f rv=f0≈449.7 Hz,拟合数据得到的速率谐振峰半峰全宽Δf ev≈32.3 Hz,代入(2)式得到Q≈13.9.将由图2得到的谐振频率49.90 Hz和速率谐振峰的半峰全宽Δf ev≈5.9 Hz,代入(2)式得到Q≈8.4.将由图3的衰减曲线得到的平均阻尼因数β≈139 s-1,振动速率最大值为10.4 mm/s时,扬声器的速率谐振频率约449.7 Hz,代入(3)式得到Q≈10.2.品质因数定义为[10]其中W为最大储存能量,ΔW为1个周期损耗的能量.在一定频率下由(4)式可以得到品质因数为复弹性模量的实部与虚部之比,(2)和(3)式是在弱损耗情况下实际测量采用的等式.在谐振频率附近,近似认为损耗与振动频率无关,即(1)式分母中根号里第二项与频率无关,由文献[10]可以得到采用谐振法测量时采用衰减法测量时比较(2)和(5)式,ωr/Δωe≈13.9,采用(2)式得到的Q偏小约0.06%;比较(3)式和(6)式,ωr/2β≈10.2,采用(3)式得到的 Q偏大约0.2%.文献[7]对5.5英寸动圈式泡沫边低音扬声器测量得到ω0=420 s-1,β=97.4 s-1,分别代入(3)和(6)式得到Q≈2.16和Q≈2.04,相差约6%.因此得到大致的误差估计,在Q≥10的情况下,(2)和(3)式引起的方法误差可以接受,在 Q值足够大时通常采用(2)式或(3)式测量振动的Q值. 用谐振法和衰减法测量得到的Q值相差约36%,这与扬声器振动的情况有关.在谐振法测量时,用正弦波激励扬声器振动,扬声器做单一频率的阻尼振动.在衰减法测量时,用方波激励扬声器振动,方波的频率是扬声器谐振频率的9分频,从自混合干涉信号的干涉条纹分布周期与扬声器谐振周期一致可以判断扬声器主要按谐振频率振动[6],与正弦激励扬声器发声相比较,方波激励时可以听到扬声器振动还包含高频成分,因而,造成振动损耗要大些.从扬声器谐振频率的9分频处测量得到的谐振峰的半峰全宽约5.9 Hz,得到该谐振峰处Q的值约8.4,也说明用扬声器谐振频率的9分频方波激励引起的损耗要大些.用扬声器谐振频率的9分频的方波激励扬声器,衰减法测量到的主要是按谐振频率振动时的损耗,因而,得到的Q值比扬声器谐振频率的9分频处用谐振法测量得到的Q值要大些.扬声器振动为膜片振动,用激光自混合方法测量,激光束照射到扬声器纸盆中间的磁隙罩上,测量纸盆上外力施加处的振动,可将该处的振动看为振子.测量中不需对扬声器做改动,对扬声器的振动不产生干扰,也没有声波传感器自身存在幅频响应特性问题,直接测量扬声器振动的Q值.正弦激励下扬声器为单一频率的阻尼振动,振动损耗相对较小.方波激励下扬声器振动包含多种频率成分,振动损耗相对较大.【相关文献】[1]Giuliani G,Bozzi-Pietra S,Donati S.Self-mixing laser diodevibrometer[J].Meas.Sci.Technol.,2003,14:24-32.[2]Servagent N,Bosch T,Lescure M.A laser displacement sensor using the self-mixing effect for modal analysis and defect detection[J].IEEE Trans.Instrum.Meas.,1997,46(4):847-850. [3]芦汉生,古寺博,角正雄.基于频率分析的激光多普勒微小振动测量[J].北京理工大学学报,2002,22(2):231-233.[4]季新昕,刘劲松,王程,等.利用自混合干涉效应的条纹计数法对扬声器振动特性的实验研究[J].应用光学,2007,28(1):97-101.[5]胡险峰.从激光二极管自混合干涉信号重建振动信号[J].中国激光,2009,36(6):1498-1502.[6]胡险峰.激光二极管自混合干涉实验仪和微振动研究[J].物理实验,2009,29(2):4-8.[7]胡险峰.激光二极管自混合干涉和微振动的实验观测[J].大学物理,2006,25(11):44-48.[8]甯青松,马小龙,杨振.激光窃听实验探究[J].物理实验,2009,29(12):38-41.[9]漆安慎,杜婵英.力学[M].北京:高等教育出版社,2005:315.[10]Nowick A S,Berry B S.Anelastic relaxation in crystalline solids[M].New York and London:Academic Press,1972:10-23.。
专业音响师必知的EQ调整小技巧专业音响师必知的EQ调整小技巧均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备,通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷,补偿和修饰各种声源及其它特殊作用,一般调音台上的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节。
下面一起跟店铺来了解下具体情况吧。
分类均衡器分为三类:图示均衡器,参量均衡器和房间均衡器。
图示均衡器亦称图表均衡器,通过面板上推拉键的分布,可直观地反映出所调出的均衡补偿曲线,各个频率的提升均衡器均衡器和衰减情况一目了然,它采用恒定Q值技术,每个频点设有一个推拉电位器,无论提升或衰减某频率,滤波器的频带宽始终不变。
常用的专业图示均衡器则是将20Hz~20kHz的信号分成10段、15段、27段、31段来进行调节。
这样人们根据不同的要求分别选择不同段数的频率均衡器。
一般来说10段均衡器的频率点以倍频程间隔分布,使用在一般场合下,15段均衡器是2/3倍频程均衡器,使用在专业扩声上,31段均衡器是1/3倍频程均衡器,多数有在比较重要的需要精细补偿的场合下,图示均衡器结构简单,直观明了,故在专业音响中应用非常广泛。
参量均衡器亦称参数均衡器,对均衡调节的各种参数都可细致调节的均衡器,多附设在调音台上,但也有独立的参参量均衡器参量均衡器量均衡器,调节的参数内容包括频段、频点、增益和品质因数Q值等,可以美化(包括丑化)和修饰声音,使声音(或音乐)风格更加鲜明突出,丰富多彩达到所需要的艺术效果。
房间均衡器用于调整房间内的频率响应特性曲线的均衡器,由于装饰材料对不同频率的吸收(或反射)量不同以及简正共振的影响造成声染色,所以必须用房间均衡器对由于建声方面的频率缺陷加以客观地补偿调节。
频段分得越细,调节的峰越尖锐,即Q值(品质因数)越高,调节时补偿得越细致,频段分的越粗则调节的峰就比较宽,当声场传输频率特性曲线比较复杂时较难补偿。
1、均衡器的调整方法超低音:20Hz-40Hz,适当时声音强而有力。
ASW箱体结构计算公式1.开口腔计算公式:V A = (2S x Q。
)²x V AS(L)通带纹波系数是带通式音箱的重要设计参数。
选取合适的封闭腔带通Q值Q B,查表得出f L和f H,用f。
/Q。
分别乘以这两个系,求出音箱频响曲线上下降3dB的两个频率点,要求与设计值相符。
带通Q值越高,音箱的灵敏度越高,但通频带越窄;带通Q值取得越低,音箱的灵敏度越低,但通频带越宽。
导相管的调振频率fB = Q B x ( f。
/ Q。
) (HZ)导相管长度L=[(c²S]/(4*3.14²*f b²*V)] -0.82*Sˆ²2.密封腔计算公式:V B = V AS / a顺性比a = (Q B² / Q。
²) – 1则ASW箱体总容积为V = V A + V B单腔倒相式音箱计算公式1.低频扬声器单元的品质因数Q。
、谐振频率f。
及等效容积V AS是决定音箱低频响应的重要参数。
品质因数Q。
、谐振频率f。
及等效容积V AS由喇叭供应商给出,或自己根护喇叭的基本性能参数进行公式计算,在已知品质因数Q。
、谐振频率f。
的前提下计算V AS。
2.箱体容积计算公式:V B = V AS / a箱体顺性比a值可由倒相音箱设计图表查出(91页图3-9),设QL=7。
也可由下面的简表进行估算,如下表:3.确定倒相管截面积。
4.确定导相管长度,可用公式:L=[(c²S]/(4*3.14²*f b²*V)] -0.82*Sˆ²5.音箱的调整要点:原则是将倒相箱的谐振频率调整到最合适的频率点,使音箱的低频响应平坦。
调整音箱的系统品质因数,使音箱的低音深沉,听起来即不干涩也不混浊;调整分频网络的分频点和相位特性,使音箱各频段的声压均匀,频率响应曲线平坦。
教你看懂扬声器的构造图作为音箱最基本的组成部分,扬声器单元(简称单元)对于普通读者来说是既简单又复杂的。
为什么这么说呢?因为单元的工作原理似乎很简单,往复运动的振膜不停的振动,带动空气形成声波,似乎就这么简单。
不过本文也没有让您一下子就能肉眼辨别单元好坏的妙方,只能先为大家揭秘这么个看似简单的单元,内部究竟是个什么样,各部件有何功能等等。
惠威M200MKIII原木豪华版扬声器的爆炸图(分解图):惠威M200MKIII原木豪华版:低音单元爆炸图将单元按照中轴及大致的装配顺序进行分解排列的说明图被行业人士称为爆炸图,上图便是典型的扬声器爆炸图。
锥形扬声器的特点及其内部组成:锥形扬声器是我们最常的扬声器类型,它的结构相对简单、容易生产,而且本身不需要大的空间,这些原因令其价格便宜,可以大量普及。
其次,这类扬声器可以做到性能优良,在中频段可以获得均匀的频率响应,因此能够满足大部分普通消费者的常规听感需求。
最后,这类扬声器已有几十年的发展史,而其工艺、材料也在不断改进,性能与时俱进,这也令这两款扬声器能够获得成为主流的持续的原动力。
惠威M200MKIII原木豪华版:低音单元锥形扬声器的结构可以分为三个部分:1、振动系统包括振膜、音圈、定型支片、防尘罩2、磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等3、辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞等下面我们将为大家逐一介绍锥形扬声器内部的主要部件。
最新扬声器内部解构:惠威M200MKIII原木豪华版:低音单元爆炸图具体到上图,根据序号,他们分别是:1.防磁罩、2&4.磁体、3.导磁下板、5.导磁上板、6.盆架、7.定心支片(弹拨)、8.音圈、9.振膜+折环、10.防尘帽。
振膜:电动式扬声器,当外加音频信号时,音圈推动振膜振动,而振膜则推动空气,产生声波。
常见的锥盆有三种形式:直线式锥盆振膜、指数式锥盆振膜和抛物线式锥盆振膜。
振膜在振动频率较高时,会出现分割振动,在振膜锥形斜面上增加褶皱可以改变分割振动的状态,如果设计得当,可以改善单元的高频特性,还可以增加振膜的强度及阻尼。
扬声器的的主要参数字体: 小中大| 打印发布: 2010-9-26 01:19 作者: 网络转载来源: 互联网查看: 735次1.扬声器主要参数综合设计和分析扬声器性能是电学、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。
扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下:1.1直流电阻Re由音圈决定,可直接用直流电桥测量。
1.2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。
1.3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)1.4 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。
1.5 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)1.6 等效辐射面积Sd只与口径(等效半径a)有关。
Sd =π* a2 (13)1.7 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)1.8 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+2Mmr1.9 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。
1.10 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。
细解扬声器的Q值在扬声器的T hiele-Small参数中,其品质因素Q值作为评价低频性能和低音箱体设计的关键参数,经常被大家提起和引用;但作为一个数学模型的辅助参量,Q 值的概念是非常抽象的,远远不如Fs(谐振频率)、Vas(等效容积)等参数容易得到感性的认识。
下面,本文将通过不同的角度,来分析、阐释Q值的意义,希望能够加深大家对Q值的理解。
基本概念根据T-S参数的定义,Q(qualit y factor)是描述扬声器阻尼系数(dampin g factor)的一组参数。
在T-S参数中,Q值分为Qm s,Qes和Qt s。
Qms为机械系统的阻尼,体现了扬声器支片、边等支撑系统对能量的消耗、吸收和音盆、音圈、防尘帽等质量系统对能量的内在消耗;Qes为电力系统的阻尼,主要体现在音圈直流电阻对电能的消耗;Qts为总阻尼,为上述两者的并联。
即Qts=Qms*Qes/(Qms+Qes)。
扬声器Qts对低频声压特性的影响如图(1)所示,这在很多参考书上都有描述,这儿不再讨论。
图(1)Qts对扬声器低频声压特性的影响阻抗曲线的数学模型考虑到扬声器Q值与阻抗Ze密不可分的关系,在具体分析Q值前,我们简单了解一下扬声器阻抗曲线。
在阻抗型电声类比中,扬声器的等效阻抗为:其中,Re为扬声器的直流阻抗,L为音圈线圈的感抗;Res为振动系统的力学等效阻抗,Res=(BL)²/(Rms+2Rmr),Rms振动系统的力阻,Rmr为扬声器振膜单面的辐射力阻;Cmes为质量抗,Cmes=Mms/(BL)²;Lces为弹性抗,Lces=Cms*(BL)²。
当频率在Fs的时候,动生阻抗达到最大值;同时由于在低频阶段,音圈感抗相当小,基本上可以忽略,所以我们有:Zmax=Re+|Res|参考下面Ml ssa对某款扬声器的测试结果,我们可以对其进行直观地理解。
细解扬声器的Q值
在扬声器的Thiele-Small参数中,其品质因素Q值作为评价低频性能和低音箱体设计的关键参数,经常被大家提起和引用;但作为一个数学模型的辅助参量,Q值的概念是非常抽象的,远远不如Fs(谐振频率)、Vas(等效容积)等参数容易得到感性的认识。
下面,本文将通过不同的角度,来分析、阐释Q值的意义,希望能够加深大家对Q值的理解。
基本概念
根据T-S参数的定义,Q(quality factor)是描述扬声器阻尼系数(damping factor)的一组参数。
在T-S参数中,Q值分为Qms,Qes和Qts。
Qms为机械系统的阻尼,体现了扬声器支片、边等支撑系统对能量的消耗、吸收和音盆、音圈、防尘帽等质量系统对能量的内在消耗;
Qes为电力系统的阻尼,主要体现在音圈直流电阻对电能的消耗;
Qts为总阻尼,为上述两者的并联。
即Qts=Qms*Qes/(Qms+Qes)。
扬声器Qts对低频声压特性的影响如图(1)所示,这在很多参考书上都有描述,这儿不再讨论。
图(1)Qts对扬声器低频声压特性的影响
阻抗曲线的数学模型
考虑到扬声器Q值与阻抗Ze密不可分的关系,在具体分析Q值前,我们简单了解一下扬声器阻抗曲线。
在阻抗型电声类比中,扬声器的等效阻抗为:
其中,Re为扬声器的直流阻抗,L为音圈线圈的感抗;
Res为振动系统的力学等效阻抗,Res=(BL)²/(Rms+2Rmr),Rms振动系统的力阻,Rmr为扬声器振膜单面的辐射力阻;
Cmes为质量抗,Cmes=Mms/(BL)²;
Lces为弹性抗,Lces=Cms*(BL)²。
当频率在Fs的时候,动生阻抗达到最大值;同时由于在低频阶段,音圈感抗相当小,基本上可以忽略,所以我们有:
Zmax=Re+|Res|
参考下面Mlssa对某款扬声器的测试结果,我们可以对其进行直观地理解。
图(2)扬声器的阻抗曲线
Q值与阻抗Ze的关系
根据Qms的定义,有Qms=ωMms/(Rms+2Rmr)。
由ω=2πFs以及
我们不难得到:
同样,对于Qes和Qts有:
对于上述的BL、Cms和Mms,一般的测试软件都可以通过附加已知质量法测得或者通过Fs推算得到,具体的方法及推算过程由于不是本文的内容,这儿就不做介绍。
感性认识Qms
在T-S参数的三项Q值中,大部分人对Qts与Qes非常敏感,而对Qms都不会太过注重。
的确,作为描述低频份量的参数,从图(1)中我们就可以看出Qts 的重要性;更何况在低音箱体设计时,作为判断使用何种箱体以及计算箱体尺寸的重要依据,Qts一直被音箱开发者频繁使用;而对于扬声器单体的开发者,Qts也是经常被客户要求的参数之一。
对于Qes,由于其值比Qms一般都小很多,根据Qms=Qms*Qes/(Qms+Qes),Qes基本上决定了Qts,甚至很多参考书上都直接将Qes当作Qts使用。
所以相对而言,大部分扬声器开发者对Qes和Qts的设计和调整都比较轻车熟路。
而对于Qms,由于使用的频率不高,大部分参考书上也甚少介绍,相当多的人对其本质意义以及控制办法都没有太深的理解。
下面,我们就重点分析一下Qms。
根据前面的分析结果,Qms反映了阻抗曲线上的峰值,即动生阻抗的最大值Res 的大小。
从另一方面说,Res越大,其阻抗峰越尖锐,Qms也就越大。
而对于动生阻抗,顾名思义,其阻抗因动而生。
其产生的根本原因就是音圈在磁场中运动时切割磁力线而产生了感应电动势,而感应电动势对音圈输入电流反向作用的效果,就相当于在音圈中产生了变化的阻抗;感应电动势的大小为:e=BLv;
其中v为音圈的磁场中的运动速度。
显然,v越大,扬声器的感应电动势越强,动生阻抗也就越大;而在振动最快的Fs这一点,动生阻抗也就达到了最大值。
所以间接看来,Qms越高,就表示扬声器振动系统的振动速度越快。
根据扬声器的辐射功率P=v²*2Rmr,我们可以知道Qms越高,扬声器在Fs附近的效率也就越高。
另一方面,v越大,同时意味着扬声器振动系统越容易起动,而一旦振动起来后,却更加难以控制了。
这句话从换个角度理解,就意味着Qms越高,扬声器瞬态的前沿特性就越好,而后沿特性就会比较差;反之,则前沿特性差,而后沿特性比较好。
这点我们可以简单的根据下图理解:
图(4)扬声器的瞬态特性
一些发烧友音质评价术语中,有个词汇叫做“速度快”,从瞬态的角度理解,所谓的“速度快”就是扬声器前沿特性比较好,对信号的反映比较及时,也就是说,Qms比较高。
一般来说,前沿特性的提高必然导致后沿特性的恶化,而后沿特性比较差的扬声器,听起来就会拖尾较长,声音浑浊不清。
按照个人设计经验,由于材料特性的关系,往往Qms都相对比较高;而对个人而言,本人则更倾向于后沿特性好一点的扬声器。
影响Qms和Res的因素
根据我们前面对Qms的计算公式,我们知道与Qms相关共有四个参数:Res,BL、Mms和Cms,其中BL、Cms和Mms的概念比较简单,开发过程中调整起来也相对比较容易,在这儿就不重点讨论了。
对于Res,从前面的介绍中我们已经知道:
Res=(BL)²/(Rms+2Rmr)
在低频段,扬声器振膜做活塞振动,其辐射力阻抗Rmr比较简单,有:
Rmr=ρω²SD²/(2πc)
式中ρ为空气密度,SD为扬声器的有效振动面积,c为空气中的声速。
所以Rmr基本上是仅与振动面积相关的一个参数,在扬声器开发过程中,一旦扬声器的尺寸确定,Rmr基本上就已经确定。
对于Rms,其基本定义为扬声器振动系统的机械力阻。
由于扬声器参与振动的因素较多,各个部分对其作用也各不相同,为了方便理解,我们先来看看扬声器振动系统的结构图。
图(5)扬声器结构
上图中,1为扬声器的折环,2为音盆,3为支片,4为音圈,5为防尘帽。
在上述各个部件中,折环和支片作为支撑系统,对Rms的作用主要体现在自身的内部阻尼消耗能量上,从而抑制振动,所以其材料内部阻尼就特别重要。
限于篇幅,对于材料的内部阻尼我们就不做具体介绍了。
不过对于支片的阻尼,有两点经验,可以给大家分享。
支片的直径越大,相同顺性的情况下,阻尼越高;这点应该比较容易想象,一方面为了保持顺性,直径大的支片必然需要更多的胶水(酚醛树脂)来定型,另一方面,直径大的支片在振动传递过程中,需要更长的距离,其能量消耗自然也就比较大;
部分人的经验,降低支片的顺性可以降低Qms;从前面的分析来看,显然是不对的。
但降低支片的顺性,必然需要更多的胶水定型,其内部阻尼也就更大;所以在某些情况下,内部阻尼的作用大于由顺性带来的影响时,Qms确实是会降低的。
音盆和防尘帽对Rms的作用则有下面几个方面:
利用了空气形成的阻力抑制振动;相对来说,比弹性率E/ρ(弹性模量/密度)大的材料,即刚性好,密度低的材料,对Rms的贡献就比较大;
音盆内部阻尼在传递音圈引发的振动过程中产生的能量消耗;这一点对中高频来说,是影响分割振动的一个重要因素,而对于低频,这种作用则与折环和支片类似;
利用表面阻尼在与空气摩擦产生的损耗。
我们经常看到在一些低音扬声器纸盆的表面涂一层阻尼胶,很大一部分的作用就在于此。
从以上分析可以看出,扬声器品质因素Q作为描述振动系统所受阻尼的参数,与扬声器大部分部件的材料、性能以及结构都相关;实际上,扬声器的很多参数都是互相影响甚至互相矛盾的,扬声器的开发过程就是一个平衡其中各项矛
盾的系统工程。
本文通过对Q值的详细分析,希望能够加深大家对各项相关因素的理解,从而在开发过程中能够更轻松的做出相应调整,找到一个符合自己意愿的平衡点。
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