详解扬声器中品质因数Q值

ｎ扬声嚣与传声嚣　⑨凹　＠圊　＠ｏ，圊响　呦６＠ｏ，⑨　响⑨响＠　

文章编号：１００２－８６８４（２００６）０８－００２６－０３　详解扬声器中品质因数ａ值　

叶希鹏　（国光电器股份有限公司，广东深圳５１８０３５）　

论文·　

【摘　要１从理论计算入手，详细分析了扬声器机械品质因数、电品质因数及总品质因数的本质意义，特别是对于　不经常使用的机械品质因数及其相关的影响因数，更是从各个方面进行了分析。　【关键词】扬声器；Ｔ—Ｓ参数；品质因数；阻尼；阻抗　【中图分类号】ＴＮ９１１．７２　【文献标识码】Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ　ＹＥ　Ｘｉ－ｐｅｎｇ　（Ｇｕｏｇｕａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５　１　８０３５，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈｎｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｏｍｍｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ；Ｔｈｉｅｌｅ－Ｓｍａｌｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ；ｄａｍｐｉｎｇ；ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　

在扬声器的Ｔｈｉｅｌｅ－Ｓｍａｌｌ参数中，品质因数Ｑ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　值的概念非常抽象，远不如　（谐振频率），　（等效容　积）等参数容易认识。笔者将通过不同的角度来分析和　阐释Ｑ值的意义，希望能加深大家对Ｑ值的理解。　

１　基本概念　根据Ｔ—Ｓ参数的定义，品质因数（ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）Ｑ　表示的是在谐振频率（　）处，扬声器振动系统（悬挂系　统）对振动的控制情况；从另一个角度来说，它直接反　映了扬声器振动系统的阻尼状态。在Ｔ—Ｓ参数中，Ｑ又　分为Ｑ　。Ｑ　和Ｑ　。　Ｑ肺为机械Ｑ值，反映的是机械系统的阻尼，主要　体现在扬声器支片、折环等支撑系统对能量的消耗、吸　收以及音盆、音圈、防尘帽等质量系统对能量的内在消　耗；Ｑ　为电Ｑ值，反映的是电气系统的阻尼；主要体现　在音圈直流电阻对电能的消耗；　为总Ｑ值，为Ｑ肺和　Ｑ　的并联，即Ｑ　＝Ｑ　Ｑ　（Ｑ　＋Ｑ　）【】１。　扬声器Ｑ　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，这里不作讨论。　国垒查篓　Ｑ　鱼：　璺　图１　Ｑ　对扬声器低频声　压特性的影响　２　阻抗曲线的数学　模型　考虑到扬声器Ｑ值与阻抗　密不可分的关系，在　具体分析Ｑ值前，先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　Ｌ＝Ｒ　＋ｊ　＋（１／Ｒ　＋ｊ　Ｃ　＋ｌ／ｊｗＬ。　）　（１）　其中，Ｒ。为扬声器的直流阻抗，　为音圈线圈的感　抗；Ｒ　为振动系统的力学等效阻抗，Ｒ　＝（ＢＬ）２／（Ｒ　＋　），Ｒ　为振动系统的力阻，Ｒ　为扬声器振膜单面的　辐射力阻，Ｂ　为磁场间隙的磁感应强度与音圈在磁场　中的有效线长乘积（单位：Ｔ·ｍ）；　为质量抗，Ｃ　＝　瑾／（ＢＬ）　，　为扬声器的等效振动质量（单位：ｇ）；　为弹性抗，　＝　×（ＢＬ）　，　为支撑系统的顺性（单　位：Ｉ￣ｍ／Ｎ）。　当频率为　时，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，基本上可忽略，因此有嘲　Ｚ　＝Ｒ　＋ＩＲ　Ｉ　（２）　图２为Ｍｌｓｓａ对某款扬声器的测试结果，可以对　其进行直观的理解。　

３　Ｑ值与阻抗　的关系　根据Ｑ　＝　瑾／（Ｒ　＋２Ｒ　），由ｔｏ＝２，ａ＇Ｆ，以及Ｆ　＝　１　１ｙ／　。　

同样，对于Ｑ　和Ｑ　有　

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｒ　懈，　＝击ＢＬ＼／每　㈤　（　）　Ｖ　乙ｍｓ　Ｑｔｓ＝Ｑ　（Ｑｅｓ＋Ｑ　）＝　ＲｘＲｏ　（４）　

（　…　…一，　

对于上述的ＢＬ，Ｃ　和‰，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　推算得到，具　体的方法及推算过程这里不作介绍。　为了验证上述公式的准确性，笔者特地选了几款　低音和全频扬声器，统一单位以后，其计算结果见表１。　表１　几款扬声器的测试参数和计算参数的比较　

２．５５　７２０　１．４０　７．７６　１４．７７　３．１６７　１．６６４　１．０９１　３．１５　１．６６　１０９　

４．２６　４２５　５．３５　３．６８　３４．８９　６．８２１　０．７１９　０．６５１　６．８３　０．７２　０６５　

４．１９　１　０７６　７．６９　５．７９　５０．１０　５．５５６　０．６４２　０．５７６　５．６５　０．６５　０５９　

４．９５　４９０　１３．４８　３．５６　２５．１０　５．３７３　０．７６２　０．６６７　５．３８　０．７６　０．６７　７．５０　１　０７３　１２．４４　６．８７　５２．９３　３．２０４　０．４１６　０．３６８　３．２０　０．４２　０３７　

１３．Ｏ３　３２１　９３．９３　３．６３　１２５．５６　１２．６５１　０．３６６　０．３５５　１２．６５　０．３７　０．３６　１９．２Ｏ　３１３　９７．８２　７．４７　５７．４８　２．７５６　０．３５８　０．３１７　２．７７　０３６　０．３２　

由于Ｍｌｓｓａ的Ｑ值、Ｒ　和Ｒ　是通过阻抗曲线计算　得到的，而肚，Ｃ　，‰则是通过附加质量法［３１得到，两　者之间多少会有些误差；对比测得的结果，其公式计算　结果显然是令人满意的。　根据上述公式，可清楚地看到影响扬声器Ｑ值的　几个因素：脱，Ｃ　，　，　和Ｒ　，而其中ＢＬ则是最容易　改变也是影响最大的，在实际开发中改变Ｂ　值也是　调整Ｑ值最常用的办法。　在一般定义的设计目标时，　一般都是已经预先　设定的，所以对于Ｑ　的控制也相对比较简单，这里就　不作重点讨论。下面笔者将重点讨论相对复杂的Ｒ　及　其对Ｑ　的影响。　

４　Ｑ。　在Ｔ—Ｓ参数的３项Ｑ值中，大部分人对　与　

⑨凹固岛　＠囿　＠　圃响　ｌ６＠　⑥　响⑨响　扬声器与传声器　非常敏感，而对　不会太过注重。的确，作为描述低　频分量的参数，从图１中就可以看出Ｑ　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，ｑ　一直被音箱开发者频繁　使用；而对于扬声器单体的开发者，Ｑ　也是经常被客　户要求的参数之一。由于Ｑ　值比Ｑ　一般都小很多，　根据Ｑ　：Ｑ　ＱＪ（Ｑ　＋Ｑ　），Ｑ　基本上决定了Ｑ　，很多参　考书上都直接将　当作Ｑ　使用。所以相对而言，大部　分扬声器开发者对Ｑ　和Ｑ　的设计和调整都比较熟　悉。而对于Ｑ　，由于使用的频率不高，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，笔者将重点分析Ｑ　根据前面的分析结果，Ｑ　反映了阻抗曲线上的峰　值，即动生阻抗的最大值　的大小。从另一方面说，　Ｒ　越大，其阻抗峰越尖锐，Ｑ　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：苦圈输入电流　反向作用的效果，就相当于在音圈中产　生了变化的阻　抗；感应电动势为ｅ＝ＢＬｖ，其中　为音圈的磁场中的运　动速度。　越大，扬声器的感应电动势越强，动生阻抗　越大；而在振动最快的　这一点，动生阻抗达到了最　大值。所以间接看来，Ｑ　越高表示扬声：器振动系统的　振动速度越快。　根据扬声器的辐射功率Ｐ＝ｖ　ｘ２Ｒ　，可知Ｑ　越高，　扬声器在　附近的效率也越高。　另一方面，　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，却更难控制。这意味着　Ｑ　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。　这一点可简单地根据图３理解。　

在一些发烧友的音质评价术语中，有个词语叫做　“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，即Ｑ　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，听起来拖尾较　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 扬声嚣与传声嚣　⑨凹圈　＠囿　＠０，囿响圈彻６＠０，⑨　晌⑨响＠　

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　Ｑ　都相对比较高；而对个人而言，笔者则更倾向于后　沿特性好的扬声器。　

５　影响Ｑ　和Ｒ　的因素　根据前面Ｑ　的计算公式可知，共有４个参数与　Ｑ　相关，即　，肚，　和ｃ腽，其中肚，ｃ腽和　的概　念比较简单，开发过程中调整起来也相对比较容易。　已知Ｒ　＝（肚）２／（　＋２Ｒ　），在低频段，扬声器振膜　做活塞振动，其辐射力阻抗Ｒ．Ⅲ比较简单，有　Ｄ２／（２￣ｒｃ）　（５）　式中Ｐ为空气密度，Ｓ。为扬声器的有效振动面积，ｃ为　空气中的声速。所以　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，　就基本确定。　对于　，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，先来看看扬声器振动系　统的结构图（见图４）。　

在图４的各个部件中，折环和支片是支撑系统，对　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就不作具体介绍了。对于支片　的阻尼，有两点经验和大家分享。　（１）支片的直径越大，相同顺性的情况下，阻尼越　高；这点应该比较容易理解，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。　（２）部分人的经验，降低支片的顺性可降低Ｑ　；从　前面的分析来看，这显然是不对的。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，Ｑ　确实会降低。　音盆和防尘帽对　的作用则有以下几个方面：　

Ｉ２８ｌ·鼻拽·２００６．０６　

（１）利用空气形成的阻力抑制振动。相对来说，比　弹性率聊（弹性模量／密度）大的材料，即刚性好、密度　低的材料，对　的贡献就比较大。　（２）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。　（３）利用表面阻尼与空气摩擦产生的损耗。经常看　到在一些低音扬声器纸盆的表面涂一层阻尼胶，作用　就在于此。　对于音圈，对　的贡献主要在于骨架。作为振动　传递的第一站，音圈骨架的内部阻尼对整体　的影　响相当大，特别是小型扬声器。对此可比较一下一款　５．０８　ｃｍ（２英寸）的全频带扬声器分别使用不同的骨架　材料得到的数据，如表２所示。　表２　Ｋａｐｔｏｎ和黄铝片骨架参数的比较