音箱研讨_三_扬声器低频参数的测试和计算

扬声器与传声器

Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ

文章编号：１００２－８６８４（２００７）０１－００１９－０３

ａｎｄＭｉｃｒｏｐｈｏｎ

音箱研讨（三）

———扬声器低频参数的测试和计算

王以真１，沈伟星

２

技术分析・・

（１．天津声学学会，天津３００２００；２．杭州音响公司，浙江杭州３１０００６）

【摘

要】讨论了扬声器低频参数如：谐振频率ｆｓ，品质因数ＱＴＳ，机械品质因数ＱＭＳ，电品质因数ＱＥＳ，等效容积ＶＡＳ的

测量和计算问题。

【关键词】扬声器；低频参数；测量；计算【中图分类号】ＴＮ６４

【文献标识码】Ｂ

ＳｔｕｄｙａｎｄＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＬｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ（Ⅲ）

———ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＬｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＬｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ

ＷＡＮＧＹｉ－ｚｈｅｎ１，ＳＨＥＮＷｅｉ－ｘｉｎｇ２

（１．ＴｉａｎｊｉｎＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００２００，Ｃｈｉｎａ；２．ＨａｎｇｚｈｏｕＡｕｄｉｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１０００６，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｆｓ，ｔｏｔａｌｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒＱＴＳ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒＱＭＳ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒＱＥＳａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｖｏｌｕｍｅＶＡＳｏｆｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｄｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ；ｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

从一文［１］，知“扬声器阻抗曲线和低频特性的分析”道扬声器的低频参数（习惯称之为Ｔｈｉｅｌｅ－Ｓｍａｌｌ参数或Ｓｍａｌｌ参数、低频小信号参数）集中在阻抗曲线的谐振频率附近。这些低频参数反映了扬声器的低频性能。其主要参数是ｆｓ，ＱＴＳ，ＱＭＳ，ＱＥＳ和ＶＡＳ等。除此之外，还有不少与它们相关的其他参数。下面将分别介绍这些参数是如何测试和计算的。从音箱设计的要求出发，扬声器测试的误差应该控制在一定范围以内。误差过大会降低音箱设计的准确性。

天津做过一次，简直是一场灾难）。这样小批测试预负荷不仅没有必要，还会产生误导。

测试仪器在使用以前需要接通电源，预热半小时左右，待它稳定后，再进行测试。

２

主要参数及计算时必需的其他参数

主要参数以及计算时必需的其他参数如下：

ａ为扬声器的有效半径；ＲＥ为扬声器的直流电阻；ＭＭＳ为扬声器的等效质量；ｆｓ为扬声器的谐振频率；Ｚｍａｘ为扬声器的最大阻抗；ＲＥＳ为扬声器的等效电阻；

ｆ１和ｆ２为动生阻抗ＺＶＣ＝ＺＶＣ（ｊω１）＝ＺＶＣ（ｊω２）＝ｒ１ＲＥ

时，在阻抗曲线上的频率；

１测试前的准备（预负荷）

扬声器振膜在运动后，性能参数可能会发生一定

程度的变化，在测试之前要将扬声器进行预负荷处理。用模拟节目信号（ＧＢ６２７８—８８）在额定噪声功率下工作恢复１小时。也有人采用简单方法，用１小时，静放、

２５Ｈｚ信号代替模拟节目信号。其目的是稳定扬声器参数。但是对于批量生产的扬声器进行预负荷处理，还存在一定的困难（设备、场地及环境噪声）。因此国标笔者认为还是将此ＧＢ９３９６—１９９６也只是建议预负荷。

取消，如果在小批测试时预负荷，是有可能做到“建议”

的。而大批生产中预负荷几乎是不可能的（在１９９５年

ＱＴＳ为扬声器的总Ｑ值，品质因数；ＱＭＳ为扬声器的机械Ｑ值；ＱＥＳ为扬声器的电Ｑ值；ＶＡＳ为扬声器的等效容积。

电声技术２００７年第３１卷第１期

ｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ

３

扬声器与传声器

ａｎｄＭｉｃｒｏｐｈｏｎｅ

音箱的力劲Ｓｃ（单位：Ｎ／ｍ）

主要参数的测试和计算

（１）有效半径的测量：用卡尺（最小刻度１ｍｍ）测

量扬声器的振膜锥体之间的距离（折环与锥体相交处），再加上折环宽度的１／２（也有人认为采用折环宽度测量时一的１／３较好），为有效直径ｄ，有效半径ａ＝ｄ／２。定要量在直径上，不要量在弦上。

（２）用电桥测量扬声器的直流电阻ＲＥ，精度０．０１Ω。不要用万用表（包括数字万用表）测量ＲＥ。

先测（３）在测试谐振频率后测试并计算等效质量。试谐振频率，再在扬声器的振膜和防尘罩上，加一定质粘土），使扬声器的谐振量ＭＡ的橡皮泥（或不干胶泥、

频率改变为ｆＡＳ（加载谐振频率），就可以用下式计算出等效质量ＭＭＳ

ＳＤ１０×１０×ａ＝１．４２×Ｓｃ＝１＝１．４２×

ｃｃＡＢ再求ＭＭＤ（单位：ｇ）

２

２

３

６４

５２

（４）

ＭＭＤ＝

Ｍｒａ（７３ｆｏｃ－３９．４８ｆｓ）×１０Ｓｃ×

３９．４８ｆｏｃ－３９．４８ｆｓ

２

２

（５）

扬声器口径与空气辐射质量对照见表２，表中扬声器口径数据为经验值。

表２

口径

扬声器口径与空气辐射质量对照表

ＭＭＲ／ｇ０．１００．１８０．４６０．８０１．２０

口径

ＭＭＲ／ｇ１．９０３．５０７．００１５．３０２７．００

Φ７７ｍｍ（３ｉｎ）Φ１０３ｍｍ（４ｉｎ）Φ１３１ｍｍ（５ｉｎ）Φ１６０ｍｍ（６ｉｎ）

Φ２００ｍｍ（８ｉｎ）Φ２６０ｍｍ（１０ｉｎ）Φ３１０ｍｍ（１２ｉｎ）Φ３８５ｍｍ（１５ｉｎ）Φ４５０ｍｍ（１８ｉｎ）

ＭＭＳ＝ＭＡｆｓ／（ｆｓ－ｆＡＳ）此外，ＭＭＳ也可用下式求得

２２２

（１）

Φ１６６ｍｍ（６．５ｉｎ）

下面介绍扬声器的谐振频率、阻抗等参数测试方

（２）

法。对扬声器的测试过程是在自由空间中进行的。扬声器四周无反射面的距离应该大于１ｍ。防止反射对测试准确性的影响。如果扬声器有减压孔，不能将减压孔堵死，造成测试误差。

（４）谐振频率ｆｓ的测试［２］

图１是扬声器的阻抗曲线。图２是恒压法测试谐振频率的装置。从最低频率开始，给扬声器加以小信号，电压表上的电压随频率变化而变化，当频率变化到电压表读数最小值时，音频信号发生器的频率就是扬声器的谐振频率ｆｓ。当然谐振频率也可以用恒流法测试。

ＲＥＳ＋ＲＥＺｖｃ／!

ＭＭＳ＝ＭＭＤ＋ＭＭＲ

射的声质量。

其中：ＭＭＤ为振膜音圈的力质量；ＭＭＲ为扬声器负载辐

附加质量ＭＡ接近ＭＭＤ时或者要使得ｆＡＳ比ｆｓ有３０％的改变，测试才准确。如果ｆＡＳ变化太小，有一定的测试误差。如果扬声器的ｆｓ太低，ｆＡＳ可能低于２０Ｈｚ，可以改用闭箱法测试。

闭箱法测试：将扬声器装入事先制作好的标准测试箱内，在扬声器与箱体之间垫一层橡胶或ＥＶＡ一类的材料，防止漏气。再用压板压紧扬声器，测试装入箱体内的扬声器的谐振频率ｆＯＣ。应该比未安装时的扬声器ｆｓ提高５０％以上，否则结果不准确。可以改用小箱子，再进行测试。标准测试箱的容积Ｖｃ见表１。

表１

扬声器直径／ｍｍ

ＲＥＯ

标准测试箱的容积

测试箱容积／Ｌ

图１

ｆ／Ｈｚ

扬声器的阻抗曲线

有效值电压表

１００～１４０１６０～１８５２００２６０３１０３８５４６５

３．５１４．０２８．０４１．５５６．６７０．８８３．０

音频信号发生器

功率放大器

Ｒ

被测扬声器

图２测试谐振频率的装置

由此基本测试方法，衍生出一系列专用测试仪器及计算机辅助测量软件。如国内外生产的多种专用扬声

（３）

器谐振频率测试仪，ＬＭＳ，ＤＡＡＳ，ＣＬＩＯ，ＭＬＳＳＡ，ＥＴＡＮＩ，

这样就可以计算出音箱的顺性ＣＡＢ（单位：ｍ／Ｎ）

ＣＡＢ＝Ｖｃ／（１．４２×１０×ａ）＝Ｖｃ／（１．４２×１０×ＳＤ）其中，ＳＤ为扬声器有效辐射面积。

６４５２

ＡＵＤＩＯＰＲＥＣＩＳＩＯＮ等。只要经过校准，其测试结果亦可采用。

电声技术年第卷第期

扬声器与传声器

Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ

）ｍａｘ）（５）测量最大阻抗Ｚｍａｘ（ＺＶＣ（ｊω

用图３代替图２。测试装置增加了一只转换开关和十进电阻箱Ｒｋ。

Ｋ

ＲＳ

音频信号发生器

功率放大器

ａｎｄＭｉｃｒｏｐｈｏｎ

（１１）

ＱＥＳ＝ＱＭＳ／（ｒ０－１）求得

（１２）若已知Ｂｌ，ＭＭＳ等，ＱＴＳ，ＱＭＳ，ＱＥＳ还可用下式

－１

ＱＴＳ＝２" ｆｓＭＭＳ／（Ｂｌ／ＲＥ）＋ＲＭＳ

２２

"

２２

#

（１２）（１３）（１４）

Ｒｋ

ＱＭＳ＝２" ｆｓＭＭＳＲＥＳ／（Ｂｌ）＝２" ｆｓＭＭＳ／ＲＭＳＱＥＳ＝２" ｆｓＭＭＳＲＥ／（Ｂｌ）

（１３）利用ＱＴＳ与ＱＥＳ，ＱＭＳ的关系求ＱＴＳ

２２

有效值电压表

图３测试交流阻抗的装置

在测试扬声器谐振频率时，记住电压表的读数，将开关转到电阻箱，调节电阻箱，使电压表针回到原来的读数上。这时电阻箱上的电阻值和就是扬声器的最大）ｍａｘ）。阻抗Ｚｍａｘ（ＺＶＣ（ｊω

（６）计算ＲＥＳ，ｒ０，ｒ１等

测试好Ｚｍａｘ和ＲＥ后可以求出ＲＥＳ

ＱＴＳ＝ＱＥＳ×ＱＭＳ／（ＱＥＳ＋ＱＭＳ）（１４）求等效容积ＶＡＳ（单位：ｍ３）

４

４

（１５）

１０×ａＶＡＳ＝" ０ｃＣＡＳ＝１．４０４×１０×ＳＤ×ＣＭＳ＝３５１×２

ｆｓ

２

５

２

（１６）

其中：" ０＝１．１８ｋｇ／ｍ３，为空气密度；ｃ＝３４５ｍ／ｓ，为声速；

ＣＡＳ为声顺。或者

（６）（７）（８）

ＲＥＳ＝Ｚｍａｘ－ＲＥｒ０＝Ｚｍａｘ／ＲＥｒ１＝ｒ０

０．５

ＶＡＳ＝３５１ａ２

ｆｓＭＭＳ

４

（单位：Ｌ）（１７）

等效容积也可以用其他方法测试，有闭箱法、开口箱法、闭箱／开口箱法。这里介绍国标ＧＢ／Ｔ９３９６—１９９６规定的方法，即闭箱／开口箱法：①先准备一只已知容积为ＶＢ的测试箱，它有一个可封闭的开口，箱内不加吸声材料。②将扬声器装在箱子上，中间加垫圈防止声漏。堵住开口成闭箱，测出它们输入阻抗相位为零时的谐振频率ｆＯ。③打开开口上的塞子，变成开口箱，测试阻抗曲线的两个峰的（见图４）频率（相位为零）ｆＬ和ｆＨ，计算谐振频率ｆＢ。求出［４］

Ｏ

（７）测试ｆ１和ｆ２

先计算出动生阻抗ＺＶＣ＝ＺＶＣ（ｊω１）＝ＺＶＣ（ｊω２）＝将电阻箱调到阻值等于ｒ１ＲＥ。开关转到电阻箱，记ｒ１ＲＥ。

下电压表的读数。再将开关转到扬声器，改变音频信号发生器的频率，使电压表的指针回到原先的读数，这时候可以找到２个频率，小于ｆｓ为ｆ１，大于ｆｓ为ｆ２。

（８）求ｆ１和ｆ２

先设定ｒ０＝Ｚｍａｘ／ＲＥ，ｒ１＝ｒ０，则ＺＶＣ＝ＺＶＣ（ｊω１）＝

０．５

伏表１的电压值）。

改变音频振荡器的频率，在毫伏表１找到电压值为ＵＶＣ＝０．０５ｒ１ＲＥ时，阻抗曲线上的频率，小于ｆｓ的是ｆ１，大于ｆｓ是ｆ２，见图１。同时得到ｆ２－ｆ１。

同时验证ｆｓ＝! １２，它与直接测试出来的ｆｓ是否相等，如果相差不到１Ｈｚ，则应该说测试（计算）是正确的。

（９）求扬声器的总Ｑ值

－１

－１／２

阻抗／!

ＺＶＣ（ｊω２）＝ｒ１ＲＥ。在ＺＶＣ＝ｒ１ＲＥ的电压ＵＶＣ＝０．０５ｒ１ＲＥ（毫

ｆＬ

图４

ｆＭｆＨ

ｆ／Ｈｚ

开口箱的阻抗曲线

ｆＢ＝（ｆＬ＋ｆＨ－ｆｏ）

Ｏ

２２０．５

（１８）

④计算扬声器装在无限大障板上自由空间中的谐振频率ｆＲ

Ｏ

ＱＴＳ＝（ｆ２－ｆ１）（ｆ１ｆ２／ｒ０）

（９）

ｆＲ＝ｆＬｆＨ／ｆＢ

Ｏ

Ｏ

（１９）

（１０）求扬声器的机械Ｑ值［３］

⑤计算扬声器的等效容积ＶＡＳ

（１０）

ＱＭＳ＝! ０×ｆｓ／（ｆ２－ｆ１）＝! １２０／（ｆ２－ｆ１）（１１）求扬声器的电Ｑ值

ＶＡＳ＝ＶＢ［（ｆＯ／ｆＲ）－１］

Ｏ

２

（２０）

（未完待续）

［责任编辑］闫雯雯［收稿日期］２００６－１２－０１

电声技术２００７年第３１卷第１期