揚(yáng)聲器的參數(shù)是指采用專用的揚(yáng)聲器測試系統(tǒng)所測試出來的揚(yáng)聲器具體的各種性能參數(shù)值。 其常用的參數(shù)主要包括:Z,F(xiàn)0,η0,SPL,Qts,Qms,Qes,Vas,Mms,Cms,Sd,BL,Xmax,Gap gauss。以下分別是這幾種參數(shù)其物理意義:
一、參數(shù)的物理意義
1、 Z:是指揚(yáng)聲器的電阻值,包括有:額定阻抗和直流阻抗.(單位:歐姆/ohm),通常指額定阻抗;
揚(yáng)聲器的額定阻抗Z:即為阻抗曲線第一個極大值后面的最小阻抗模值,即下圖中點(diǎn)B所對應(yīng)的阻抗值.它是計(jì)算揚(yáng)聲器電功率的基準(zhǔn)。
額定阻抗
直流阻抗DCR:是指在音圈線圈靜止的情況下,通以直流信號,而測試出的阻抗值,我們通常所說的4歐或者8歐是指額定阻抗。
2、 Fo(最低共振頻率)是指揚(yáng)聲器阻抗曲線第一個極大值對應(yīng)的頻率.單位:赫茲(Hz).
揚(yáng)聲器的阻抗曲線圖是揚(yáng)聲器在正常工作條件下,用恒流法或恒壓法測得的揚(yáng)聲器阻抗模值隨頻率變化的曲線。
3、 η0(揚(yáng)聲器的效率)是指揚(yáng)聲器輸出聲功率與輸入電功率的比率.
4、 SPL(聲壓級)是指喇叭在通以額定阻抗1W的電功率的電壓時,在參考軸上與喇叭相距1m的點(diǎn)上產(chǎn)生的聲壓,單位:分貝(dB)
5、 Qts :揚(yáng)聲器的總品質(zhì)因數(shù)值.
6、 Qms:揚(yáng)聲器的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)值
7 、Qes:揚(yáng)聲器的電品質(zhì)因數(shù)值.
8、 Vas(喇叭的有效容積):是指密閉在剛性容器中空氣的聲順與揚(yáng)聲器單元的聲順相等時的容積.單位:升(L);
9、 Mms(振動質(zhì)量):是指揚(yáng)聲器在運(yùn)動過程中參與振動各部件的質(zhì)量總和,包括鼓紙部分,音圈,彈波以及參與振動的空氣質(zhì)量等.單位:克(gram).
10、 Cms(力順):是指揚(yáng)聲器振動系統(tǒng)的支撐部件的柔順度.其值越大,揚(yáng)聲器的整個振動系統(tǒng)越軟.單位:毫米/牛頓(mm/N).
二、揚(yáng)聲器的非線性失真
揚(yáng)聲器在重放音時會出現(xiàn)許多附加信號成分,從而形成非線性失真。其主要有以下幾種。
1、諧波失真
磁隙中磁場不均勻、振動系統(tǒng)邊緣折環(huán)和定心支片順性在大振幅情況下會引起諧波失真。這種失真總是出現(xiàn)在低頻段,頻率越低,紙盆振幅越大,諧波失真越明顯。
2、調(diào)制失真
揚(yáng)聲器音圈同時輸入低頻和高頻信號,例如低頻100~200HZ,高頻6~7KHZ,紙盆則同時振動,并出現(xiàn)高頻聲振動調(diào)制低頻的現(xiàn)象,這樣必然會產(chǎn)生調(diào)制失真,使音色變壞,發(fā)硬。
3、瞬態(tài)失真
揚(yáng)聲器音圈通以電流,帶動錐盆等產(chǎn)生振動而發(fā)音,這時必然會產(chǎn)生一定的慣性作用。慣性系統(tǒng)要達(dá)到穩(wěn)定,需要一定時間,如果這種建立時間太久,各種變化極快的信號接踵而來,紙盆的振動跟不上信號的變化,而產(chǎn)生放音失真,尤以脈沖形聲音最為明顯。
4、分諧波失真
分諧波失真是紙盆揚(yáng)聲器的一種固有失真。在輸入信號的正半周,紙盆向上彎曲運(yùn)動,在信號的負(fù)半周,由于慣性作用,紙盆被拉直略往下彎曲,只待下一個輸入信號的正半周到來時才會往下運(yùn)動。所以紙盆的運(yùn)動只有信號頻率的一半,造成分諧波失真。這種失真對直線形紙盆較為明顯,而指數(shù)形紙盆幾乎不會產(chǎn)生分諧波失真。
三、揚(yáng)聲器最大線性位移體積
最大線性位移Xmax是指揚(yáng)聲器單元工作時錐盆單向位移的限度,單位是MM。當(dāng)揚(yáng)聲器錐盆的單向振幅超過這個限度時,切割磁場的音圈匝數(shù)減小,導(dǎo)致音圈的驅(qū)動力下降,揚(yáng)聲器的輸出聲壓進(jìn)入非線性狀態(tài),失真明顯增大。
揚(yáng)聲器單元的最大線性位移Xmax與揚(yáng)聲器單元的有效振動面積Sd的成績就是我們通常所說的最大線性位移體積Vd它決定了揚(yáng)聲器輻射聲音時能夠推動的最大空氣體積。
揚(yáng)聲器的最大線性位移體積在很大程度上決定了該揚(yáng)聲器單元在最低頻端上午最大輸出聲壓級.揚(yáng)聲器的最大線性位移體積值越大,則揚(yáng)聲器單元在較低頻率時能夠輻射的聲壓越高.口徑較大的揚(yáng)聲器不僅有效振動面積較大,而且它的最大線性位移也較大.因此這種揚(yáng)聲器具有較高的低頻輸出聲壓級優(yōu)勢。
揚(yáng)聲器單元的等效容積是指將某一揚(yáng)聲器單元放入具有一定內(nèi)容積的箱體后,倘若該箱體中空氣的聲順恰好與所用揚(yáng)聲器單元的聲順相等,那么箱體的內(nèi)容積就是該揚(yáng)聲器單元的等效容積,揚(yáng)聲器的等效容積簡稱Veq。
揚(yáng)聲器單元的等效容積Veq與揚(yáng)聲器的品質(zhì)因數(shù)Q諧振頻率F一起決定了揚(yáng)聲器的低頻特性。因此,也是設(shè)計(jì)音箱的重要參數(shù)之一。
四、揚(yáng)聲器功率特性
揚(yáng)聲器上所標(biāo)識的功率參數(shù)值是產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一。由于國內(nèi)外揚(yáng)聲器功率質(zhì)量指標(biāo)定義的不一致,造成了同一產(chǎn)品規(guī)格上的混亂。為了消除這種混亂,1985年我國頒布了新部標(biāo),與1988年又通過GB9396-9400新國標(biāo),1996年改版為GB9396-9397-1996新國標(biāo)。
在新部標(biāo)和新國標(biāo)中,結(jié)合國際電工委員會頒發(fā)的《電聲器件-揚(yáng)聲器》和《對高保真設(shè)備中揚(yáng)聲器的最低要求》,揚(yáng)聲器質(zhì)量指標(biāo)-----功率定義為特性功率、最大噪聲功率(額定噪聲功率)、最大正弦功率、長期功率、(額定長期功率)和短期功率等。
1、標(biāo)稱功率
標(biāo)稱功率是用連續(xù)、正弦波有效值功率測定其失真值的,以揚(yáng)聲器失真指標(biāo)來確定,例如一個揚(yáng)聲器標(biāo)志失真低于3%,則定為5W時失真為3%,那么這個這個揚(yáng)聲器的標(biāo)稱功率就是5W。
2、特性功率
特性功率是指,在100~8000HZ頻率范圍內(nèi),測量儀輸入粉紅噪音信號至揚(yáng)聲器系統(tǒng),距離音源1M處產(chǎn)生一個94dB的特性聲壓級,其值決定于揚(yáng)聲器的靈敏度。
3、最大噪聲功率(額定噪聲功率)
揚(yáng)聲器系統(tǒng)在一定的額定頻率范圍內(nèi),規(guī)定用專門測試噪音信號加至揚(yáng)聲器100H進(jìn)行試驗(yàn)(該噪音信號的頻譜分布較為接近實(shí)際的節(jié)目信號),結(jié)果并沒有過熱和機(jī)械損傷,達(dá)到長期安全地工作,這樣測試而得的功率稱為額定噪聲功率。這一功率與失真無關(guān),所以往往比標(biāo)稱功率大2~4倍。國外的揚(yáng)聲器一般都標(biāo)識這一功率,國產(chǎn)揚(yáng)聲器也逐漸使用這一功率含義定值。
4、最大正弦功率
揚(yáng)聲器系統(tǒng)在一定頻率范圍內(nèi),饋給連續(xù)正弦功率試驗(yàn),結(jié)果揚(yáng)聲器音圈震振動不應(yīng)該產(chǎn)生打底聲,也沒有過熱或機(jī)械損傷。由于該功率不受失真值的限制,所以該功率比標(biāo)稱功率要高。
5、長期功率(額定長期最大功率)
揚(yáng)聲器系統(tǒng)在一定頻率范圍內(nèi),饋給專門規(guī)定噪音信號功率試驗(yàn)。揚(yáng)聲器承受此功率在1min內(nèi)不會產(chǎn)生永久性機(jī)械損傷,每2min試驗(yàn)1次,重復(fù)10次。這項(xiàng)功率比額定噪聲功率大許多。
6、期功率
在一定頻率范圍內(nèi),饋給揚(yáng)聲器系統(tǒng)專門規(guī)定的噪聲信號功率進(jìn)行測試,揚(yáng)聲器承受此項(xiàng)功率在1S內(nèi)不會引起永久性的機(jī)械損傷,則此功率為短期功率。它在所有命名功率中標(biāo)值最大,可比標(biāo)稱功率大8~10倍。
7、音樂功率
功率主要取決于揚(yáng)聲器承受250HZ以下短期正弦信號頻率的能力。揚(yáng)聲器承受此功率,通過實(shí)際試驗(yàn),既無明顯的失真,也無過熱及機(jī)械損傷。音樂功率標(biāo)值源于德國DIN45500標(biāo)準(zhǔn),它是綜合功率的實(shí)際標(biāo)值。
目前測試揚(yáng)聲器承受功率時大多使用噪聲信號發(fā)生器。噪聲是一種不規(guī)則、間歇的信號,一般測試用的噪聲信號有白噪聲和粉紅色噪聲兩種,“白”和“粉紅”這兩個詞是由這兩種噪聲的頻譜決定的。
白噪聲是一種隨機(jī)噪聲,這種噪聲信號包含從20HZ~20KHZ的各種頻率,且這些信號的能量呈均勻分布;粉紅噪音也是一種隨機(jī)噪聲,但它的能量分布與頻率成反比,因此粉紅噪聲中的低頻成份較多,測試時由功率放大器饋給被測揚(yáng)聲器一定的信號功率,被測揚(yáng)聲器兩端輸入的電壓有效值的平方與被測揚(yáng)聲器阻抗的比值既為該揚(yáng)聲器的承受功率。
五、揚(yáng)聲器品質(zhì)因數(shù)
揚(yáng)聲器單元的品質(zhì)因數(shù)是設(shè)計(jì)和制作音箱前必須了解的重要參數(shù)之一。在揚(yáng)聲器單元的阻抗特性曲線上它表示阻抗曲線在諧振頻率處阻抗峰的尖銳程度。它在一定程度上反映了揚(yáng)聲器振動系統(tǒng)的阻尼狀態(tài),簡稱Q值。
揚(yáng)聲器單元的品質(zhì)因數(shù)反映了當(dāng)輸入揚(yáng)聲器單元的電信號消失后揚(yáng)聲器錐盆回復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)下的快慢程度,或者說揚(yáng)聲器單元電磁系統(tǒng)對振動系統(tǒng)的阻尼作用大小,即反映揚(yáng)聲器單元的瞬態(tài)響應(yīng)好壞。揚(yáng)聲器單元的品質(zhì)因數(shù)越高,表明揚(yáng)聲器振動系統(tǒng)消耗能量越慢,諧振越不容易控制。
揚(yáng)聲器的低頻特性通常由揚(yáng)聲器單元的品質(zhì)因數(shù)Q值和諧振頻率F決定Q值對F處輸出聲壓的影響關(guān)系:
Q值過低時揚(yáng)聲器的輸出聲壓還沒到F處時就迅速下降,揚(yáng)聲器處于過阻尼狀態(tài),造成低頻衰減過大。
Q值過高時揚(yáng)聲器的輸出音壓在F處會出現(xiàn)一個峰,揚(yáng)聲器處于欠阻尼狀態(tài),低頻得到過分的加強(qiáng),Q值越大,峰值越陡。
因此揚(yáng)聲器的品質(zhì)因數(shù)Q值不能過高也不能太低,我們一般取它的臨界阻尼值即Q等于0.2~0.6作為最佳取值范圍。
揚(yáng)聲器阻抗特性
揚(yáng)聲器上標(biāo)志的阻抗,單位為Ω。揚(yáng)聲器單元的阻抗通常用它的阻抗特性和額定阻抗來表示,但兩者卻是兩個完全不同的概念。
1、阻抗特性
揚(yáng)聲器音圈是一個用漆包線在圓筒狀骨架上饒制而成的線圈,它除了具有一定的直流電阻外還具有一定的電感。當(dāng)音頻信號輸入時揚(yáng)聲器音圈即在磁氣隙中上下振動。由于音圈電感的作用,這時在音圈中會感應(yīng)出一個與音頻信號反向的感應(yīng)電壓,這個與音頻輸入信號反向的感應(yīng)電壓會削弱音圈中的電流,從而使音圈的阻抗增大。
隨著音頻信號頻率的上升這種效應(yīng)會越來越大,這就使揚(yáng)聲器音圈的阻抗隨音頻信號頻率的上升而增大。揚(yáng)聲器單元的阻抗隨信號頻率而變化的規(guī)律稱為揚(yáng)聲器單元的阻抗特性。
2、額定阻抗
揚(yáng)聲器單元的額定阻抗是一個純電阻的阻值,是被測揚(yáng)聲器單元在諧振頻率后第一個阻抗最小值。這時音圈自感所產(chǎn)生的反電動勢和音圈振動所產(chǎn)生的反電動勢因大小相等方向相反而互相抵消,使揚(yáng)聲器的阻抗值最近似等于音圈的直流電阻。
我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB9399-88《揚(yáng)聲器主要技術(shù)參數(shù)》中規(guī)定揚(yáng)聲器單元的額定阻抗值優(yōu)選系列為:2、4、8、16和32Ω。目前國內(nèi)和國際上大部分揚(yáng)聲器的額定阻抗值為4Ω或8Ω。
揚(yáng)聲器的額定阻抗由揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家給出,標(biāo)注在產(chǎn)品商標(biāo)或揚(yáng)聲器的下導(dǎo)磁板上。揚(yáng)聲器的額定阻抗也可以根據(jù)揚(yáng)聲器音圈的直流阻值估出,將萬用表測出的揚(yáng)聲器音圈直流電阻乘以1.1~1.3倍即為該揚(yáng)聲器的額定阻抗揚(yáng)聲器頻率特性。
揚(yáng)聲器的頻率特性是指當(dāng)輸入揚(yáng)聲器的信號電壓恒定不變時,揚(yáng)聲器在參考軸上的輸出聲壓隨輸入信號的頻率變化而變化的規(guī)律。頻率特性也是衡量其質(zhì)量的重要指標(biāo)。對揚(yáng)聲器頻率的要求,即是對重放音頻信號頻率范圍能否滿足要求而言,因此必須測定實(shí)際頻率特性曲線。
1、頻響曲線
測試必須在消聲室中進(jìn)行。目前大多數(shù)揚(yáng)聲器的頻響曲線在1M*1W的條件下測得,即輸入被測揚(yáng)聲器單元的信號功率為1W;測量話筒沿被測揚(yáng)聲器單元的參考軸 距離揚(yáng)聲器的發(fā)射面1M;信號發(fā)生器的輸出信號經(jīng)功率放大器放大后饋送到被測揚(yáng)聲器,被測揚(yáng)聲器輻射出的聲信號被測量話筒接收后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)測量放大器處理后送至電平記錄儀。當(dāng)信號發(fā)生器的輸出信號頻率發(fā)生變化時,揚(yáng)聲器輸出聲壓發(fā)生的相應(yīng)變化便同步地被電平記錄儀記錄下來,這就是被測揚(yáng)聲器單元的頻響曲線。
頻響曲線
2、有效頻率范圍
在被測揚(yáng)聲器單元頻響曲線上聲壓級最高的區(qū)域選取一個倍頻程的寬帶,(倍頻程是指兩個頻率比為2的頻率間隔,例如500~1000HZ、3000~6000HZ都是一個倍頻程)計(jì)算出該帶寬的平均聲壓級,然后將此平均聲壓級作為基準(zhǔn),在此平均聲壓級以下10dB處作一條與X軸平行的直線。該水平直線與揚(yáng)聲器的頻響曲線相交的兩個點(diǎn)所對應(yīng)頻率之間的頻率范圍就是我們常說的揚(yáng)聲器有效頻率范圍。
當(dāng)輸入電動式揚(yáng)聲器的信號頻率低于它的諧振頻率時,揚(yáng)聲器的輸出音壓以每頻程12dB的速度下降,因此,國際電工委員會IEC規(guī)定將揚(yáng)聲器單元的諧振頻率作為該揚(yáng)聲器的低頻下限頻率,而將揚(yáng)聲器單元頻響曲線高頻端的交點(diǎn)作為該揚(yáng)聲器的高頻上限頻率。它們之間的頻率范圍稱為該揚(yáng)聲器的有效頻率范圍。
有時揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家還提供一種稱為揚(yáng)聲器額定頻率范圍的指標(biāo)。揚(yáng)聲器有效頻率范圍與額定頻率范圍是兩個不同的概念,前者是指揚(yáng)聲器單元能夠有效地重放出滿足一定聲壓級要求的信號頻率范圍,后者則是揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家根據(jù)揚(yáng)聲器單元的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及用途而規(guī)定的最佳工作頻率范圍。
3、不均勻度
理想狀態(tài)下,揚(yáng)聲器頻率特性曲線越平坦越好,但通常測得的揚(yáng)聲器頻響曲線則是由一條具有許多峰谷點(diǎn)的不規(guī)則連續(xù)曲線。在被測的揚(yáng)聲器有效頻率范圍內(nèi),頻響曲線上最大聲壓級與最小聲壓級之差,稱為該揚(yáng)聲器單元的不均勻度,窄于1/9倍頻程的峰和谷可以忽略不計(jì)。