声学漫谈之七：扬声器等效电路与参数
扬声器系统是⼀个弱⾮线性、时不变、因果性、稳定的动态系统。 弱⾮线性
在⾮线性系统中⼜分强⾮线性和弱⾮线性，两者只是⼀个定性的概念。在⾮线性物理系统中，其微分⽅程中包含了常系数线性项，以及⾮线性项。当⾮线性部分与线性部分相⽐是⽐较微⼩的时候，这种系统可以称为弱⾮线性系统。扬声器正是这种弱⾮线性的系统。
时不变性
系统的参数不会随时间⽽变化，同⼀个输⼊信号，不论输⼊时间先还是后，输出的响应信号都是⼀样的。需要注意的是，扬声器只能基本上算是时不变系统，因为其某些参数在长时间⼯作以后，特性可能会有些变化，⽐如线圈。 因果性
即输出只取决于输⼊，和此前的信号⽆关，也不会影响以后的输出信号。鹤峰人事网
稳定系统
只要输⼊是有界的，可收敛的，输出必定是有界的，可以收敛的。
扬声器系统实现了电声的转换，系统中其实包括了电-->⼒-->声之间的转化。扬声器的等效电路有多种的表达⽅式，有声学、⼒学、电学等。对于⾳频功放的设计或者应⽤者来说，关注的是其电学的等效电路，如下图所⽰。
其中，
eg是输⼊信号源（⽐如正弦波，PWM波等）；
Rg是输⼊信号源的内阻（⼀般⽐较⼩，mΩ级别）；
Re是⾳圈电阻（Ω级别，常见的是8Ω）；
Le是⾳圈电感（⼏⼗uH级别，常见的是33uH）；
Res是扬声器等效声阻折算到电路端的电阻（Ω级别）
Les是扬声器等效声顺折算到电路端的电感（mH级别）
Ces是扬声器等效声质量折算到电路端的电容（百uF级别）
RFI根据上图中的等效电路，可以得到扬声器的电学等效阻抗可以表⽰为： 等效阻抗随着频率变化的曲线如下图所⽰，横轴为信号频率，纵轴为扬声器阻抗。 从图中可以看出，阻抗的模值会随着频率变化，当频率从低频逐渐增⼤时，阻抗曲线慢慢上升。当在某个频率点，阻抗曲线会出现⼀个峰值，该频点就是扬声器的谐振频点，经过谐振点以后，阻抗快速下降到最低点。此最低点对应的阻抗就是扬声器的额定阻抗（⼜称为标称阻抗，扬声器⼿册中给出的额定阻抗，⼀般和此点阻抗的偏差⼩于20%）。
扬声器的阻抗实际上由3部分组成，a表⽰扬声器⾳圈的直流阻抗，不随频率变化（严格讲会随着温度变化）；b表⽰电感部分，根据电感特性其感抗随频率上升⽽增加，和⾳圈的绕法、匝数有关；c表⽰反电动势部分，当⾳圈振动时，会产⽣⼀个反电动势，反电动势的电流与⾳圈输⼊电流的⽅向相反，事实上相当于减⼩输⼊电流，输⼊电流减⼩，则说明阻抗增⾼。
阻抗曲线在共振频率附近急剧上升，在⾼频部分随⾳圈电感增⼤⽽加⼤。扬声器额定阻抗的对应点，是由《声系统设备第五部分扬声器主要性能测试⽅法》（GB/T 12060.5-2011）确定的。定义为阻抗曲线上紧跟在第⼀个极⼤值后⾯的极⼩值。
根据欧姆定律，在额定阻抗点，电流最⼤，如果扬声器及驱动它的放⼤器在最⼤电流时能正常⼯作，那么在其他频率出对应的阻抗值时也能更好地⼯作，这也是选择最⼩阻抗值为额定阻抗的理由。
需要注意的是，扬声器的谐振频率f0是由纸盆、⾳圈、定⼼⽀⽚等振动系统共振造成的，峰值所对应的阻抗是扬声器的最⼤阻抗，在此时，扬声器的振幅最⼤，⾳圈的位移最⼤。
扬声器的电声参数主要有额定功率，额定阻抗，频率响应，灵敏度，指向性，失真度，效率，瞬态特性，相位特性等。
额定功率：
民航资源中国网
扬声器的额定功率是指在⾮线性失真不超过该扬声器所许可范围内最⼤输⼊的电功率，指的是在⼀段时间内的平均功率。它是扬声器正常⼯作的功率，⼜称为标称功率。
在实际应⽤中，在短时间内可能会存在⼤⼤超过额定功率的峰值功率。因此，额定功率⼜分为长期最⼤功率，和短期最⼤功率。在扬声器的规格书中标出的额定功率⼀般是指长期功率，扬声器可以长时间⼯作在此状态下；⽽短期最⼤功率⼀般会以最⼤功率给出，指的是短时间内最⼤的功率。
短期最⼤功率⽐长期最⼤功率⼤很多，⼀般前者是后者的⼏倍。
额定阻抗：
是指在扬声器输⼊端测得的电阻抗，其实频率的函数，前⽂已经有描述。
频率响应：
维奇网
北京新世界百货店庆是指在⾃由场的条件下，在恒定电压作⽤下，扬声器在参考轴上离参考点1m处所产⽣的声压随频率变化的特性。它反映了扬声器对于各种频率的声波辐射能⼒。在实际应⽤中，常常根据不同的⽤途来选择扬声器，这时，扬声器的频率特性往往是需要⾸先考虑的。
灵敏度：
在扬声器的有效频率范围内，给他相当于在额定阻抗上有1W电功率的窄带噪声信号。在其参考轴上离参考点1m处，读出各规定频率点的声压，然后求其算术平均值，这样求得的灵敏度称为平均特性灵敏度。
当⽤粉红噪声作为测试⾳源的时候，测试到的灵敏度称为扬声器的特性灵敏度。
指向性：
是指扬声器辐射的声压随⽅向不同⽽变化的特性，反映了扬声器在不同⽅向上辐射的本领。扬声器的声辐射会明显表现出指向性，⽽且频率越⾼，指向性越强。
谐波失真：
是指当给扬声器输⼊某⼀频率的正弦波信号时，扬声器输出信号中除了出现原输⼊信号的频率成分（
基波），同时还出现与基波频率成整数倍关系的频率信号（称为谐波），这种现象称为谐波失真（THD）。
互调失真：
是指当扬声器输⼊不是单⼀频率的信号（实际应⽤中多为复⾳）时，输出信号中除了含有原来的频率信号，还包括输⼊频率的谐波，以及两个频率之间的差拍、和拍等频率分量。这些和频、差频的分量失真成分叫做互调失真。
效率：
望甜输出声功率和输⼊电功率的⽐值。
瞬态特性：
⽤来描述扬声器的振动系统对于快速变化信号的跟随能⼒。由于振动系统存在着惯性，往往是跟不上系统的快速变化，从⽽引起输出的波形失真，这种失真称为瞬态失真。
瞬态失真与扬声器的频率响应、相位特性、振膜的⼒阻、振动系统的质量等因素相关。频带越宽，振动系统的质量越⼩，则惯性越⼩，瞬态特性就越好。
相位特性：
是指输出信号与输⼊信号之间的相移随着频率变化的特性。根据信号传输理论，信号不失真的相位特性是相移与频率成线性关系。如下式所⽰，Φ为相移，f为频率，τ为延迟时间。
Φ=2πfτ
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