扬声器参数整合

扬声器T/S参数：

磁力系数 BL 额定阻抗 Znom 电气品质因数 Qes 机械品质因数 Qms 总品质因数 Qts 等效容积 Vas 共振频率 Fo 额定正弦功率 Psin 额定噪声功率 Pnom 长期最大功率 Pmax 额定频率范围 Fo-Fh 平均声压级 SPL

音圈中孔尺寸一般大于T铁中柱外径 0.3~0.6 mm ，小音圈取值相应小些。

华司中孔尺寸(内铆的为铆后尺寸)一般要大于音圈最大外径(为绕线部位) 0.3~0.6 mm ，间隙太小容易碰圈、影响到装配合格率，间隙太大又会降低磁性能、从而导致灵敏度下降。

鼓纸中孔与弹波中孔的距离，中小口径的扬声器以 0.5~2 mm 为佳，大口径可以加大到 2~5 mm ，距离大些定位效果会更好、更能承受大功率，只是鼓纸中心胶和弹波中心胶需分开打。

磁路设计一是给定磁体规格(已知材料性能和尺寸),设计出磁路结构,使其工作气隙磁感应密度Bg值为最大,Bg值的大小对扬声器的灵敏度及电气品质因数Qes影响很大；二是给定Bg值,设计出磁路结构,使所用磁体尺寸为最小,从而达到节约成本的目的。

磁路设计的方法有多种，这里采用的是经验公式法。

Kf*Bg*Sg = Bd*Sm Kr*Hg*Lg = Hd*Lm

Bg: 工作气隙中的磁感应密度 Bd: 磁体内部的磁感应密度

Sg: 工作气隙截面积 Sm: 磁体截面积

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Kf: 漏磁系数 Hg: 工作气隙中的磁场强度

Hd: 磁体内部的磁场强度 Lg: 工作气隙宽度

Lm: 磁体高度 Kr: 漏磁阻系数

对于内磁结构的磁路: Kr漏磁系数= 1.1~1.5

Kf漏磁阻系数= 1.8~2.5

导磁板厚度:Tp = 5*Lg

导磁板直径:Dp = 4.1*Tp

对于外磁结构的磁路: Kr漏磁系数 = 1.1~1.5

Kf 漏磁阻系数= 2.0~4.0

华司厚度:Tp = 5*Lg

中柱外径:Dp = 4.3*Tp

华司外径 = 磁体外径-磁体厚度/2

Sg工作气隙截面积=π*(Dp+Lg)*Tp

Bg工作气隙中的磁感应密度=μaaco* Hg (3)

μo = 4π*10-7 H/m为真空磁导率.

根据磁体材料退磁曲线和最大磁能积曲线,可以确定最佳工作点的Bd和Hd值,葛根胶囊在此工作点,磁体体积最小(给定Bg值时),工作气隙中的磁感应密度最大(给定磁体尺寸时)。

Bg2 = (μo*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg) (4)

磁路设计的验证

选择了一种磁路结构后，验证很方便，只需将磁路充磁，测量其工作气隙中的磁感应密度Bg就行。

音圈直流电阻Re一般要预先设定，或按额定阻抗Znom确定:Znom =(1.05~1.10)* Re

要考虑功率承受能力以及扬声器的灵敏度、品质因数等电声参数。音圈直径太小,则其功率承受能力必然有限,因为线径决定了其允许通过的电流大小,同时T铁中柱太小又影响到其散热能力；音圈直径太大,则导致其质量加重,同时Bg值下降,从而导致灵敏度降低。

音圈的卷宽Tvc扬声器的灵敏度、品质因数、最大振幅、失真等电声参数。一般低音单元均采取长音圈结构,即音圈卷宽Tvc=(1.4~3.0)*Tp,则有最大线性振幅Xmax=(Tvc-Tp)/2=(0.2~1.0)*华司厚度Tp,可见大功率大口径扬声器的音圈卷宽及华司厚度均需较大。

鼓纸与电声特性直接相关的定量参数主要有重量、厚度、顺性、杨氏模量等，重量、顺性等决定了扬声器的低频特性，重量、厚度、锥顶角度、杨氏模量等则决定了高频特性。对于锥型扬声器，低频共振频率Fo和高频上限频率Fh可由下列公式确定：

(2πFo)2 = 1/(Mms*Cms) (2πFh)2 = (Mm1*Mm2)/[(Mm1+Mm2)*Cmh] Cmh为鼓纸根部的等效顺性，Cmh = sinθ/(π*E*t*cos2θ)

Mms为扬声器的等效振动质量,且有Mms =Mm1+Mm2+2Mmr,其中Mm1为音圈质量, Mm2为鼓纸等效质量, Mmr为辐射质量。Mmr =2.67*ρo* a3,其中ρo=1.21kg/m3为空气密度, a为扬声器等效半径。

Cms为扬声器的等效顺性，且有Cms =(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2), Cm1为鼓纸顺性、Cm2为弹波顺性。单位需换算为国际单位制：m/N,

若鼓纸的共振频率为F1、测试附加质量为M1，弹波的共振频率为F2、测试附加质量为M2，则有

（2πF1）2 = 1/[(M1+Mm2+2Mmr)*Cm1] （2πF2）2 = 1/(M2*Cm2) （2πFo）2 = [(M1+Mm2+2Mmr)*F12+M2氮化硅*F22]/(Mm1+Mm2+2Mmr) 扬声器的低频共振频率由鼓纸的质量、顺性，和弹波的顺性、音圈的质量等确定。，

扬声器的高频上限频率由鼓纸的质量、音圈的质量，鼓纸根部厚度、半顶角及杨氏模量等确定。

其中，E为鼓纸材料的杨氏模量，t为鼓纸根部厚度，θ为鼓纸的半顶角。

1.1 弹波要求应该具有很大的径向刚性和很大的轴向顺性，以保证良好的机械强度和较低的共振频率及较小的失真。

弹波主要的参数就是其顺性Cm2（或频率F2），由公式（7）可知其对扬声器的共振频率影响较大，同时此值又是可以测量验证的，从而可以控制。弹波顺性的经验公式如下：

Cm2 = (A*n*L3)/(E*b*h) (9)

其中，A为修正系数（其值视波纹形状而异），n为波纹数，L为波纹深度，b为折环所形成的圆周长度，h为材料厚度，E为杨氏模量。

由公式（9）可知，波纹数越多、波纹越深、材料越薄，则弹波的顺性越大。

5.1直流电阻Re由音圈决定，可直接用直流电桥测量。

5.2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。

5.3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)

5.4 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。

5.5 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)

5.6 等效辐射面积Sd只与口径(等效半径a)有关。

Sd =π* a2 (13)

5.7 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)

5.8 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+2Mmr

5.9 辐射质量Mmr只与口径(等效半径a)有关。

Mmr =2.67*ρo* a3 (15)

其中ρo=1.21kg/m3为空气密度， a为扬声器等效半径。

5.10 等效顺性Cms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。Cms可由附加容积法测量获得。

Cms=(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2)

5.11 等效容积Vas只与等效顺性、等效辐射面积有关。

Vas =ρo*c2*Sd2*Cms 此处c为空气中的声速，c=344m/s

5.12 机械品质因数Qms由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机械力阻Rms共同决定，Qms可由阻抗曲线的测量获得。

Qms =(1/Rms)*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*(Zo/Re) Δf 为阻抗曲线上阻抗等于SQR(Zo*Re）所对应的两个频率的差值。

5.13 电气品质因数Qes由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机电耦合因子BL共同决定，由阻抗曲线的测量获得。

Qes =[Re/(BL)2]*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*SQR(Zo防辐射屏*Re）/(Zo-Re)

5.14 总品质因数Qts 由机械品质因数Qms和电气品质因数Qes共同决定。

Qts =(Qms*Qes)/(Qms+Qes)=(Fo/Δf)*SQR(Re/Zo）

5.15 参考电声转换效率ηo由机电耦合因子BL、等效辐射面积Sd、等效振动质量Mms共同决定。

ηo =(ρo/2πc)*(BL*Sd/Mms)2/Re

5.16 参考灵敏度级SPLo与参考电声转换效率ηo直接相关。

SPLo = 112+10lgηo

5.17 参考振幅ξ与参考电声转换效率ηo、电功率Pe、等效半径a、频率f有关。

ξ = 0.481*SQR(Pe*ηo)/(a*f)2

扬声器的额定正弦功率以及纯音检听功率，基本上由低频最大振幅ξo决定。一般低频最大振幅是在共振频率Fo处。扬声器的低频最大振幅主要取决于磁路结构和音圈卷宽，与振动系统也有很大的关系。扬声器正常工作时，音圈不能跳出磁间隙，即有ξo≤Xmax，否则会产生很大的非线性失真（表现为振幅异常音）、甚至会导致音圈损坏（卡死或烧毁）。Fo处最大振幅ξo可由下列公式计算：

ξo = 1.414*BL*I*Cms*Qts

式中I为馈给扬声器的电流，I=SQR(Pe/Re)。可见，假使扬声器的基本机电参数（BL、Cms、Qts）确定，其电流I决定的功率Pe=I2*Re就受到低频最大振幅ξo≤Xmax的限制。反之，假使扬声器的功率必需达到一定值，则扬声器的等效顺性就不能太大，亦即Fo不能太小。当有(BL)2/Re>>Rms时，公式（25）又可简化如下：

ξo = 0.225*V/(BL*Fo)

式中V为馈给扬声器的电压，V=SQR(Pe*Re)。此式更直观地显示出最大振幅ξo与电压V何庆清、机电耦合因子BL、共振频率Fo的关系。一般所称的总品质因数Qts对低频振幅的控制能力就由公式（25）、（26）体现和反映，其中BL值的作用更明显。

扬声器的低频声功率Pa同样也受到限制：

Pa= Pe*ηo=4.33*ξ2*a 4*f 4

可见，声功率Pa既与电功率Pe有关、又与电声转换效率ηo直接相关，实际上最终与扬声器的振幅、口径、频率有关。为了达到一定的声功率Pa，在频率一样的条件下，口径越小、则其振幅越大，而振幅一般都受到限制，所以口径就不能太小。亦即，小口径扬声器不可能产生很大的声功率，因为小口径扬声器一般都受到结构限制，其振幅较小，效率较低，而音圈不会很大、所用线径有限、所能承受的电功率也有限。

扬声器的失真，主要由振动系统的非线性和磁路系统的非线性产生。在大振幅情况下，由折环及弹波所组成的振动系统悬挂体，不再符合线性的虎克定律；磁间隙内磁感应密度沿轴向的不均匀性和导磁材料的非线性特性等都会产生非线性失真。其主要衡量指标是总谐波失真和互调失真。这是可以测量的，但无法精确预测。

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