揚(yáng)聲器系統(tǒng)是一個(gè)弱非線性、時(shí)不變、因果性、穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

弱非線性

在非線性系統(tǒng)中又分強(qiáng)非線性和弱非線性，兩者只是一個(gè)定性的概念。在非線性物理系統(tǒng)中，其微分方程中包含了常系數(shù)線性項(xiàng)，以及非線性項(xiàng)。當(dāng)非線性部分與線性部分相比是比較微小的時(shí)候，這種系統(tǒng)可以稱為弱非線性系統(tǒng)。揚(yáng)聲器正是這種弱非線性的系統(tǒng)。

時(shí)不變性

系統(tǒng)的參數(shù)不會(huì)隨時(shí)間而變化，同一個(gè)輸入信號(hào)，不論輸入時(shí)間先還是后，輸出的響應(yīng)信號(hào)都是一樣的。需要注意的是，揚(yáng)聲器只能基本上算是時(shí)不變系統(tǒng)，因?yàn)槠淠承﹨?shù)在長(zhǎng)時(shí)間工作以后，特性可能會(huì)有些變化，比如線圈。

因果性

即輸出只取決于輸入，和此前的信號(hào)無(wú)關(guān)，也不會(huì)影響以后的輸出信號(hào)。

穩(wěn)定系統(tǒng)

只要輸入是有界的，可收斂的，輸出必定是有界的，可以收斂的。

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揚(yáng)聲器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電聲的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)中其實(shí)包括了電-->力-->聲之間的轉(zhuǎn)化。揚(yáng)聲器的等效電路有多種的表達(dá)方式，有聲學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等。對(duì)于音頻功放的設(shè)計(jì)或者應(yīng)用者來(lái)說(shuō)，關(guān)注的是其電學(xué)的等效電路，如下圖所示。

其中，

eg是輸入信號(hào)源（比如正弦波，PWM波等）；

Rg是輸入信號(hào)源的內(nèi)阻（一般比較小，mΩ級(jí)別）；

Re是音圈電阻（Ω級(jí)別，常見(jiàn)的是8Ω）；

Le是音圈電感（幾十uH級(jí)別，常見(jiàn)的是33uH）；

Res是揚(yáng)聲器等效聲阻折算到電路端的電阻（Ω級(jí)別）

Les是揚(yáng)聲器等效聲順折算到電路端的電感（mH級(jí)別）

Ces是揚(yáng)聲器等效聲質(zhì)量折算到電路端的電容（百uF級(jí)別）

根據(jù)上圖中的等效電路，可以得到揚(yáng)聲器的電學(xué)等效阻抗可以表示為：

等效阻抗隨著頻率變化的曲線如下圖所示，橫軸為信號(hào)頻率，縱軸為揚(yáng)聲器阻抗。

?

從圖中可以看出，阻抗的模值會(huì)隨著頻率變化，當(dāng)頻率從低頻逐漸增大時(shí)，阻抗曲線慢慢上升。當(dāng)在某個(gè)頻率點(diǎn)，阻抗曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，該頻點(diǎn)就是揚(yáng)聲器的諧振頻點(diǎn)，經(jīng)過(guò)諧振點(diǎn)以后，阻抗快速下降到最低點(diǎn)。此最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻抗就是揚(yáng)聲器的額定阻抗（又稱為標(biāo)稱阻抗，揚(yáng)聲器手冊(cè)中給出的額定阻抗，一般和此點(diǎn)阻抗的偏差小于20%）。

揚(yáng)聲器的阻抗實(shí)際上由3部分組成，a表示揚(yáng)聲器音圈的直流阻抗，不隨頻率變化（嚴(yán)格講會(huì)隨著溫度變化）；b表示電感部分，根據(jù)電感特性其感抗隨頻率上升而增加，和音圈的繞法、匝數(shù)有關(guān)；c表示反電動(dòng)勢(shì)部分，當(dāng)音圈振動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)的電流與音圈輸入電流的方向相反，事實(shí)上相當(dāng)于減小輸入電流，輸入電流減小，則說(shuō)明阻抗增高。

阻抗曲線在共振頻率附近急劇上升，在高頻部分隨音圈電感增大而加大。揚(yáng)聲器額定阻抗的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，是由《聲系統(tǒng)設(shè)備第五部分揚(yáng)聲器主要性能測(cè)試方法》（GB/T 12060.5-2011）確定的。定義為阻抗曲線上緊跟在第一個(gè)極大值后面的極小值。

根據(jù)歐姆定律，在額定阻抗點(diǎn)，電流最大，如果揚(yáng)聲器及驅(qū)動(dòng)它的放大器在最大電流時(shí)能正常工作，那么在其他頻率出對(duì)應(yīng)的阻抗值時(shí)也能更好地工作，這也是選擇最小阻抗值為額定阻抗的理由。

需要注意的是，揚(yáng)聲器的諧振頻率f0是由紙盆、音圈、定心支片等振動(dòng)系統(tǒng)共振造成的，峰值所對(duì)應(yīng)的阻抗是揚(yáng)聲器的最大阻抗，在此時(shí)，揚(yáng)聲器的振幅最大，音圈的位移最大。

揚(yáng)聲器的電聲參數(shù)主要有額定功率，額定阻抗，頻率響應(yīng)，靈敏度，指向性，失真度，效率，瞬態(tài)特性，相位特性等。

額定功率：

揚(yáng)聲器的額定功率是指在非線性失真不超過(guò)該揚(yáng)聲器所許可范圍內(nèi)最大輸入的電功率，指的是在一段時(shí)間內(nèi)的平均功率。它是揚(yáng)聲器正常工作的功率，又稱為標(biāo)稱功率。

在實(shí)際應(yīng)用中，在短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)存在大大超過(guò)額定功率的峰值功率。因此，額定功率又分為長(zhǎng)期最大功率，和短期最大功率。在揚(yáng)聲器的規(guī)格書(shū)中標(biāo)出的額定功率一般是指長(zhǎng)期功率，揚(yáng)聲器可以長(zhǎng)時(shí)間工作在此狀態(tài)下；而短期最大功率一般會(huì)以最大功率給出，指的是短時(shí)間內(nèi)最大的功率。

短期最大功率比長(zhǎng)期最大功率大很多，一般前者是后者的幾倍。

額定阻抗：

是指在揚(yáng)聲器輸入端測(cè)得的電阻抗，其實(shí)頻率的函數(shù)，前文已經(jīng)有描述。

頻率響應(yīng)：

是指在自由場(chǎng)的條件下，在恒定電壓作用下，揚(yáng)聲器在參考軸上離參考點(diǎn)1m處所產(chǎn)生的聲壓隨頻率變化的特性。它反映了揚(yáng)聲器對(duì)于各種頻率的聲波輻射能力。在實(shí)際應(yīng)用中，常常根據(jù)不同的用途來(lái)選擇揚(yáng)聲器，這時(shí)，揚(yáng)聲器的頻率特性往往是需要首先考慮的。

靈敏度：

在揚(yáng)聲器的有效頻率范圍內(nèi)，給他相當(dāng)于在額定阻抗上有1W電功率的窄帶噪聲信號(hào)。在其參考軸上離參考點(diǎn)1m處，讀出各規(guī)定頻率點(diǎn)的聲壓，然后求其算術(shù)平均值，這樣求得的靈敏度稱為平均特性靈敏度。

當(dāng)用粉紅噪聲作為測(cè)試音源的時(shí)候，測(cè)試到的靈敏度稱為揚(yáng)聲器的特性靈敏度。

指向性：

是指揚(yáng)聲器輻射的聲壓隨方向不同而變化的特性，反映了揚(yáng)聲器在不同方向上輻射的本領(lǐng)。揚(yáng)聲器的聲輻射會(huì)明顯表現(xiàn)出指向性，而且頻率越高，指向性越強(qiáng)。

諧波失真：

是指當(dāng)給揚(yáng)聲器輸入某一頻率的正弦波信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器輸出信號(hào)中除了出現(xiàn)原輸入信號(hào)的頻率成分（基波），同時(shí)還出現(xiàn)與基波頻率成整數(shù)倍關(guān)系的頻率信號(hào)（稱為諧波），這種現(xiàn)象稱為諧波失真（THD）。

互調(diào)失真：

是指當(dāng)揚(yáng)聲器輸入不是單一頻率的信號(hào)（實(shí)際應(yīng)用中多為復(fù)音）時(shí)，輸出信號(hào)中除了含有原來(lái)的頻率信號(hào)，還包括輸入頻率的諧波，以及兩個(gè)頻率之間的差拍、和拍等頻率分量。這些和頻、差頻的分量失真成分叫做互調(diào)失真。

效率：

輸出聲功率和輸入電功率的比值。

瞬態(tài)特性：

用來(lái)描述揚(yáng)聲器的振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于快速變化信號(hào)的跟隨能力。由于振動(dòng)系統(tǒng)存在著慣性，往往是跟不上系統(tǒng)的快速變化，從而引起輸出的波形失真，這種失真稱為瞬態(tài)失真。

瞬態(tài)失真與揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)、相位特性、振膜的力阻、振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量等因素相關(guān)。頻帶越寬，振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量越小，則慣性越小，瞬態(tài)特性就越好。

相位特性：

是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的相移隨著頻率變化的特性。根據(jù)信號(hào)傳輸理論，信號(hào)不失真的相位特性是相移與頻率成線性關(guān)系。如下式所示，Φ為相移，f為頻率，τ為延遲時(shí)間。

Φ=2πfτ

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的声学漫谈之七：扬声器等效电路与参数的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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