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    揚聲器阻抗曲線
    更新:2021-2-23 10:08:50 稿件:音響網(wǎng) 調(diào)整大小:【

    什么是阻抗

    在解釋揚聲器阻抗曲線之前,讓我們先了解一下電氣基礎(chǔ)知識。如果我們在電氣系統(tǒng)中施加一個電壓時,電氣系統(tǒng)將對電流表現(xiàn)出一定程度的阻礙作用。我們稱此為阻抗,以歐姆(Ω)為單位。讓我們區(qū)分一下阻抗和電阻,它們使用相同的度量單位(Ω),但不是相同的東西。

    當(dāng)電路由直流電驅(qū)動時,應(yīng)使用電阻來描述阻礙的大小,它是一個固定值。
    當(dāng)電路由交流電驅(qū)動時,應(yīng)使用阻抗來描述阻礙的大小。由于交流電中的電流是變化的,所以阻抗不僅有幅度分量,而且有相位分量。

    揚聲器系統(tǒng)使用交流電,因此阻抗是我們的主要研究對象,阻抗值會隨頻率發(fā)生變化。在查看官方提供的規(guī)格參數(shù)表時,我們可能會同時看到電阻和阻抗值,例如Re= 3.4Ω(電阻)和Z = 4Ω(阻抗)。Re表示音圈的直流電阻,Z表示標(biāo)稱阻抗,這里的“標(biāo)稱”指平均值,由于阻抗會隨頻率變化,所以我們使用平均值來進(jìn)行描述。這意味著阻抗將主要在4Ω左右,但是它最高可以達(dá)到50Ω,而最低則會到2.5Ω。

    揚聲器阻抗曲線

    揚聲器阻抗不是一個固定值,而是隨頻率變化的。這意味著我們將需要一個圖形來準(zhǔn)確分辨出驅(qū)動器的阻抗。同時由于箱體會影響揚聲器的性能,因此同一驅(qū)動器的阻抗曲線也會因為箱體的不同而產(chǎn)生變化。那么讓我們來看一下,在自由場中的驅(qū)動器或密閉箱體中的驅(qū)動器的揚聲器阻抗曲線。

    自由場/密閉箱體中揚聲器阻抗圖

    讓我們來分析一下密閉箱體中驅(qū)動器的阻抗圖。如果將一個揚聲器分別放在自由場和密閉箱體中進(jìn)行測量,兩張阻抗圖看起來都會很相似。但在密閉箱體中時,阻抗的峰值將出現(xiàn)在較高的頻率,這是因為箱體會提高音箱系統(tǒng)的諧振頻率。

    實線是阻抗。我們以歐姆為單位描述阻抗的大小,在圖表的左側(cè)讀取相應(yīng)的數(shù)值。

    虛線是相位。我們以度為單位描述相位差,您可以在圖形的右側(cè)讀取相應(yīng)的數(shù)值。

    阻抗

    阻抗曲線圖可以向我們揭示幾個重要的有用信息,因此讓我們分析一下揚聲器阻抗曲線

    圖表左側(cè)的最小值是直流電阻(Re)。在我們的曲線圖中可以看到大約為3.2Ω。
    制造商標(biāo)注的是標(biāo)稱阻抗,標(biāo)稱阻抗指的是阻抗的平均值。這張圖中,標(biāo)稱阻抗為4Ω,僅比Re略高。
    阻抗圖中的峰值代表諧振頻率,對于自由場中的驅(qū)動器和密閉箱體中的驅(qū)動器來說都是如此。對于密閉箱體中的驅(qū)動器來說,如果我們將其與位于自由場中的相同驅(qū)動器進(jìn)行比較,則諧振頻率會稍高。
    隨著頻率的升高,阻抗也隨之升高。揚聲器由多個部分組成,其中有一個是音圈,它是一個電感器。這將表現(xiàn)出與電流相反的電感電抗。由于感抗與頻率成正比,因此阻抗隨頻率的升高而升高。

    相位差

    在有抗電路(具有電抗和感抗)中,電流和電壓之間有時會存在相位不同的情況。這意味著電流將在一定時間段內(nèi)超前或滯后于電壓。這種差異被稱為相位差,以度為單位。

    相位差的特性:

    在容性電路中,電流會超前電壓,此時相位差為負(fù)。

    在感性電路中,電流將滯后于電壓,此時相位差為正。

    在純電阻電路中,電流和電壓同相,此時相位差為0°。

    現(xiàn)在讓我們回到音頻領(lǐng)域,分析一下揚聲器阻抗曲線

    根據(jù)揚聲器系統(tǒng)的電抗變化,相位差的數(shù)值也會發(fā)生變化。在諧振頻率和由于音圈電感導(dǎo)致阻抗開始上升的頻率,相位差為0°。

    這個相位差在實際應(yīng)用中可以做什么呢?它可以告訴我們功率放大器在驅(qū)動特定負(fù)載(揚聲器)時自身散發(fā)的熱量和實際傳遞給負(fù)載的功率之間的關(guān)系。相位差會在±90°之間變化,但是在實際情況下,它的范圍會更窄:[-45°;+45°]。在0度時,放大器將輸出與自身散熱量等同的功率。在最壞的情況下(相移為45°),放大器散熱的功率將是其提供給負(fù)載功率的4倍。因此,如果放大器向揚聲器提供100W的功率(相移為45度),則會有400W的功率轉(zhuǎn)化為熱能。

    譯者注:

    其中P為有功功率(即功率放大器傳遞給揚聲器的功率),為功率因數(shù),為相位差。剩余功率則會轉(zhuǎn)化為無功功率,不會為揚聲器提供聲能的轉(zhuǎn)換或讓揚聲器發(fā)熱。如下表:

    可以看到當(dāng)角度在45°時,電壓恒定,而電流變?yōu)?°時的兩倍,負(fù)載為一半。所以如果需要得到和0°時相同的功率則需要發(fā)出原本4倍的熱。
    (引用自https://sound-au.com/patd.htm)

    倒相式揚聲器(開孔揚聲器)阻抗圖

    與自由場或密閉箱體的阻抗圖不同,倒相式揚聲器阻抗圖將顯示2個峰值。這是一個例子:

    峰值之間的阻抗最低的點表示箱體的諧振頻率

    根據(jù)兩個峰之間的高度比較,我們可以考慮以下3種特殊情況:

    1. 兩個峰的高度相同。這意味著驅(qū)動器在自由場中的共振頻率(fs)與箱體的共振頻率(fb)相匹配。

    2. 第一個峰值高于第二個峰值。這意味著fb> fs。

    3. 第二個峰高于第一個峰。這意味著fb

    譯者注:
    一個自由場中,驅(qū)動器能發(fā)出的最低有效頻率為它的共振頻率。當(dāng)驅(qū)動器發(fā)出的頻率達(dá)到箱體的共振頻率時,驅(qū)動器的能量大部分被箱體耗散,導(dǎo)致驅(qū)動器無法進(jìn)行有效的換能。

    當(dāng)箱體共振頻率高于驅(qū)動器共振頻率時,驅(qū)動器發(fā)出在箱體共振頻率時會導(dǎo)致箱體產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。

    當(dāng)箱體共振頻率低于驅(qū)動器共振頻率時,驅(qū)動器發(fā)出的所有頻率都不會導(dǎo)致箱體共振。

    結(jié)論

    現(xiàn)在,我們已經(jīng)解釋了揚聲器阻抗曲線,你可以從曲線中看到其中的含義。無論是自由場中的揚聲器、密閉箱體的揚聲器和倒相式揚聲器,如果您知道在哪里找到阻抗圖,它都會為您提供各種有用的信息。

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