关于喇叭T/S参数测量和阻抗

关于喇叭T/S参数测量和阻抗

扬声器的“公称阻抗”

关于扬声器公称阻抗的第一个定义是，扬声器的直流电阻大约是其公称阻抗的80%。也就是说，一个标称的8欧姆扬声器应该具有大约:8 × 0.8 = 6.4欧姆的直流电阻(Re)。80%规则源于IEC标准IEC60268-31，在IEC60268-31，扬声器的最小阻抗不允许低于标称阻抗规格的80%。扬声器制造商倾向于将驱动器的阻抗保持在行业标准允许的最低水平，这样他们的扬声器就可以播放尽可能大的声音。换句话说，使用这个80%的规则，我们可以计算出0.8 x Z的Re

但扬声器的“标称阻抗”传统上有标准值，如:4、8和16Ω，8和4Ω的扬声器是最常见的。让我们把这个列表扩展到每一端:1、2、4、8、16、32和64Ω，这样我们就可以解决更广泛的应用。给定一个未知的扬声器，我们如何确定其标称阻抗?如果一个8Ω的扬声器的最小直流电阻是6.4Ω，那么低于6.4Ω的扬声器就是4Ω。在3.2Ω以下，我们说一个扬声器是2Ω，以此类推，遵循非正式的80%规则。图1可用于识别已知Re的扬声器的标称阻抗。

小信号T/S参数；

所谓的“小信号”参数表征了扬声器正常工作时的共振。像许多其他电子设备一样，扬声器在正常工作时也有一个输入信号范围。超出这个范围是一个阈值，超过这个阈值，扬声器就会表现出不当行为，比如增加失真、减少输出，甚至是灾难性的故障。扬声器正常工作的信号范围被称为“线性区域”，而失真迅速上升的“非线性区域”。小信号区域是指噪声下限和系统不再线性的点之间的范围。这是扬声器的小信号参数被测量的信号范围。小信号测试通常在有足够信噪比的最低信号水平上进行。小信号和大信号的运行范围对比如图2所示。

扬声器的小信号参数为1: Fs：空气中自由共振频率 Qes：在Fs处时的电Q值，即电学品质因数，仅考虑电阻Re， Qms：在Fs处时的机械Q值，即机械品质因数，仅考虑非电阻部分；Qts：在Fs处的总Q值，即总品质因数，包括扬声器单元所有的损耗；Vas：等效容积，即扬声器单元声顺与支撑系统等同的空气容积；扬声器部件的共振频率通常是驱动器可用的最低频率。驱动器的总Q或qts是驾驶员共振锐度的量度。这取决于驱动器的机械和电气特性。实际上，QTS是根据电机Q, QES和机械Q, QMS来计算的。驱动器的Qts表示当放置在无限挡板上时，驱动器的频率响应曲线的形状。QTS越高，共振时响应峰值越大。QTS越低，在响应开始下降的低频处，频响曲线的膝盖就越圆。驱动器Q是“无量纲”数或“纯”数，不以任何单位表示。单纯的看待小信号参数；QES越低阻尼就越大，抑制振动能力就越强，而QMS越大越容易起振，效率也就越高，这两则数值会很直观的体现的时域的‘阶跃响应’上，前者主要在后沿信号上，后沿信号又跟失真有关联，而后者主要是前沿信号，系统的瞬态响应有关。但也不能意味着Qes越低越好，Qms越高越好，极端的极大值都不可取。（也有些特例；比如酒吧商演的PA系统，我有时候就做到两者的极端情况，QES：0.26和QMS:15的驱动器出来，因为F3频点在PA系统上不需要做很低，通常都在80hz以上，这主要是为了小体积高效率且大声压目标而去）。在考虑模拟倒相箱设计上，就我个人更加重视QES值，通常都不会以QTS为参考项。 多说一些题外话，关于新喇叭测量T/S参数要先老化这个争议性问题，diy玩家们‘较真’的煲喇叭这些说法。就我个人而言，是毫无意义的事情（当然，愿意花这个时间折腾倒也无所谓）。首先，喇叭振动系统是一个很长的时变系统，时变的时间都以年为单位，我曾经持续三年跟踪过一批在酒吧场所里使用的音响系统，在商用这种长时间连续高功率的使用情况下，在两三年后重新拿回来测量音箱和喇叭单元，其阻抗曲线和喇叭的参数变化均都还在品控管理公差范围内，都还没超过10%，甚至更小。而，在我拿到新单元时所作的看似‘老化’的工作，其实是为了检查单元装配时是否有擦圈或者异物吸附到磁路上，或者打胶水不均匀等问题，并非是为了‘稳定’测量T/S参数去的。T/S参数的测量重复率以10次能达到6次以上一致就已经是非常高的。假如你对多次测量的参数或者多只单元很有疑虑的话，这里我提供一个验证的方式：计算Fs/Qts的值，如果多单元多次测量的计算的这个结果没有超出15%以上，都可算是一致的单元/信任的测量结果（不是计算EBP=Fs/Qes）。 大信号参数与小信号参数相比，大信号参数的目的是表征驱动器在其功率极限附近的性能限制，因为它变得非线性。大信号参数通常最好留给制造商来测量，因为它们可能需要拆卸或破坏性测试。大信号参数包括: PE（MAX） 热限制最大输入功率；PER机械限制的输入功率；Xmax 最大线性位移；Xmech 最大机械位移；Sd 有效振动面积；Vd 最大振动空气排量。热限制输入功率PE(MAX)表示在音圈加热过度导致驱动器损坏之前，驱动器在一段时间内能够承受的最大持续功率。这通常是制造商指定的功率。扬声器系统的第二个功率限制是机械限制的输入功率PER。这个功率限制是不确定的，当驱动器装入一个箱里，不仅取决于箱子的细节，也取决于操作的频率。一个系统在200hz时可能有足够的机械功率处理能力，但由于过度的锥移，但在30hz时受到严重限制。机械限制的输入功率是驱动圆锥达到其最大偏移限制的功率。根据特定的扬声器系统设计，在系统使用的整个频率范围内，驱动器的机械限制的输入功率可能大于热限制的功率。在这种情况下，整个系统的功率限制将是驱动器的额定热功率。由于在最低频率下锥体偏移的增加，系统被限制在小于驱动器的热额定功率的情况并不少见。实际上，设计一个100瓦的低音炮系统是有可能的，它在60赫兹时刚好达到100瓦的偏移限制，但在40赫兹时刚好达到20瓦的偏移限制。我们会说，这个系统“机械限制”低于60hz，“热限制”高于60hz。显然，单一的功率额定值不足以充分描述一个扬声器系统!驱动器的最大线性偏移(maximum linear偏移，XMAX)是在音圈开始离开磁隙之前锥距静止的距离的度量。如果系统驱动超过XMAX，将导致越来越大的失真。如果司机被推到远远超过其XMAX的位置，就会有一个点：锥盆会撞到机械椎底，当锥盆“撞底”时就会听到响亮的爆竹咔咔声。这个第二个偏移限制有时被称为XMECH，即驱动的最大机械偏移。按下驱动器的最大偏移可能导致损坏的音圈，因为脆弱的音圈打击到后板。根据驱动程序的不同，XMECH可能略大于XMAX，也可能在XMAX和XMECH之间存在一个舒适的安全裕度。驱动器的活塞面积SD为驱动器锥体的有效面积。这通常是通过测量圆锥体的直径来计算的，从一边圆锥体的环绕中心到另一边的环绕中心。驱动器的周围是泡沫、橡胶或布的边缘，连接圆锥的外缘到驾驶员的框架。一个典型的12英寸直径低音扬声器的活塞直径约为10.5英寸。将活塞面积乘以XMAX得到驱动器的最大排量，即VD。驱动器的VD规格指示驱动器的低频输出能力。VD越大，驱动器的漂移限制的低频输出能力越大。 其他驱动器参数有些扬声器参数不是小信号或大信号的明确参数，在这里分别列出。RE音圈的直流电阻；η0半空间参考效率；L（e）音圈电感；BL力因子；ZMAX最大阻抗。音圈的直流电阻RE是一个重要的参数，因为它代表了扬声器对放大器的近似负载。RE通常在标称阻抗值的80%左右。根据这条经验法则，一个8欧姆的扬声器的RE约为6.4欧姆。半空间基准效率η0是当驱动器辐射到半空间声学负载时，驱动器输出的声功率与输入功率的功率之比。音圈电感LE，通常是在1khz，但有时是在10khz的较小的驱动器或高音。扬声器的高频阻抗实际上不能很好地表示为一个简单的电感，因为理想的电感不随频率变化。改进后的音圈电感模型表示为电阻和电感的组合。BL生产力因子给出了磁马达强度的指示。B为磁感应强度的度量，L为音圈导线在磁隙中的长度。BL表示为N/A或牛顿每安培，即每安培音圈电流的力的牛顿。最大阻抗ZMAX是扬声器主谐振处的最大阻抗，用欧姆表示。除了Thiele-Small参数，大多数驱动器制造商还包括各种其他规格的产品。这些参数通常包括磁铁重量、音圈直径、标称阻抗、1瓦输入1米的SPL输出等等。 扬声器电感模型 L（e）的问题在测量扬声器驱动单元的阻抗，绘制阻抗幅值和相位响应，然后从阻抗响应中提取扬声器参数。参数LE是有问题的，因为它不是恒定的，而是依赖于频率和锥体位移。通常测量LE的两个频率，1 kHz和10 kHz。但是，使用理想的电感器LE来表示扬声器的电感只能提供一个实际扬声器阻抗的粗略模型，并且不能为大多数分频点交叉设计工作提供足够精确的阻抗曲线。DATS V2引入了新的参数，旨在为扬声器在音圈电感占主导地位的高频范围内的阻抗建模提供更好的数据。 以下是最受欢迎的也是常用的模型:1，The Wright Model52，The Small Model3，The Thorborg, Unruh and Struck Model64，The Leach Model75，The Klippel Model（Klippel模型是Thorborg模型稍微简化而来。）

关于阻抗测量或者TS参数测试仪的相关话题的疑议，以下仅一家之言，提供参考；

目前除了超百万级的国际顶级KLIPPEL电声测量系统没用过外（年后计划采购），其它市面上主流的厂商电声测量分析仪我基本都有使用过；clio10,11，和12版，Lms，APx515和525，Nti，soundcheck，DATA-V2(DAYTON),甚至DAAS，B&K，包括国产的不知名几个分析仪就不一一列出了。就以上的各家测量TS参数并没有说哪家的仪器更准，要说性价比更高重复更强使用更便捷的还是当属；达通DAYTON的DATA-v2/v3阻抗分析仪，价格还更便宜，实属不可多得的一款良心产品。非常建议有diy动手能力强的朋友们去采购。data的阻抗分析同时提供std和TSL数据库，还给出了一些不常见的参数，它仅仅是因为没有经过音频行业认真而已，但不妨碍它的精确度和高可靠性。前期开发测试工程样品时绝大部分都还依赖这个精巧的阻抗分析仪，八颗星的赞！

怎么方便怎么来。而data更贴心了提供两种灵敏度：参考电压声压灵敏度和参考声压灵敏度，前者通常会是决定设计系统的效率参考点之一。而作为厂商在硬件储备上更多是考虑行业认证的问题。

再比如在庞大的数据后处理分析上，就我个人而言也几乎依赖免费的软件：REW。REW这款软件精确度完全不是问题，主要还是在用的人而不是软件问题，而对于数据后处理分析的功能和灵活性比任何一款准专业级设计更加的便捷高效。新版本的REW在测量TS参数时，还多了一个双重验证功能，及容感抗曲线提供参考，非常不错。相较于soundcheck的各种莫名其妙防不胜防的高bug和时常出现矫情造作脑短路的CLIO而言，REW不知道要好上几倍，而专业性的软件局限性又强，很多时候各种数据的交叉变换操作都有一种‘高深莫测’的抓瞎感，况且各家的准专业的分析仪的在测量前的各种天花乱坠设置和校对校准工作也让人烦不胜烦的很。虽然国际一线分析仪APx和NTi，soundcheck等能够提前编辑各种测量的序列程序，但当你要打算直接内嵌式后处理分析数据，绝对是能安抚你焦躁不安激动的情绪，想快都不行，更多时候是用来跑产线上的QC品控而已。至少我是这样！躺平不好吗，干嘛去瞎折腾这逼玩意，当然太无聊的时候拿来耗时间等收工是妥妥的好工具。