揚(yáng)聲器性能是電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等物理參數(shù)共同作用的結(jié)果，由鼓紙、彈波、音圈、磁路等關(guān)鍵零部件的性能共同確定，其中一些參數(shù)相互制約相互影響，因而必須綜合考慮和設(shè)計(jì)。

　　1、主要參數(shù)綜合設(shè)計(jì)和分析

　　揚(yáng)聲器常用機(jī)電參數(shù)以及計(jì)算公式、測量方法簡述如下：

　　直流電阻Re

　　由音圈決定，可直接用直流電橋測量。

　　共振頻率Fo

　　由揚(yáng)聲器的等效振動(dòng)質(zhì)量Mms和等效順性Cms決定，見公式(5)， Fo可直接用Fo測試儀測量或通過測量阻抗曲線獲得。

　　共振頻率處的最大阻抗Zo

　　由音圈、磁路、振動(dòng)系統(tǒng)(鼓紙、彈波)共同決定，可用替代法測量或通過測量阻抗曲線獲得。

　　Zo = Re+[(BL)2/(Rms+Rmr)] (10)

　　機(jī)械力阻Rms

　　由鼓紙、彈波的內(nèi)部阻尼及使用膠水的特性決定，可由測量出機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qms后通過下列公式計(jì)算：

　　Rms =(1/Qms)*SQR(Mms/Cms) (11)

　　這里SQR( )表示對(duì)括號(hào)( )中的數(shù)值開平方根，下同。

　　輻射力阻Rmr

　　由口徑、頻率決定，低頻時(shí)可忽略。

　　Rmr = 0.022*(f/Sd)2 (12)

　　等效輻射面積Sd

　　只與口徑(等效半徑a)有關(guān)。

　　Sd =π* a2 (13)

　　機(jī)電耦合因子BL

　　由磁路Bg值和音圈線有效長度L決定，也可通過測量電氣品質(zhì)因數(shù)Qes后用下列公式計(jì)算:

　　(BL)2 =(Re/Qes)*SQR(Mms/Cms) (14)

　　等效振動(dòng)質(zhì)量Mms

　　由音圈質(zhì)量Mm1、鼓紙等效質(zhì)量Mm2、輻射質(zhì)量Mmr共同決定， Mms可由附加質(zhì)量法測量獲得。

　　Mms=Mm1+Mm2+2Mmr

　　輻射質(zhì)量Mmr

　　只與口徑(等效半徑a)有關(guān)。

　　Mmr =2.67*ρo* a3 (16)

　　其中ρo=1.21kg/m3為空氣密度， a為揚(yáng)聲器等效半徑。

　　等效順性Cms

　　是指揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)的支撐部件的柔順度.其值越大,揚(yáng)聲器的整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)越軟.單位:毫米/牛頓(mm/N).

　　由鼓紙順性Cm1、彈波順性Cm2共同決定，此順性即是我們所稱的變位，只是單位需換算為國際單位制：m/N，而變位可以用變位儀直接測量。Cms可由附加容積法測量獲得。

　　Cms=(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2) (17)

　　等效容積Vas

　　只與等效順性、等效輻射面積有關(guān)。

　　Vas =ρo*c2*Sd2*Cms (18)

　　此處c為空氣中的聲速，c=344m/s

　　機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qms

　　由振動(dòng)系統(tǒng)的等效振動(dòng)質(zhì)量Mms、等效順性Cms、機(jī)械力阻Rms共同決定，Qms可由阻抗曲線的測量獲得。

　　Qms =(1/Rms)*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*(Zo/Re) (19)

　　f 為阻抗曲線上阻抗等于SQR(Zo*Re)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率的差值。

　　電氣品質(zhì)因數(shù)Qes

　　由振動(dòng)系統(tǒng)的等效振動(dòng)質(zhì)量Mms、等效順性Cms、機(jī)電耦合因子BL共同決定，由阻抗曲線的測量獲得。

　　Qes =[Re/(BL)2]*SQR(Mms/Cms)=(Fo/Δf)*SQR(Zo*Re)/(Zo-Re) (20)

　　總品質(zhì)因數(shù)Qts

　　由機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qms和電氣品質(zhì)因數(shù)Qes共同決定。

　　Qts =(Qms*Qes)/(Qms+Qes)=(Fo/Δf)*SQR(Re/Zo) (21)

　　參考電聲轉(zhuǎn)換效率ηo

　　由機(jī)電耦合因子BL、等效輻射面積Sd、等效振動(dòng)質(zhì)量Mms共同決定。

　　ηo =(ρo/2πc)*(BL*Sd/Mms)2/Re (22)

　　參考靈敏度級(jí)SPLo

　　與參考電聲轉(zhuǎn)換效率ηo直接相關(guān)。

　　SPLo = 112+10lgηo (23)

　　參考振幅ξ

　　與參考電聲轉(zhuǎn)換效率ηo、電功率Pe、等效半徑a、頻率f有關(guān)。

　　ξ = 0.481*SQR(Pe*ηo)/(a*f)2

　　以上這些參數(shù)現(xiàn)在均可用揚(yáng)聲器計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)進(jìn)行測量和計(jì)算，常用的測試系統(tǒng)有LMS、CLIO、MLSSA、DAAS、SYSID、LAUD、IMP等。另外，也可利用一些計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行揚(yáng)聲器參數(shù)的基本設(shè)計(jì)，如LEAP、CALSOD、Speaker Easy、DLC Design、AudioCad、SOUNDEASY等。

　　揚(yáng)聲器的功率、失真指標(biāo)無法直接用公式進(jìn)行定量計(jì)算，只能作些定性分析和探討。

　　揚(yáng)聲器的額定正弦功率以及純音檢聽功率，基本上由低頻最大振幅ξo決定。一般低頻最大振幅是在共振頻率Fo處。揚(yáng)聲器的低頻最大振幅主要取決于磁路結(jié)構(gòu)和音圈卷寬，當(dāng)然與振動(dòng)系統(tǒng)也有很大的關(guān)系。揚(yáng)聲器正常工作時(shí)，音圈不能跳出磁間隙，即有ξo≤Xmax，否則會(huì)產(chǎn)生很大的非線性失真(表現(xiàn)為振幅異常音)、甚至?xí)?dǎo)致音圈損壞(卡死或燒毀)。Fo處最大振幅ξo可由下列公式計(jì)算：

　　ξo = 1.414*BL*I*Cms*Qts (25)

　　式中I為饋給揚(yáng)聲器的電流，I=SQR(Pe/Re)?？梢姡偈箵P(yáng)聲器的基本機(jī)電參數(shù)(BL、Cms、Qts)確定，其電流I決定的功率Pe=I2*Re就受到低頻最大振幅ξo≤Xmax的限制。反之，假使揚(yáng)聲器的功率必需達(dá)到一定值，則揚(yáng)聲器的等效順性就不能太大，亦即Fo不能太小。當(dāng)有(BL)2/Re>>Rms時(shí)，公式(25)又可簡化如下：

　　ξo = 0.225*V/(BL*Fo) (26)

　　式中V為饋給揚(yáng)聲器的電壓，V=SQR(Pe*Re)。此式更直觀地顯示出最大振幅ξo與電壓V、機(jī)電耦合因子BL、共振頻率Fo的關(guān)系。一般所稱的總品質(zhì)因數(shù)Qts對(duì)低頻振幅的控制能力就由公式(25)、(26)體現(xiàn)和反映，其中BL值的作用更明顯。

　　揚(yáng)聲器的低頻聲功率Pa同樣也受到限制：

　　Pa= Pe*ηo=4.33*ξ2*a 4*f 4 (27)

　　可見，聲功率Pa既與電功率Pe有關(guān)、又與電聲轉(zhuǎn)換效率ηo直接相關(guān)，實(shí)際上最終與揚(yáng)聲器的振幅、口徑、頻率有關(guān)。為了達(dá)到一定的聲功率Pa，在頻率一樣的條件下，口徑越小、則其振幅越大，而振幅一般都受到限制，所以口徑就不能太小。亦即，小口徑揚(yáng)聲器不可能產(chǎn)生很大的聲功率，因?yàn)樾】趶綋P(yáng)聲器一般都受到結(jié)構(gòu)限制，其振幅較小，效率較低，而音圈不會(huì)很大、所用線徑有限、所能承受的電功率也有限。

　　揚(yáng)聲器額定噪聲功率和長期最大功率，既與低頻最大振幅有關(guān)，又與音圈的線徑、材料和系統(tǒng)的散熱條件、使用的膠水等直接相關(guān)。大功率揚(yáng)聲器，一般均使用高強(qiáng)度耐高溫的音圈線、音圈骨架、膠水，采用大沖程、散熱良好的磁路結(jié)構(gòu)，音圈采用較寬的卷寬和線徑，彈波采用強(qiáng)度好、抗疲勞性能好的材料，當(dāng)然一般也采用大口徑系列。揚(yáng)聲器額定噪聲功率和長期最大功率，最終只能通過負(fù)荷試驗(yàn)獲得和驗(yàn)證。

　　2、喇叭單元的參數(shù)

　　T/S指標(biāo)(Thiele/Small-Specs)

　　T/S指標(biāo)是由澳大利亞人A.N. Thiele 和 Richard Small，在70年代初發(fā)明的揚(yáng)聲器系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本參數(shù)?，F(xiàn)今，幾乎所有的人都是按照該理論來生產(chǎn)喇叭音箱。T/S指標(biāo)有如下幾個(gè)：

　　Fs(Fo) 為喇叭在自由場下的諧振點(diǎn)頻率。

　　Vas 為等同于喇叭順性的空氣容積。

　　Qes 為喇叭的電Q值，它反映了單元在Fo時(shí)于電磁控制下的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)，諧振能力越低。

　　Qms 為喇叭的機(jī)械Q值。它反映了單元在Fo時(shí)于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)。

　　Qts 為喇叭的總Q值(由Qms和Qes并聯(lián)耦合而成)它反映了單元在Fo處的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)。

　　機(jī)電性能指標(biāo)(Electro-Mechanical parameter)

　　Mms：喇叭的總振動(dòng)質(zhì)量(包括振膜的質(zhì)量、音圈的質(zhì)量、前后加載的空氣等)

　　Cms：喇叭單元的順性

　　Rms：機(jī)械阻尼，包括振動(dòng)的摩擦、輻射阻。

　　Rme ：電氣阻尼因數(shù)，反映單元電磁系統(tǒng)對(duì)振膜的機(jī)械控制和阻尼，常用來衡量單元的電磁系統(tǒng)的能力。

　　Re：音圈的直流電阻

　　BL：線圈間隙的磁場強(qiáng)度

　　Dd：振膜直徑

　　Le：音圈電感量

　　Sd：振膜的表面積

　　fLe：電感測量頻率

　　大信號(hào)指標(biāo)(Large-Signal Parameter)

　　Xmax：最大線性位移，或叫線性沖程，計(jì)算為全沖程位移值的1/2，通常這個(gè)值比較有水分，有些廠家會(huì)給出單元的物理最大位移。而一些廠家采用全程的P-P值(peak-to-peak)表示,此時(shí)我們要注意在對(duì)比時(shí)減半。

　　Xlim：不損壞的最大位移。(或又表示為其他Xmec，最大機(jī)械位移)

　　Hc：線圈高度

　　Hg：間隙高度

　　Vd：喇叭在線性范圍內(nèi)，最大的推動(dòng)空氣體積

　　Pe：可連續(xù)工作不燒毀的最大輸入功率。

　　討論：

　　◆實(shí)際上，所有T/S參數(shù)都是圍繞低音單元的諧振峰測量得來的，反映了低音單元諧振峰的特性，并據(jù)此特性設(shè)計(jì)各種音箱箱體。而高音單元的諧振峰對(duì)于箱體制作無意義(高音的振幅也很小)，也無須進(jìn)行特別的描述去應(yīng)用，所以我們不會(huì)在高音單元上搞T/S參數(shù)。

　　◆Fo值是指單元的諧振頻率，即喇叭振幅最大時(shí)的頻率?；旧线@就是單元的低頻重放極限，因?yàn)檫^了諧振點(diǎn)，單元的聲壓將急降，(一般將-3db處稱為截止頻率表示為F3)

　　◆Q值在我們形容單元時(shí)，出現(xiàn)極多，它其實(shí)是描述諧振造成的阻抗峰的尖銳度的一個(gè)數(shù)學(xué)值，Q值越高，表示阻尼小，控制弱，諧振的幅度大，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的低頻聲壓，但由此帶來了振動(dòng)不受控產(chǎn)生的失真。

　　◆關(guān)于Q值高低，對(duì)應(yīng)適合做什么箱的問題,這個(gè)問題有許多的口水爭論。一般說來，低Q值的喇叭，阻尼高控制力好，適合做倒相箱。而高Q值的單元適合做密閉箱。這個(gè)實(shí)際上是個(gè)較模糊界線的選擇，一般Q值高于0.5的單元適宜密閉箱，而Q值低于0.3的要做倒相箱。而業(yè)內(nèi)通常采用EBP值來衡量單元適合制作哪種箱體。

　　3、Qtc：音箱全系統(tǒng)的總Q值

　　箱體的損耗Q值

　　Ql-泄漏損耗Q值，由箱體及單元密封不好造成泄漏產(chǎn)生的，通常這個(gè)對(duì)于倒相箱影響較大. 一般數(shù)值取在5-20，這個(gè)值難以預(yù)知。5表示為密封非常良好! 通常預(yù)設(shè)值為10。

　　Qa-吸收損耗Q值，由箱體對(duì)聲波的吸收產(chǎn)生的，箱內(nèi)的填充料會(huì)大大增強(qiáng)吸收。一個(gè)干燥光滑剛性箱體內(nèi)壁通常約Qa=30-100，大量填充時(shí)，將達(dá)到3-5。

　　Qp-倒相管損耗， 由倒相管產(chǎn)生，由于空氣通過時(shí)，管壁的摩擦，倒相管會(huì)有一些阻尼。事實(shí)上，如果你將此Q值設(shè)得很小的話(意味著阻尼非常大)，那倒相箱就會(huì)變成了密閉箱了。

　　關(guān)于Q值的理解

　　Q值是一個(gè)描繪諧振情形的數(shù)學(xué)量,它總是伴隨阻尼概念(在諧振系統(tǒng)中)被介紹給大家，或者有人把它等同于阻尼值來介紹。對(duì)于一個(gè)諧振系統(tǒng)，阻尼越大，那么系統(tǒng)的諧振越被鉗制，從而導(dǎo)致低Q值的諧振曲線。當(dāng)阻尼小時(shí)，則情況相反，諧振劇烈，形成高Q的曲線。

　　一般來說，對(duì)于揚(yáng)聲器系統(tǒng)，合適的Q值在0.5-1.5之間。低于0.5時(shí)，阻尼太強(qiáng)了，此時(shí)已無諧振發(fā)生。所以，也有人稱0.5Q值時(shí)，為臨界阻尼，稱再小的Q值，為過阻尼。反之， Q大于1.5, 可以叫欠阻尼。

　　在諧振系統(tǒng)的頻率-振幅曲線圖上，我們可以直觀地看到不同Q值所代表的曲線，以及不同Q值的意義。

　　4、喇叭的Q

　　Qes 為喇叭的電Q值，它反映了單元在Fo時(shí)于電磁控制下的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)，系統(tǒng)諧振越小。

　　Qms 為喇叭的機(jī)械Q值。它反映了單元在Fo時(shí)于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)，系統(tǒng)諧振越小。

　　Qts 為喇叭的總Q值(由Qms和Qes并聯(lián)耦合而成)它反映了單元在Fo處的諧振能力，數(shù)值越低，阻尼越強(qiáng)。

　　5、系統(tǒng)的Q值

　　全系統(tǒng)指包括功放輸出端、喇叭線、音箱。 這是一個(gè)工作時(shí)的實(shí)際Q值， 與箱體Q值Qtc相比， 這里加入了阻尼系數(shù)的因素。

　　阻尼系數(shù)的影響， 包括功放的輸出阻尼系數(shù)、 喇叭線的阻尼系數(shù)、 串連喇叭的阻尼系數(shù)(如果有)、分頻器的阻尼系數(shù)。

　　所以，為保證不影響原箱的Q值設(shè)計(jì)， 一般功放要求采用阻尼系數(shù)盡量小的， 最最起碼是10以上， 但一般要求100以上。而分頻器中主要是電感的電阻的影響，一般是說20以上。線材同樣也應(yīng)該盡量小。

　　對(duì)于串接喇叭， 阻尼系數(shù)無可避免的在1以上， 所以一般設(shè)計(jì)都是并聯(lián)喇叭的。

　　阻尼、Q值都是描繪單元在諧振點(diǎn)附近的工作情形， 即諧振點(diǎn)附近的發(fā)聲變化情況， 對(duì)其他頻率區(qū)域的頻響基本無影響。