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扬声器设计与制作（全新2.0升级版）音圈的电感量与频率和音圈相对于磁路系统的位置有关。与频率和信号振幅有关的L特性就是测量所发生线性失真（相位的）和非线性（谐波的和互调的）失真值，使音圈产生运动的力是与流过音圈的电流成比例。假如在放大器输出端的电压严格地与重放信号的变化规律相对应，那么流经音圈的电流，以及相应地作用于音圈的力都将精确地重复输入信号的变化规律。但是，这种情况只有在放大器负载是纯电阻时才能实现。当放大器负载为电动式扬声器单元时这个条件就不能满足了，因为电动式扬声器单元的输入阻抗是带有电感分量。电流和电压变化规律偏离程度和特性将取决于电动式扬声器单元输入阻抗的纯电阻和电抗分量间的比值。音圈阻抗的电感分量是随着频率增高而增大，相应地，音圈电感非线性对重放声质量的影响将随着频率增高而增大。工作于两分频系统中，所采用的低一中频电动式扬声器单元，其电感的非线性可以明显地影响中频频率。对于高于此频率的计算，必须注意到音圈电感的情况，可以采用下面公式：F=R6.28L式中：F一失真开始影响的频率(Hz);L一音圈电感量(H)。作为一个例子，我们来比较一下两种型号的电动式扬声器单元根据这个公式计算出来的频率：6.32,Le=0.43mH)F=2330Hz。对电动式扬声器单元的输入阻抗和对重放音质影响的问题有兴趣的读者，C.5aTb先生推荐阅读刊于Paduo杂志1997年第4期上的C.AreeB的文章《低频放大器应该具在手册资料中，扬声器单元制造商常常标出表示音圈位置相对于磁路系统的一系列参数，如：Voice coil height-一音圈线面高度；Air gap height-一磁路系统气隙高度；Linear coil travel-一音圈运动的线性行程。这是假定，在线性行程范围中与音圈互相作用的磁场是保持不变的。许多扬声器单元制造商还标出了线性行程的一半，称其为参数X。实际上，X就是音圈的最大振幅，此时音圈保持着与磁通量互相作用的线性特性，也就是说，等量的电流增量引起等量的作用于音圈的力增量。我们关注的参数是和下面简单关系式有联系的：(mm)。这个关系式对于低频，低-中频电动式扬声器单元是正确的，音圈线面高度大于磁路系统气隙高度。正如实际反映那样，在大多数情况下电动式扬声器单元的过载是由于音圈振动输出幅度超出线性区域造成，也就是说是提高X值造成的。在大多数情况下，这种过载状态的开始要比功率和热参数的增加早得多。主要是因为，这是与反比于频率平方的增长趋势音圈振动幅度有关联的。第1章扬声器系统中的电动式扬声器单元重要的是，X过载的可能性在采用中频和高频扬声器单元时要予以重视，因为通常这类扬声器音圈行程的线性区域的数值是很小的。在线性区域外的音圈振动的输出幅度将伴随着明显增大的失真，因此我们提出要合理遵循扬声器制造商对高频扬声器单元要采用不低于两阶滤波器的建议，还要像大功率参数一样确定下来。除了保证使用可靠外，这个建议还有助于在信号功率提高时降低失真。1.1.8音圈最大行程(Maximum coil travel)不会引起音圈损坏的音圈运动的最大行程。该值是大于音圈运动的线性行程的，因此，在最大行程条件下失真可以相当大。如果我们假设，中频扬声器单元在200Hz频率作用下出现最大行程状态，最可能的是在200Hz频率上的失真听觉上不明显，这是由于低频扬声器单元不失真信号的掩蔽作用造成，但是在更高的频率处，在低频扬声器单元辐射明显变弱时，由这种非线性状态造成的失真就相当明显了。1.1.9有效话塞面积S.(Effective piston area)这是像圆面积那样计算的有效辐射面积，其有效直径是包括锥盆直径和部分折环宽度。这个参数通常在扬声器制造商的产品目录中出现。锥盆的有效面积和X:一起，可表示为音圈在线性区域范围内运动时空气位移容积的动态能力。空气位移容积是低频扬声器的一个重要的极限指标，因为在可保证电动式扬声器单元在规定的失真条件下，这个指标决定了低频段的最大声压值。例如，电动式扬声器单元Peerless830432具有线性位移容积为0.000441m3,可以在30Hz时，1m距离处获得99.6dB的声压级幅值。1.1.10振动质量Mms(Moving mass)电动式扬声器单元的振动质量包括锥盆质量和音圈质量，部分折环质量以及锥盆的空气随动质量。不计入空气随动质量的振动质量称为M。知道这些很有用，因为在应用计算机程序时，当要建立电动式扬声器单元的模式时，上述质量的不准确性可能导致计算结果错误。1.1.11支撑顺性Cms(Suspension compliance)这个值表示在音圈运动的方向上，向音圈施加一个单力的作用下锥盆的位移程度。位移对力的关系出现时即为C的mm/N的测量。在电动式扬声器单元的工作状态中，加到音圈的力是由流经音圈的电流和磁气隙中的磁场相互作用形成的。这种相互作用用参数表示就称为力系数一Force factor(BL)。BL值的测量单位可以是N/A(牛/安培)，其表示为单位电流产生在音圈上的作用力，也可以是T·m(特斯拉·米)，表示为音圈导线的有效长度与磁路系统气隙中磁感应强度的乘积。这两种表示方式是等值的，此时数字也是一致的。欧洲的某些扬声器制造商，例如AUDAX和SCAANING公司在技术资料手册中引入了一个称为Acceleration factor(A)一加速度系数(A)的参数。这个参数表示在音圈中单位电流对于振动质量加速的程度，且可由下面公式计算：加速度系数的量纲为M/s2A(kg/s2A)。5扬声器设计与制作（全新2.0升级版）产生正弦振动的音圈加速度，如果保持振动幅度不变，就具有与频率平方成比例增加的趋势。因此，低频、中频和高频扬声器单元的加速度系数是有明显差异的。例如，SEAS公司直径260mm的W26FX001和W26FX002低频扬声器单元具有的加速度系数分别为180和236。低频扬声器单元W22NY001和H1288具有的加速度系数为440和334。中-低频扬声器单元H1215的加速度系数为514。直径100mm的中频扬声器单元加速度系数值可以在800~1500范围内。对于高频扬声器单元来说，则要求加速度系数明显更高些。例如，MOREL公司的MDT30和MDT33高频扬声器单元，具有的加速度系数分别可达到7950和14300。在选择电动式扬声器单元的组合时，考虑加速度系数值是很有利的。在两分频系统中，中-低频扬声器单元是应该总的参数选择的，此时加速度系数不是优选考虑的参数。但是，在选择中频扬声器单元和高频扬声器单元时加速度系数就起到比较重要的作用了。随着加速度系数增大，放音的细节会增多，在大型乐队的声场中每种乐器声将细分得更好。在业余环境中是可以听到扬声器单元表现出或慢或快的放音特性的。C.5Tb先生认为，利用加速度系数值的校正，这类放音特性就会变得相当好的。下面我们谈谈Thiele-Small parameters(T/s)。Thiele-Small参数群是在手册资料中引人，供计算低频扬声器单元和中频扬声器单元的声装置用的。(I)Free air resonance(f)一自由空气共振频率(f,)表示在自由空间中电动式扬声器单元的共振频率。对于低频扬声器单元来说，F。决定了在声频范围内频响低端的截止频率。对于在选定类型的声装置中给定扬声器单元的F是可以获得的(2)Equivalent volume(V,)一支撑顺性的等效容积(V.)参数的物理意义，如果设想为带面积S。的可在圆柱体中运动，压缩空气的活塞就易理解。在单位力的作用下活塞位移将取决于圆柱体内的空气容积。随着圆柱体内空气容积增大，在单位力作用下的活塞位移将增加。假如空气容积选择得这样，使得受单位力作用的活塞位移就等于受相同力作用的锥盆位移，那么这个被选定的容积就是'。等效容积与锥盆面积和支撑顺性是成正比的，在其他相等的条件下电动式扬声器单元的封闭箱或倒相箱形式的声装置容积与V也是成正比的。(3)Mechanical Q factor(Q.）一力学（机械）品质因数(Q)表示在电动式扬声器单元中作为力学振荡系统的能量损耗特性。在电动式扬声器单元共振频率处的力学振荡是与支撑变形或不变形的势能中可动质量的动力学能量过渡有联系的。振荡过程伴随着在折环中的摩擦能量损耗和一系列其他损耗，其中也包括声音的辐射损耗。力学品质因数是储存的能量（无功功率）对损耗的能量（有功功率）的比值，这是一个振荡周期内所取的值。对于大多数现代低频电动式扬声器单元来说，Q在2~10的范围内。品质因数作为相同量纲的两个数之比，所以是无量纲的值。(4)Electrical Q factor(Q.)一电气品质因数(Q.)表示在音圈回路中在电流流过产生的振荡过程中能量损耗的特性。当音圈在磁场中运动时，音圈的输出端就会产生电动势。如果输出端是开路的，那么电动势是不会影响6第1章扬声器系统中的电动式扬声器单元振荡过程中的能量损耗的。当情况变化，如果音圈输出端是闭合的，那么在电动势的作用下音圈中就会有电流流过，流过音圈的电流建立的磁场就会与气隙中的磁场相互作用。互相作用的结果是抑制了音圈的运动，花在制动上的能量最终以电流流动发热的形式耗散排出。用在密闭箱或倒相箱声系统中工作的电动式扬声器单元的Q,值，在0.25~0.8的范围内。作为Q值是在假定音圈回路中阻抗为零确定的，在音圈回路中接人有效阻抗时就会导致Q增加。输入信号的功率加热音圈会导致有效阻抗增加，从而相应地使扬声器单元的电气品质因数增加。(5)Total Q factor(Q.)一总品质因数Q这个值表示了在振荡系统中无论是力学过程还是电气过程所引起的总损耗特性。总品质因数由下面公式表示：利用T/S参数，并借助于诺木图、表格，或计算机软件就可以计算低频扬声器单元和低-中频扬声器单元的声装置了。1.2业余扬声器箱电动式扬声器单元的选择在业余条件下研制扬声器箱是一项有趣和吸引人的事情。在这个过程中，第一步就从仿制已有的音箱结构开始。但是，根据C.5Tb先生的观点，希望制作扬声器箱的爱好者应要求扬声器箱的放音在最大程度上要符合爱好者个人的某些偏好。爱好者们的个人偏好是极为不同的，无论是对放音特性的特殊要求还是这些要求的描述方法，在大多数情况下这些要求是和工程术语无关。这些道理完全明白易懂，因为音乐听感是与感情理解有联系的，听感的个人特性，这个课题是相当微妙，而且服从形式化是不行的。可能的话，希望爱好者能在自己制作放大器、扬声器箱和其他组合音响的道路上建起一座在音乐感情世界与技术装置系统之间的桥梁。制作扬声器箱是一项不断追求的工作，爱好者要取得成果，又应明白不可实现的标准，有一项困难在于评估方面，很难找到一种锥盆材料（如纸质、kevlar、聚丙烯膜片等）能重放出交响乐团产生的声音。许多高要求的乐迷和音响公司都成功地获得了在家庭条件中音乐听感的满意度，但是C.bTb先生认为，这完全是由个人侧重造成的音乐错觉。因此，对于选择电动式扬声器单元来说，最好希望扬声器单元具有代表性的放音特性。SEAS、MOREL、SCANSPEAK、VIFA等公司的许多型号的电动式扬声器单元很有特色地应用在SOUNDFABER,PROAC,BC ACOUSTIC,OPERA,VIRTUAL ACOUSTICS和其他生产商的扬声器箱中。聆听应用上述公司的杨声器单元制作扬声器箱的放音，可以获得以实际经验形式出现的有价值的信息，所以对许多爱好者来说，在选择电动式扬声器单元组合时这些经验要比工程参数重要得多。下面，C.6aTb先生以经验交流的方式，简述他与三家扬声器单元制造商进行互动的某些型号的电动式扬声器单元特性。AB-IeHTp(AB-中心)，在俄罗斯市场上代理着德国VISATON公司和意大利CIARE公司的产品。VISATON公司给爱好者提供各种型号的供Hi-Fi和Hi-END级别