目標(biāo)

本實驗活動的目的是測量永磁揚聲器的阻抗曲線和諧振頻率。

背景知識

動態(tài)揚聲器的主要電氣特性是電阻抗，它與頻率具有函數(shù)關(guān)系。通過繪圖可以將其可視化，該圖稱為阻抗曲線。

最常見類型的揚聲器是使用連接到振膜或紙盆的音圈的機電換能器。動圈式揚聲器中的音圈懸掛在由永磁體提供的磁場中。當(dāng)電流從音頻放大器流過音圈時，由線圈中的電流產(chǎn)生的電磁場對永磁體的固定場作出反應(yīng)并移動音圈（和紙盆）。交替電流將來回移動紙盆。紙盆的移動使空氣振動，從而產(chǎn)生聲音。

揚聲器的移動系統(tǒng)（包括紙盆、紙盆支片、彈波和音圈）具有一定的質(zhì)量和順序。通常將這種情況模擬成由彈簧懸掛起來的簡單質(zhì)量塊，其具有一定的諧振頻率，系統(tǒng)在該共振頻率下具有最大的振動自由度。

該頻率被稱為揚聲器的自由空間諧振，表示為FS。在該頻率下，由于音圈以最大峰峰值幅度和速度振動，因此磁場中線圈運動產(chǎn)生的反電動勢也處于其最大值。這會導(dǎo)致?lián)P聲器的有效電阻抗在FS下達到最大值，稱為ZMAX。對于剛好低于諧振頻率的頻率，當(dāng)頻率接近FS時，阻抗會迅速上升并且具有電感性質(zhì)。在諧振頻率下，阻抗具有純阻性的特點；在諧振頻率以外，隨著阻抗下降，就會呈現(xiàn)容性的特點。阻抗在某個頻率處達到最小值ZMIN，在該頻率下，其行為在某些頻率范圍內(nèi)主要（但不是完全）具有阻性的特點。揚聲器的額定或標(biāo)稱阻抗ZNOM來自該ZMIN值。

在為多驅(qū)動揚聲器和用于安裝揚聲器的物理機箱設(shè)計交叉濾波器網(wǎng)絡(luò)時，了解諧振頻率以及最小阻抗和最大阻抗至關(guān)重要。

揚聲器阻抗模型

為了幫助您理解將要進行的測量，圖1中顯示了一個簡化的揚聲器電氣模型。

圖1.揚聲器阻抗模型。

在圖1所示電路中，一個直流電阻與由L、R和C構(gòu)成的有損并行諧振電路串聯(lián)，來模擬目標(biāo)頻率范圍內(nèi)揚聲器的動態(tài)阻抗。

RDC是用直流歐姆表測量的揚聲器直流電阻。在揚聲器/重低音喇叭數(shù)據(jù)手冊中，該直流電阻通常稱為DCR。直流電阻測量值通常小于驅(qū)動器的標(biāo)稱阻抗ZNOM。RDC通常小于揚聲器額定阻抗，并且入門級揚聲器發(fā)燒友可能擔(dān)心驅(qū)動器放大器會過載。但是，由于揚聲器的電感(L)會隨著頻率的增加而增加，因此驅(qū)動放大器不太可能將直流電阻視為其負(fù)載。

L是通常以毫亨(mH)為單位測量的音圈電感。通常，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)是在頻率為1000 Hz時測量音圈電感。隨著頻率增加到0Hz以上，阻抗會增加到RDC以上。這是因為音圈就如一個電感。因而，揚聲器的整體阻抗不是恒定值，不過可以將其表示為隨輸入頻率變化的動態(tài)曲線，我們將在進行測量時看到這一點。揚聲器的最大阻抗ZMAX出現(xiàn)在諧振頻率處(FS)。

FS是揚聲器的諧振頻率。揚聲器的阻抗在FS達到最大值。諧振頻率是指揚聲器活動零件的總質(zhì)量與運動時揚聲器懸架的受力達到平衡的頻率點。諧振頻率信息對于防止揚聲器箱出現(xiàn)振鈴非常重要。一般而言，影響諧振頻率的關(guān)鍵要素是活動零件的質(zhì)量和揚聲器懸架的剛度。我們將通風(fēng)機箱（低音反射）調(diào)到FS，使兩者協(xié)同工作。通常，F(xiàn)S較低的揚聲器在低頻再現(xiàn)方面優(yōu)于FS較高的揚聲器。

R表示驅(qū)動器懸架損耗的機械電阻。

材料：

ADALM2000 主動學(xué)習(xí)模塊

無焊試驗板

一個100 Ω電阻（或其他類似值）

一個揚聲器，最好是揚聲器的紙盆直徑大于4英寸，則其諧振頻率相對較低。

RMS電壓測量

硬件設(shè)置

構(gòu)建圖2所示電路，最好使用無焊試驗板。揚聲器可以放置在機箱中或機箱外。

圖2.揚聲器測量設(shè)置。

程序步驟

在Scopy中，啟動信號發(fā)生器，然后生成具有8 V峰峰值幅度和100 Hz頻率的正弦波形。

啟動電壓表，然后將兩個通道均設(shè)置為交流（20 Hz至800 Hz）。我們可以使用電壓表工具，將揚聲器兩端的均方根電壓（通道1均方根電壓）除以通過揚聲器的均方根電流（通道2均方根電流），從而計算出單一頻率下的揚聲器阻抗Z。將通道2上的均方根電壓除以R1電阻或100 Ω可計算出均方根電流。嘗試將信號發(fā)生器設(shè)置為幾個不同的頻率，并查看揚聲器上的電壓以及計算得到的Z如何變化。

圖3.VL和IL的揚聲器測量設(shè)置。

圖4.揚聲器上的均方根電壓。

您可以繪制計算得到的阻抗Z與頻率的關(guān)系曲線。信號生成器的頻率步進設(shè)置為100 Hz，可計算每個頻率下的阻抗Z。揚聲器阻抗較小，約等于線性區(qū)域中的直流電阻，但其在諧振頻率FS處要高得多。曲線圖如圖5所示。您的揚聲器可能與此例有所不同。

頻率響應(yīng)

硬件設(shè)置

為了繪制頻率響應(yīng)，按照圖5所示進行連接。

圖5.用于繪制頻率響應(yīng)的試驗板連接。

程序步驟

在網(wǎng)絡(luò)分析儀工具中，您可以進行對數(shù)掃描。將開始頻率設(shè)置為100 Hz，停止頻率設(shè)置為1 kHz。將相位范圍設(shè)置為-30°至+30°，將幅度設(shè)置為0 dB至10 dB。

圖6.揚聲器電路的頻率掃描。

問題：

枚舉揚聲器阻抗模型中的主要元件。

根據(jù)圖6中揚聲器電路的頻率掃描，確定FS和BW值。

審核編輯：郭婷