【導讀】動(dòng)態(tài)揚聲器的主要電氣特性是電阻抗，它與頻率具有函數關(guān)系。通過(guò)繪圖可以將其可視化，該圖稱(chēng)為阻抗曲線(xiàn)。本實(shí)驗活動(dòng)的目的是測量永磁揚聲器的阻抗曲線(xiàn)和諧振頻率。
背景知識
動(dòng)態(tài)揚聲器的主要電氣特性是電阻抗，它與頻率具有函數關(guān)系。通過(guò)繪圖可以將其可視化，該圖稱(chēng)為阻抗曲線(xiàn)。
最常見(jiàn)類(lèi)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(dòng)圈式揚聲器中的音圈懸掛在由永磁體提供的磁場(chǎng)中。當電流從音頻放大器流過(guò)音圈時(shí)，由線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對永磁體的固定場(chǎng)作出反應并移動(dòng)音圈（和紙盆）。交替電流將來(lái)回移動(dòng)紙盆。紙盆的移動(dòng)使空氣振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。
揚聲器的移動(dòng)系統（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(lái)的簡(jiǎn)單質(zhì)量塊，其具有一定的諧振頻率，系統在該共振頻率下具有最大的振動(dòng)自由度。
該頻率被稱(chēng)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(dòng)，因此磁場(chǎng)中線(xiàn)圈運動(dòng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢也處于其最大值。這會(huì )導致?lián)P聲器的有效電阻抗在FS下達到最大值，稱(chēng)為ZMAX。對于剛好低于諧振頻率的頻率，當頻率接近FS時(shí)，阻抗會(huì )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(diǎn)；在諧振頻率以外，隨著(zhù)阻抗下降，就會(huì )呈現容性的特點(diǎn)。阻抗在某個(gè)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主要（但不是完全）具有阻性的特點(diǎn)。揚聲器的額定或標稱(chēng)阻抗ZNOM來(lái)自該ZMIN值。
在為多驅動(dòng)揚聲器和用于安裝揚聲器的物理機箱設計交叉濾波器網(wǎng)絡(luò )時(shí)，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(jìn)行的測量，圖1中顯示了一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)直流電阻與由L、R和C構成的有損并行諧振電路串聯(lián)，來(lái)模擬目標頻率范圍內揚聲器的動(dòng)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/重低音喇叭數據手冊中，該直流電阻通常稱(chēng)為DCR。直流電阻測量值通常小于驅動(dòng)器的標稱(chēng)阻抗ZNOM。RDC通常小于揚聲器額定阻抗，并且入門(mén)級揚聲器發(fā)燒友可能擔心驅動(dòng)器放大器會(huì )過(guò)載。但是，由于揚聲器的電感(L)會(huì )隨著(zhù)頻率的增加而增加，因此驅動(dòng)放大器不太可能將直流電阻視為其負載。
● L是通常以毫亨(mH)為單位測量的音圈電感。通常，業(yè)界標準是在頻率為1000 Hz時(shí)測量音圈電感。隨著(zhù)頻率增加到0Hz以上，阻抗會(huì )增加到RDC以上。這是因為音圈就如一個(gè)電感。因而，揚聲器的整體阻抗不是恒定值，不過(guò)可以將其表示為隨輸入頻率變化的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，我們將在進(jìn)行測量時(shí)看到這一點(diǎn)。揚聲器的最大阻抗ZMAX出現在諧振頻率處(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(dòng)零件的總質(zhì)量與運動(dòng)時(shí)揚聲器懸架的受力達到平衡的頻率點(diǎn)。諧振頻率信息對于防止揚聲器箱出現振鈴非常重要。一般而言，影響諧振頻率的關(guān)鍵要素是活動(dòng)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）調到FS，使兩者協(xié)同工作。通常，FS較低的揚聲器在低頻再現方面優(yōu)于FS較高的揚聲器。
● R表示驅動(dòng)器懸架損耗的機械電阻。
材料：
● ADALM2000 主動(dòng)學(xué)習模塊
● 無(wú)焊試驗板
● 一個(gè)100 Ω電阻（或其他類(lèi)似值）
● 一個(gè)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
硬件設置
構建圖2所示電路，最好使用無(wú)焊試驗板。揚聲器可以放置在機箱中或機箱外。
圖2.揚聲器測量設置。
程序步驟
在Scopy中，啟動(dòng)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(dòng)電壓表，然后將兩個(gè)通道均設置為交流（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(guò)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)生器設置為幾個(gè)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(xiàn)。信號生成器的頻率步進(jìn)設置為100 Hz，可計算每個(gè)頻率下的阻抗Z。揚聲器阻抗較小，約等于線(xiàn)性區域中的直流電阻，但其在諧振頻率FS處要高得多。曲線(xiàn)圖如圖5所示。您的揚聲器可能與此例有所不同。
頻率響應
硬件設置
為了繪制頻率響應，按照圖5所示進(jìn)行連接。
圖5.用于繪制頻率響應的試驗板連接。
程序步驟
在網(wǎng)絡(luò )分析儀工具中，您可以進(jìn)行對數掃描。將開(kāi)始頻率設置為100 Hz，停止頻率設置為1 kHz。將相位范圍設置為-30°至+30°，將幅度設置為0 dB至10 dB。
圖6.揚聲器電路的頻率掃描。
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