揚聲器阻抗曲線舉例說明

什么是阻抗

在解釋揚聲器阻抗曲線之前，讓我們先了解一下電氣基礎知識。如果我們在電氣系統(tǒng)中施加一個電壓時，電氣系統(tǒng)將對電流表現(xiàn)出一定程度的阻礙作用。我們稱此為阻抗，以歐姆（Ω）為單位。讓我們區(qū)分一下阻抗和電阻，它們使用相同的度量單位（Ω），但不是相同的東西。

當電路由直流電驅(qū)動時，應使用電阻來描述阻礙的大小，它是一個固定值。
當電路由交流電驅(qū)動時，應使用阻抗來描述阻礙的大小。由于交流電中的電流是變化的，所以阻抗不僅有幅度分量，而且有相位分量。
揚聲器系統(tǒng)使用交流電，因此阻抗是我們的主要研究對象，阻抗值會隨頻率發(fā)生變化。在查看官方提供的規(guī)格參數(shù)表時，我們可能會同時看到電阻和阻抗值，例如Re= 3.4Ω（電阻）和Z = 4Ω（阻抗）。Re表示音圈的直流電阻，Z表示標稱阻抗，這里的“標稱”指平均值，由于阻抗會隨頻率變化，所以我們使用平均值來進行描述。這意味著阻抗將主要在4Ω左右，但是它最高可以達到50Ω，而最低則會到2.5Ω。

揚聲器阻抗曲線

揚聲器阻抗不是一個固定值，而是隨頻率變化的。這意味著我們將需要一個圖形來準確分辨出驅(qū)動器的阻抗。同時由于箱體會影響揚聲器的性能，因此同一驅(qū)動器的阻抗曲線也會因為箱體的不同而產(chǎn)生變化。那么讓我們來看一下，在自由場中的驅(qū)動器或密閉箱體中的驅(qū)動器的揚聲器阻抗曲線。

自由場/密閉箱體中揚聲器阻抗圖

讓我們來分析一下密閉箱體中驅(qū)動器的阻抗圖。如果將一個揚聲器分別放在自由場和密閉箱體中進行測量，兩張阻抗圖看起來都會很相似。但在密閉箱體中時，阻抗的峰值將出現(xiàn)在較高的頻率，這是因為箱體會提高音箱系統(tǒng)的諧振頻率。

實線是阻抗。我們以歐姆為單位描述阻抗的大小，在圖表的左側(cè)讀取相應的數(shù)值。
虛線是相位。我們以度為單位描述相位差，您可以在圖形的右側(cè)讀取相應的數(shù)值。

阻抗

阻抗曲線圖可以向我們揭示幾個重要的有用信息，因此讓我們分析一下?lián)P聲器阻抗曲線：

圖表左側(cè)的最小值是直流電阻（Re）。在我們的曲線圖中可以看到大約為3.2Ω。
制造商標注的是標稱阻抗，標稱阻抗指的是阻抗的平均值。這張圖中，標稱阻抗為4Ω,僅比Re略高。
阻抗圖中的峰值代表諧振頻率，對于自由場中的驅(qū)動器和密閉箱體中的驅(qū)動器來說都是如此。對于密閉箱體中的驅(qū)動器來說，如果我們將其與位于自由場中的相同驅(qū)動器進行比較，則諧振頻率會稍高。

隨著頻率的升高，阻抗也隨之升高。揚聲器由多個部分組成，其中有一個是音圈，它是一個電感器。這將表現(xiàn)出與電流相反的電感電抗。由于感抗與頻率成正比，因此阻抗隨頻率的升高而升高。

相位差

在有抗電路（具有電抗和感抗）中，電流和電壓之間有時會存在相位不同的情況。這意味著電流將在一定時間段內(nèi)超前或滯后于電壓。這種差異被稱為相位差，以度為單位。

相位差的特性：
在容性電路中，電流會超前電壓，此時相位差為負。
在感性電路中，電流將滯后于電壓，此時相位差為正。
在純電阻電路中，電流和電壓同相，此時相位差為0°。

現(xiàn)在讓我們回到音頻領域，分析一下?lián)P聲器阻抗曲線：

根據(jù)揚聲器系統(tǒng)的電抗變化，相位差的數(shù)值也會發(fā)生變化。在諧振頻率和由于音圈電感導致阻抗開始上升的頻率，相位差為0°。

這個相位差在實際應用中可以做什么呢？它可以告訴我們功率放大器在驅(qū)動特定負載（揚聲器）時自身散發(fā)的熱量和實際傳遞給負載的功率之間的關(guān)系。相位差會在±90°之間變化，但是在實際情況下，它的范圍會更窄：[-45°;+45°]。在0度時，放大器將輸出與自身散熱量等同的功率。在最壞的情況下（相移為45°），放大器散熱的功率將是其提供給負載功率的4倍。因此，如果放大器向揚聲器提供100W的功率（相移為45度），則會有400W的功率轉(zhuǎn)化為熱能。

譯者注：

其中P為有功功率（即功率放大器傳遞給揚聲器的功率），圖片為功率因數(shù)，圖片為相位差。剩余功率則會轉(zhuǎn)化為無功功率，不會為揚聲器提供聲能的轉(zhuǎn)換或讓揚聲器發(fā)熱。如下表：

可以看到當角度在45°時，電壓恒定，而電流變?yōu)?°時的兩倍，負載為一半。所以如果需要得到和0°時相同的功率則需要發(fā)出原本4倍的熱。
(引用自https://sound-au.com/patd.htm)

倒相式揚聲器（開孔揚聲器）阻抗圖

與自由場或密閉箱體的阻抗圖不同，倒相式揚聲器阻抗圖將顯示2個峰值。這是一個例子：

峰值之間的阻抗最低的點表示箱體的諧振頻率

根據(jù)兩個峰之間的高度比較，我們可以考慮以下3種特殊情況：
1. 兩個峰的高度相同。這意味著驅(qū)動器在自由場中的共振頻率（fs）與箱體的共振頻率（fb）相匹配。
2. 第一個峰值高于第二個峰值。這意味著fb> fs。
3. 第二個峰高于第一個峰。這意味著fb<fs。

譯者注：

一個自由場中，驅(qū)動器能發(fā)出的最低有效頻率為它的共振頻率。當驅(qū)動器發(fā)出的頻率達到箱體的共振頻率時，驅(qū)動器的能量大部分被箱體耗散，導致驅(qū)動器無法進行有效的換能。

當箱體共振頻率高于驅(qū)動器共振頻率時，驅(qū)動器發(fā)出在箱體共振頻率時會導致箱體產(chǎn)生嚴重的失真。

當箱體共振頻率低于驅(qū)動器共振頻率時，驅(qū)動器發(fā)出的所有頻率都不會導致箱體共振。

結(jié)論

上矩形

現(xiàn)在，我們已經(jīng)解釋了揚聲器阻抗曲線，你可以從曲線中看到其中的含義。無論是自由場中的揚聲器、密閉箱體的揚聲器和倒相式揚聲器，如果您知道在哪里找到阻抗圖，它都會為您提供各種有用的信息。