最低共振周波数或谐振频率(FO)

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所属分类:音频杂谈

是指扬声器从低音域开始振动时,振动板最强烈振动所在点对应的频率,在测量扬声器单元阻抗特性时,阻抗曲线上阻抗值第一次达到最大值时(即Zmax)所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率,简称FO。为了便于理解,我们可以把扬声器的振动系统看成是具有一定质量的惯性体,而把Edge和弹波看成一个弹性体,这时扬声器的整个振动系统就象一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物。从物理学中我们知道,它们具有一个固定的谐振点。扬声器单元在谐振频率处振动系统的振幅最大,扬声器音圈在气隙中运动时产生的反向感应电动势也最大。在FO以下,由于受扬声器振动系统劲度的控制,扬声器输出音压以接近12dB/oct的速度下降,因此扬声器的谐振频率点也是重放下限频率点

综合一下有三点:①最强烈的振动对应频率点

②低音重放下限频率点

③阻抗曲线峰值对应频率点

FO可用下式表述 FO= 1/2π

或 FO= 1/2π所以求顺性 Cms = 1/[( 2πFo )2·Mms]

式中:So:是振动系统的等效力劲,即支撑振动系统的鼓纸Edge和弹波等弹簧系统的刚度,其倒

数是顺性Cms=1/ So

Cms:即顺性Co,表示上述弹簧系统的柔软度。力劲小,顺性大。(单位为Kg)

Mms:即振动系统的等效质量。是以鼓纸和音圈为主的振动系统等效质量Mmd及振动时附

加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和。(单位为Kg)

从上式可以看出,扬声器单元的谐振频率与振动系统的等效力劲的平方根成正比,与振动系统的等效质量的平方根成反比。要降低Fo值,振动系统就要重些,鼓纸边布和弹波要柔软些。

共振:即策动力的频率与振动物体的固有频率相等时,振动物体的振幅最大,此种现象称为共振。

测试Fo值通常是在20℃相对湿度60%的条件下进行,Fo测试用Fo高速测定器,(台湾阳光Sunligh Fo高速测定器Model-7117K)

用自动扫频振荡器(台湾阳光Sunlig自动扫频振荡器Model-7116C)可以粗略的测试其Fo值,但速度很慢,且不够精确。

业余爱好者可用下恒压法测量扬声器单元的谐振频率。按图连接好,图中的R的阻值应小障碍物恒压法测量扬声器单元的谐振频率于扬声器额定阻抗值的十分之一。根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电压(大概1.0V)不变的情况下,这时扬声器音圈中的电流将最小。当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,电阻R两端毫伏表的电压值将逐步下降。当毫伏表的电压值下降至最小时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。

亦可用下恒流法测量扬声器单元的谐振频率。按图连接好,根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电流不变的情况下,在阻抗最大障碍物恒流法测量扬声器单元的谐振频率

时扬声器两端的电压(U=IR,I为恒定)将最大。当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,扬声器两端AC电压表的电压值将逐步上升。当AC压表的电压值第一次上升至最大时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。

影响Fo的条件

1、自然条件:温度和湿度,湿度越大,Fo越低。温度越高,Fo越低。

2、原材料:鼓纸的Fo,弹波的柔软度。

3、输入功率:通常在额定输入功率范围以内,输入功率如大时,低音谐振稍许下降,但将输入功率增加大超过额定输入功率之外时,Fo反会升高。

(三)扬声器的Q值:Qts,Qms与 Qes

又叫扬声器的品质因素。它表示频响曲 在谐振频率Fo处SPL的尖锐程度,它在一定程 (dB度上反应了扬声器振动系统的阻尼状态。扬声器的低频特性通常由扬声器Qts及Fo决定,其中Qts的大小与扬声器单元在Fo处的声压有关,其图如右 Qts值是一个很难理解确很重要的参数,它

在。一定程度上反应了扬声器振动系统的阻尼状 态(即振动衰减的快慢),和共振锐度那么振 Qts处与Fo处声压级之间的关系

很快停止的叫Qts低,振动不易停止的叫Qts高。Qts值过低时扬声器的输出音压还没到Fo处时就迅速下降,扬声器处于过阻尼状态,造成低频衰减过大;Qts值过高时扬声器的输出音在Fo处会出现一个峰,扬声器处于欠阻尼状态,低频得到过分加强,Qts值越大,峰值越陡。

有几种方法可求得或测得喇叭单元的Qts值。

第一种.Qts值可用此公式求得:Qts = Re/(BL)2 式中,Re:即音圈的直流阻抗DCR。

B:表示扬声器磁间隙中的磁感应密度。

L:表示扬声器音圈线的有效长度。

Cms:即顺性,振动系统的顺性,即力劲Co的倒数。

Mms:即振动系统的等效质量(Mmd)。是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的振动系统等

效质量及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量(Mmr)之和。

单体的力系数BL值在后面第五点讲解。

下面介绍怎样测试单体振动系的等效质量Mmd和单体纸盆空气的辐射质量负载和Mmr。

有三种方法可求单体振动系的等效质量Mmd:

直接秤重法

①.直接要求供货商提供相关资料。这种方法不但精确可靠,也是最省时的方法,Mmd是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的等效质量及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和 即

Mms=Mmd+Mmr

②.增加质量法(Delta Mass)

首先求Mmd:增加一块经精密测量重量为Ma的粘土于单体的纸盆上,测出此时加重后的Fo即Fsa,为求精确,测试单体要夹紧在悬挂的表面上。所加的重量Ma至少要让单体的谐振频率改变25%才足够,即加重后的谐振频率Fsa等于未加重时的谐振频率Fo的70~75%,不可太轻。Mmd可由下式求得。Mmd=Ma/[(Fo·Fsa)2-1] (A)

然后求Mmr(单体空气质量负载):空气有重量而且对纸盆表面质产生压力,在计算振动系统有效质量时必须考虑在内。辐射空气质量负载可籍由纸盆的总表面积计算如下:

Mmr=0.575·Sd1.5 (B)

由(A)(B)即可得到Mms=Mmd+Mmr,下表列出不同直径单体典型自由大气压下的辐

射空气质量负载 Diameter

3”

4”

4.5”

5”

5.25”

6”

6.5”

8”

10”

12”

15”

18”

③.Delta Compliance(测试箱)法

采用上述增加质量的方法会使Fsa比单体在自由大气下的谐振频率还要低,如果遇到谐振频率很低的单体,甚至Fsa小于10HZ,会因为到达测试仪器的低频极限而无法测试,Delta Compliance(测试箱)法具有相反的效应使得单体的谐振频率提高,不但容易测量而且所需的测试仪器也不用太高档。

这个测试方法所用的测试箱为密闭式,所有结合处都必须经过不透气处理,同时单体最好

口径朝箱内安装,喇叭在外面。如右图。

喇叭与测试箱之间不可漏气。音箱尺寸必 须提供比自由大气下的谐振频率高50~100% 的改变量。而与Vas有关,如果能从单体获 得Vas值,所需要测试箱的体积大约是Vas 值的一半。右表列出一些箱的容积和所适用 的单体,以便能测试不同尺寸的单体。表中 的测试箱总体积为内部容积,加装单体开孔的容积。而将这些容积可乘以1.02,以便将纸盆前方的体积估算进去。用测试Fo同样的方法可测出音箱的谐振频率Fc,计算音箱的柔顺性Cmb:

Cmb=Vab/1.42·E5·Sd2 (米/牛顿)

式中Vab单位为立方米,Sd单位为平方米,Mmd可由下式求得 Sd(M2) 0.0038 0.0050 0.0055 0.0075 0.0089 0.0125 0.0165 0.0220 0.0330 0.0530 0.0890 0.1300 Mmr(g) 0.1 0.15 0.2 0.35 0.5 0.8 1.2 1.9 3.5 7.0 15.3 27.0

Mmd= Cmb-1-Mmr[1.85(2πFc)2-(2πFo)2]

(2πFc)2-(2πFo)2

式中Cmb单位为米/牛顿(M/N),Mmr单位为公斤(Kg )。而Mms= Mmd+Mmr

由以上可知,扬声器的Qts值与很多因素有关,我们可以利用这些因素来适当的控制扬声

器的Qts值。扬声器的Qts值与扬声器单元的振动系统等效质量的平方根成正比,而与振动系统的顺性的平方根成反比,改变扬声器单元振动系统的等效质量和振动系统的顺性可在一定程度上可控制扬声器的Qts值;由于扬声器的Qts值还与扬声器磁间隙中的磁感应密度的平方成正比,因此改变扬声器磁间隙中的磁感应密度可更有效地改变扬声器的Qts值。目前大多数以此种方法。虽然用上式可直接计算扬声器的Qts值,但由于公式中的一些参数测试起来比较麻烦,所以扬声器的Qts值大多由以下公式求得:

第二种 Z12 =(Zmax2+Re2)/2

Qms= Fo/(F2-F1) Qo= Qms·Re/Zmax

Qts = Fo/(F2-F1)·Re/Zmax = Fo/△F·Re/Zmax

式中,Fo:指扬声器单元的谐振频率。

Re:即被测扬声器音圈的直流阻抗DCR。

F1和F2:指被测扬声器谐振频率Fo两侧当阻抗值下降至最大阻抗值Zmax的0.707倍时的

频率,即图中Z1对应点的频率。

有几个重要Qts值需要记一下

第一种方法可以得到更可靠的结果,第二种方法受到单体鼓纸Edge非线性的影响,而且阻抗曲线尖峰的尖锐程度和形状都有很大关系。所以建议尽量使用第一种方法。

第三种方法按下列步骤进行:

a.测出单体音圈的直流阻抗Re,尽量精确。

b.选择一个接近Re的电阻Rc

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