扬声器系统的气压伺服测试(一)

assx

<br>
<br><br><br>
扬声器系统的气压伺服测试(一) <br><br><br><br><br>
<br>
<br>
　　摘要：本文描述了一种实用的测试系统，该系统与已往测试手段的不同点在于：<br>
<br>
　　（1）被测扬声器的纸盆在气压推动下，可以停留在扬声器可能产生的实际振幅的任何位置。<br>
<br>
　　（2）与工作位置相关的特性（如力因子及顺性等）被设法隔离出来，并在实际振幅范围内的各个位置进行测试。<br>
<br>
　　（3） 对于可视为质量—弹簧—阻尼系统的扬声器单元的基本机械电气参数，尽可能进行直接测量。<br>
<br>
　　（4）由于劲度性能是在模拟正常工作的条件下测得的，故能够捕捉到诸如蠕动、空气动力阻尼等因素的影响，这是目前用其它方法难以测出的。<br>
<br>
　　一、概述<br>
<br>
　　为减少反复调试，在音箱设计中已经广泛使用计算机模型来预测音箱的性能。这些模型都需要有一组参数来描述单元、箱体及无源电子元件。动圈扬声器的参数通常是用小振幅测试信号以附加质量法或附加声顺法测试阻抗曲线而获得。<br>
<br>
　　人们已经发现，采用不同的方法来测同一个扬声器的参数，其差值会大到不可接受的程度。换句话说，对于同一个扬声器，使用两种不同方法测得的数据，会设计出两种完全不同的“最优化音箱”。<br>
<br>由于测试仅仅在几乎静止的位置进行，也严重影响了性能预测精度。其隐含的假定是扬声器单元是一个线性器件，但实测表明，在按纸盆实际振幅情况下进行测试时，其参数变化量会高达两倍之多。<br>
<br>美国密执安州的DLC Design是David Clark先生在1975年创立的旨在进行扬声器委托研究的公司，该公司从上个世纪九十年代初叶起，就致力于扬声器动态测试仪器的研究，1995年推出一种称为DUMAX的仪器，经八年的不断完善，目前已经比较成熟。每一种电声测试仪器都测西尔—斯莫参数，连DUMAX也不例外。但是如何测试纸盆的运动量、打底、失真以及弹性元件的线性？<br>
<br>
　　虽然西尔—斯莫参数很重要，但它只能用于小信号输入时对平坦的频率响应的设计。DUMAX的测试数据则能向设计者提供被测扬声器处于各种不同振幅位置时的性能，直到极限振幅为止。 假如我们所关注的是低频时强劲的冲击力和爆发力，那么DUMAX的测试数据才是我们所真正想要的东西。<br>
<br>DUMAX的测试方法是以伺服控制气压对锥盆进行精确的吹吸来控制振幅，以激光位置传感器确定振系位移，以计算机软件控制连续测试并进行数据处理。<br>
<br>
　　由此，DUMAX能够把振动系统精确地定位在任何位置，进行磁场力和振系顺性的测试。在振幅每得到一个增量后都进行一次测试，直到超过最大振幅Xmax为止，所有的测试结果就给出了各种振幅条件下的扬声器性能。有了这些数据，设计者就可以调整振幅，控制失真，提高可靠性。<br>
<br>DUMAX所测试的内容主要是振系处于各个位置时的BL值和动态刚性。所谓动态刚性指的是力的增量与位移增量之比值，而不是所施加的力与总位移的比值。对于理想的线性弹性系统，其动态刚性曲线应该是一条水平直线，但实际上这是不可能的。DUMAX可以告诉你所测扬声器振系弹性的线性范围。<br>
<br>DUMAX还能给出扬声器处于静止位置时的全部西尔—斯莫参数和机械电气参数。由该测试系统测得的数据是一组机电参数，其中有两个是振幅的函数。在任何给定的振膜位置，均可将相应的那组机电参数转换为传统的西尔—斯莫参数，并用传统的数学模型进行系统综合。<br>
<br>
　　不过，如果要充分利用这些与位置相关的数据，那就需要建立一个基于这些机电参数之上的非线性模型，从而可以预测任意振幅时的失真及频响变化情况。<br><br><br><br>

assx

<br><br>
　　二、使用与测试条件<br>
<br>下图所示是一个6.5英寸的低音扬声器谐振频率随测试电流而变化的情况，当测试电流从0.25毫安增加到100毫安时，谐振频率相应由73赫兹下降到42赫兹。由于在此过程中运动质量并未发生变化，所以我们可以认为谐振频率的变化是完全由顺性的变化而引起的，其相应的西尔—斯莫参数变化如下：<br>
<br>
fs Vas Qes Qms Re Sd<br>
小电流测试 73Hz 0.0085m3 0.9 2.16 4.87Ω 0.0133m2<br>
大电流测试 42Hz 0.026m3 0.52 1.24 4.87Ω 0.0133m2<br>
由此，所设计的箱体类型和体积都会不一样。根据大振幅测试的结果，该单元适宜于做一个书架式的倒相箱，但根据小振幅测试的结果，只能用该单元做一个落地式密闭箱。<br><br>也许有人认为谐振频率变化这么大的扬声器可能只是个特例，根本不值得讨论。但不幸的是事实表明，所有的扬声器单元在采用不同的电流测试时，参数变化均达到不容忽视的程度。当然，当我们对顺性的非线性有更全面的了解时，我们会发现它对系统性能的影响并不太大。换句话说，顺性的变化可能会把西尔—斯莫模型搞得面貌全非，但倒不会引起多少声音的失真。<br><br>图3所示是一个密闭箱在演奏音乐节目时对其6X9吋低音扬声器振幅的记录。电功率在制造厂推荐的范围内，听不出有明显失真，从图中可以看出，最大振幅为±5毫米，可以认为一切都很正常。图4和图5是对同一扬声器力因子Bl和支撑弹簧常数Kms随振幅而变化的情况。在±5毫米振幅范围内，力因子的变化量达两倍，而支撑顺性的变化量达4倍。这就意味着，即使是一个高质量单元在正常工作条件下工作，其关键参数也在经历着连续的大幅度的变化。显然，在静止条件下测得的参数并不足以描述扬声器单元的性能。<br><br>在整个振幅范围内力因子的变化，常常是非线性的主要原因。大家都知道直接辐射式动圈扬声器有很宽的一段平直响应。也就是说，对于一个定压输入，其声输出是与频率无关的。假定与波长相比其幅射面积很小，就需要幅射器在这个频率范围内保持恒定的加速度。再假定与运动惯性负载相比，其空气负载与支撑顺性的变化都是微不足道的。那么，根据牛顿定律，加速度等于力与质量之比，驱动力就必须是与频率无关的常量。<br>
<br>
　　动圈扬声器的推动力可表为Bli，也就是说，力是磁场强度B，场内导线长度l以及流过导线的电流i三者的乘积。在平直响应频段，音圈阻抗几乎是常量，电流几乎与电压成正比，所以响应平直的条件就是产生加速度的力必须是与频率无关的力。在这个响应平直的重要频段，显然与位置有关的变量就是Bi, 即音圈和磁场的相互作用。在扬声器的谐振频率和谐振频率以下，支撑的刚性变得等于或超过质量对驱动力的反作用。而此时已经在平直频段以下，响应已由平直转为下降。振膜的位移在这段达到最大，使得支撑线性的重要性仅次于力因子的线性。<br>
<br>不过，支撑的顺性会变得很重要的原因，实际上是由于在西尔—斯莫模型的五个参数中， 有四个在其定义中包含了支撑的顺性。如果不能正确量度支撑的非线性，就会使整个模型出错。而在我们的机电模型中，由于支撑的顺性的精度是与其他参数无关的，所以E-M模型可延伸到谐振频率以下，去获取磁场的非线性数据。<br>
<br>一个扬声器单元与位置有关的物理和电气特征还有机械阻尼和自感等等，但对于许多实际设计来说，这些因素的影响远比力因子和支撑刚性来得小。再还有就是蠕变和触变。空气动力损失和流体阻尼损失则可能与速度和位置都有关系。随着测量问题的解决，这些参数将越来越多地被融入到模型中去。<br><br><br><br>

老尸

学习下