揚聲器的發明已有一百多年的歷史,開口箱(或稱倒相箱)和閉箱系統的歷史亦超過半個世紀,其設計理論由THIELE採用濾波器綜合設計法而進入一個相當嚴密的新時期[1],到了70年代,澳大利亞悉尼大學的斯莫爾(Small)博士發表了著名的系列論文[2],更將揚聲器系統的設計推進到一個系統化的高度。自那以後,揚聲器廠家和一些國際標準在不同程度上接受了斯莫爾的建議,在產品說明書和標準中列出了小信號參數和大信號參數,人們稱之為TS參數(T代表Thiele先生,S代表斯莫爾先生)。從80年代以來,人們已習慣於引用斯莫爾文獻來進行揚聲器的測試和設計了,文中試圖評述揚聲器系統的設計和斯莫爾文獻的關聯,在高度評價斯莫爾的成功的基礎上,將指出為完善系統設計所需要繼續的努力方向,為敘述簡便,把斯莫爾文獻及其成果統稱為斯莫爾理論。
a.小信號參數
作為揚聲器單元,斯莫爾理論總結了4個最基本的小信號參數。即:
1.fs為揚聲器單元的振動系統的諧振頻率;
2.VAS為揚聲器單元的聲順的等效容積;
3.Qms為揚聲器單元的機械阻尼因數,為振動系統的電等效對反動生電抗在fs處的比值;
4.Qes為音圈的直流阻抗對反動生電抗在fs處的比值。揚聲器單元的電磁阻尼因素。
這4個參數易於由測量取得,在揚聲器系統的設計中起支配作用。事實上,確定這4個參數的揚聲器單元的物理參數是:
1.音圈直流阻Re,
2.磁隙中的磁通密度B,
3.磁場中的音圈導線的長度L,
4.振膜的有效投影面積Sd(=πa2),
5.振動系統的力順Cms,
6.包括音箱和空氣負載的機械質量Mms,
7.振動系統的力阻Rms。
揚聲器單元的物理參數是客觀存在的,小信號參數與它們有確定的關係,但在分析和設計中TS參數更為方便。
b.大信號參數
(1)Pe(max):揚聲器單元的散熱能力所確定的最大功率額定值。斯莫爾認為,揚聲器系統的功率控制能力將受到揚聲器單元的音圈的散熱能力的限制。
(2)Vd(=SdXmax):振膜在最大振幅時所推動的體積。Sd為振膜面積,而Xmax為最大振幅值。斯莫爾認為,揚聲器單元在低音頻段的振幅較大,其振幅的頻率特性與揚聲器系統的設計有關,亦即和音箱的設計有關,與其相關的振幅限定的輸入功率能力的額定值也是系統特性,而不只是單元特性,該額定值往往小於Pe(max)。為了對揚聲器單元有所要求,Vd的數值是很重要的。
有了上述4個小信號參數和兩個大信號參數,採用濾波器綜合法來設計揚聲器系統即為相當程序化的工作了,揚聲器單元的靈敏度已隱含在上述參數中,斯莫爾以電聲轉換效率來表達。
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