测量扬声器阻抗配置文件

跳跃的开发板

目的：

本实验活动的目的是测量永磁扬声器的阻抗曲线和谐振频率。

背景：

动态扬声器的主要电气特性是其电阻抗与频率的关系。可以通过将其绘制为称为阻抗曲线的图表来可视化。

扬声器的最常见类型是使用与振膜或锥体连接的音圈的机电换能器。动圈式扬声器中的音圈悬浮在永磁体提供的磁场中。当电流从音频放大器流过音圈时，线圈中的电流所产生的电磁场会与永磁体的固定场发生反应，并移动音圈和扬声器锥。交流电将使锥体来回移动。该运动使空气振动并产生声音。

扬声器的运动系统（包括锥形，蜘蛛形，锥形悬挂和音圈）具有一定的质量和特定的阶数。这通常被建模为由弹簧悬挂的简单质量，弹簧具有一定的共振频率，系统将在该共振频率下最自由地振动。

该频率称为扬声器的自由空间共振，用F S表示。在此频率下，由于音圈以最大的峰峰值振幅和速度振动，因此由磁场中的线圈运动产生的反电动势也最大。这导致扬声器的有效电阻抗在F S处达到最大值，称为Z MAX。对于刚好低于谐振的频率，阻抗会随着频率接近F S迅速上升，并且本质上是电感性的。在谐振时，阻抗是纯电阻性的，并且超出阻抗范围时，它看起来是电容性的。阻抗达到最小值Z MIN在某个频率上，该行为在某些频率范围内大部分（但不是完全）具有电阻性。扬声器的额定或标称阻抗Z NOM从该Z MIN值得出。

在为多个驱动器扬声器和安装扬声器的物理机箱设计分频滤波器网络时，了解谐振频率以及最小和最大阻抗很重要。

扬声器阻抗模型

为了帮助您了解将要进行的测量，图1显示了扬声器的简化电气模型。

图1.扬声器阻抗模型。

图1中的电路具有一个直流电阻，该直流电阻与一个由L，R和C组成的有损并联谐振电路串联放置，该电路模拟了扬声器在目标频率范围内的动态阻抗。

• R DC是用直流欧姆表测量的扬声器的直流电阻。在扬声器/低音炮数据手册中，直流电阻通常称为DCR。直流电阻测量值通常小于驱动器的标称阻抗Z NOM。R DC通常小于指定的扬声器阻抗，新手扬声器发烧友可能会担心驱动器放大器会过载。但是，由于扬声器的电感（L）随着频率的增加而增加，因此驱动放大器不太可能将直流电阻视为其负载。
• L是音圈电感，通常以毫亨（mH）为单位。通常，行业标准是在1000 Hz下测量音圈电感。当频率增加到0 Hz以上时，高于R DC值的阻抗就会增加。这是因为音圈充当电感器。因此，扬声器的总阻抗不是恒定的阻抗。因此，可以将其表示为动态轮廓，该轮廓随输入频率而变化，正如我们在进行测量时所看到的。扬声器的最大阻抗Z MAX出现在扬声器的谐振频率处。
• F S是扬声器的谐振频率。扬声器的阻抗在F S处达到最大值。共振频率是扬声器运动部分的总质量在运动时与扬声器悬架力平衡的点。谐振频率信息对于防止外壳振铃很重要。通常，运动部件的质量和扬声器悬架的刚度是影响共振频率的关键因素。通风的外壳（低音反射）调整为F S，以便两者一起工作。通常，具有较低F S的扬声器比具有较高F S的扬声器在低频再现方面更好。
• R代表驾驶员悬架损失的机械阻力。
  

材料：

• ADALM1000硬件模块
• 无焊面包板
• 两个100Ω（或任何类似值）的电阻
• ADALP2000套件中的一台扬声器（如果扬声器的锥体直径大于4英寸，则谐振频率相对较低，则效果更好）
  

图2. ADALP2000零件套件中的小型扬声器。路线：

首先构建图3所示的电路，最好使用您的无焊面包板。扬声器是否可以在外壳中。这种配置使我们能够使用通道B的电压走线和负载电流I L作为通道A的电流走线来测量扬声器V L两端的电压。

图3. VL和IL的扬声器测量设置。

启动ALICE Desktop软件。在“ 示波器 ”主屏幕中，ALICE软件可以计算并显示电压和电流波形轨迹的均方根值。在CA Meas下拉菜单下，在电压部分中，选择RMS，在当前部分中，选择RMS。在CB Meas下拉菜单下的电压部分中，选择RMS。

我们可以通过将扬声器两端的均方根电压（通道B均方根电压）除以流经扬声器的均方根电流（通道A均方根电流）来计算单个频率下的扬声器阻抗Z。要显示此计算，我们可以使用“ 通道B用户”测量显示。所使用的两个变量是SV2（用于通道B均方根电压）和SI1（用于通道A均方根电流）。在CB Meas下拉菜单下单击User。输入Z作为标签。输入（SV2 / SI1）×1000作为公式。因为电流以mA表示，所以我们需要将该比率乘以1000才能得到以欧姆为单位的结果。

尝试将通道A设置为几个不同的频率，然后查看扬声器两端的电压和计算出的Z值如何变化。

图4.面包板连接。使用ALICE Bode绘图仪的步骤：

选择Bode绘图工具。在曲线菜单下，选择CA-dBV，CB-dBV和Phase BA。

在“ 选项”下拉菜单下，单击“ Cut-DC”以将其选中（如果尚未选择）。将FFT零填充因子更改为3。

将“ 通道A最小值”设置为1.0 V，将“最大值”设置为4.0V。将“ AWG A模式”设置为SVMI，将“ 形状”设置为正弦。将AWG通道B模式设置为Hi-Z。确保选中“ 同步AWG”复选框。

使用“ 开始频率”条目将扫频设置为以50 Hz开始，使用“ 停止频率”条目将扫频设置为以1000 Hz停止。选择CHA作为要扫描的源通道。也可以使用“ 扫描步骤”条目将频率步进数设置为150。选择“ 单扫描”。

现在，将数据以幅度而不是dB​​的形式导出，以简化数学运算，将其导出到逗号分隔的值文件（“文件”菜单-“保存数据”），并将其加载到电子表格程序（例如Excel）中。您将使用此文件中50 Hz至1000 Hz的通道B数据作为V L值。

注意相位处于其正最大值，零和负最小值的频率点。屏幕上的数据以dB为单位绘制，因此垂直刻度不是以伏特为单位。您的扬声器看起来可能与此示例不同。

图5.频率扫描的示例。

通过将数据保存为幅度，信号发生器的幅度（以伏特rms为单位）将保存到文件中。您可以通过将扬声器V L两端的电压除以电流I L来计算扬声器阻抗Z的大小。I L是电阻两端的电压除以电阻。

从通道中减去通道B电压幅度值的电压幅度值和由50Ω电阻分压将允许您计算电流幅度余大号。阻抗Z将是信道B的电压幅值由电流大小为I划分大号。

现在，您可以绘制计算出的阻抗Z与频率的关系图。图6显示了一个示例图。您的扬声器看上去可能与此不同。

图6.计算阻抗的示例图。

扬声器阻抗很小（大约等于线性区域的直流电阻），但在谐振频率F S处更高。