目標

本實驗活動的目的是測量永磁揚聲器的阻抗曲線和諧振頻率。

背景知識

動態揚聲器的主要電氣特性是電阻抗，它與頻率具有函數關系。通過繪圖可以將其可視化，該圖稱為阻抗曲線。

最常見類型的揚聲器是使用連接到振膜或紙盆的音圈的機電換能器。動圈式揚聲器中的音圈懸掛在由永磁體提供的磁場中。當電流從音頻放大器流過音圈時，由線圈中的電流產生的電磁場對永磁體的固定場作出反應并移動音圈（和紙盆）。交替電流將來回移動紙盆。紙盆的移動使空氣振動，從而產生聲音。

揚聲器的移動系統（包括紙盆、紙盆支片、彈波和音圈）具有一定的質量和順序。通常將這種情況模擬成由彈簧懸掛起來的簡單質量塊，其具有一定的諧振頻率，系統在該共振頻率下具有最大的振動自由度。

該頻率被稱為揚聲器的自由空間諧振，表示為FS。在該頻率下，由于音圈以最大峰峰值幅度和速度振動，因此磁場中線圈運動產生的反電動勢也處于其最大值。這會導致揚聲器的有效電阻抗在FS下達到最大值，稱為ZMAX。對于剛好低于諧振頻率的頻率，當頻率接近FS時，阻抗會迅速上升并且具有電感性質。在諧振頻率下，阻抗具有純阻性的特點；在諧振頻率以外，隨著阻抗下降，就會呈現容性的特點。阻抗在某個頻率處達到最小值ZMIN，在該頻率下，其行為在某些頻率范圍內主要（但不是完全）具有阻性的特點。揚聲器的額定或標稱阻抗ZNOM來自該ZMIN值。

在為多驅動揚聲器和用于安裝揚聲器的物理機箱設計交叉濾波器網絡時，了解諧振頻率以及最小阻抗和最大阻抗至關重要。

揚聲器阻抗模型

為了幫助您理解將要進行的測量，圖1中顯示了一個簡化的揚聲器電氣模型。

圖1.揚聲器阻抗模型。

在圖1所示電路中，一個直流電阻與由L、R和C構成的有損并行諧振電路串聯，來模擬目標頻率范圍內揚聲器的動態阻抗。

RDC是用直流歐姆表測量的揚聲器直流電阻。在揚聲器/重低音喇叭數據手冊中，該直流電阻通常稱為DCR。直流電阻測量值通常小于驅動器的標稱阻抗ZNOM。RDC通常小于揚聲器額定阻抗，并且入門級揚聲器發燒友可能擔心驅動器放大器會過載。但是，由于揚聲器的電感(L)會隨著頻率的增加而增加，因此驅動放大器不太可能將直流電阻視為其負載。

L是通常以毫亨(mH)為單位測量的音圈電感。通常，業界標準是在頻率為1000 Hz時測量音圈電感。隨著頻率增加到0Hz以上，阻抗會增加到RDC以上。這是因為音圈就如一個電感。因而，揚聲器的整體阻抗不是恒定值，不過可以將其表示為隨輸入頻率變化的動態曲線，我們將在進行測量時看到這一點。揚聲器的最大阻抗ZMAX出現在諧振頻率處(FS)。

FS是揚聲器的諧振頻率。揚聲器的阻抗在FS達到最大值。諧振頻率是指揚聲器活動零件的總質量與運動時揚聲器懸架的受力達到平衡的頻率點。諧振頻率信息對于防止揚聲器箱出現振鈴非常重要。一般而言，影響諧振頻率的關鍵要素是活動零件的質量和揚聲器懸架的剛度。我們將通風機箱（低音反射）調到FS，使兩者協同工作。通常，FS較低的揚聲器在低頻再現方面優于FS較高的揚聲器。

R表示驅動器懸架損耗的機械電阻。

材料：

ADALM2000 主動學習模塊

無焊試驗板

一個100 Ω電阻（或其他類似值）

一個揚聲器，最好是揚聲器的紙盆直徑大于4英寸，則其諧振頻率相對較低。

RMS電壓測量

硬件設置

構建圖2所示電路，最好使用無焊試驗板。揚聲器可以放置在機箱中或機箱外。

圖2.揚聲器測量設置。

程序步驟

在Scopy中，啟動信號發生器，然后生成具有8 V峰峰值幅度和100 Hz頻率的正弦波形。

啟動電壓表，然后將兩個通道均設置為交流（20 Hz至800 Hz）。我們可以使用電壓表工具，將揚聲器兩端的均方根電壓（通道1均方根電壓）除以通過揚聲器的均方根電流（通道2均方根電流），從而計算出單一頻率下的揚聲器阻抗Z。將通道2上的均方根電壓除以R1電阻或100 Ω可計算出均方根電流。嘗試將信號發生器設置為幾個不同的頻率，并查看揚聲器上的電壓以及計算得到的Z如何變化。

圖3.VL和IL的揚聲器測量設置。

圖4.揚聲器上的均方根電壓。

您可以繪制計算得到的阻抗Z與頻率的關系曲線。信號生成器的頻率步進設置為100 Hz，可計算每個頻率下的阻抗Z。揚聲器阻抗較小，約等于線性區域中的直流電阻，但其在諧振頻率FS處要高得多。曲線圖如圖5所示。您的揚聲器可能與此例有所不同。

頻率響應

硬件設置

為了繪制頻率響應，按照圖5所示進行連接。

圖5.用于繪制頻率響應的試驗板連接。

程序步驟

在網絡分析儀工具中，您可以進行對數掃描。將開始頻率設置為100 Hz，停止頻率設置為1 kHz。將相位范圍設置為-30°至+30°，將幅度設置為0 dB至10 dB。

圖6.揚聲器電路的頻率掃描。

問題：

枚舉揚聲器阻抗模型中的主要元件。

根據圖6中揚聲器電路的頻率掃描，確定FS和BW值。

審核編輯：郭婷