揚聲器系統是一個弱非線性、時不變、因果性、穩定的動態系統。

弱非線性

在非線性系統中又分強非線性和弱非線性，兩者只是一個定性的概念。在非線性物理系統中，其微分方程中包含了常系數線性項，以及非線性項。當非線性部分與線性部分相比是比較微小的時候，這種系統可以稱為弱非線性系統。揚聲器正是這種弱非線性的系統。

時不變性

系統的參數不會隨時間而變化，同一個輸入信號，不論輸入時間先還是后，輸出的響應信號都是一樣的。需要注意的是，揚聲器只能基本上算是時不變系統，因為其某些參數在長時間工作以后，特性可能會有些變化，比如線圈。

因果性

即輸出只取決于輸入，和此前的信號無關，也不會影響以后的輸出信號。

穩定系統

只要輸入是有界的，可收斂的，輸出必定是有界的，可以收斂的。

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揚聲器系統實現了電聲的轉換，系統中其實包括了電-->力-->聲之間的轉化。揚聲器的等效電路有多種的表達方式，有聲學、力學、電學等。對于音頻功放的設計或者應用者來說，關注的是其電學的等效電路，如下圖所示。

其中，

eg是輸入信號源（比如正弦波，PWM波等）；

Rg是輸入信號源的內阻（一般比較小，mΩ級別）；

Re是音圈電阻（Ω級別，常見的是8Ω）；

Le是音圈電感（幾十uH級別，常見的是33uH）；

Res是揚聲器等效聲阻折算到電路端的電阻（Ω級別）

Les是揚聲器等效聲順折算到電路端的電感（mH級別）

Ces是揚聲器等效聲質量折算到電路端的電容（百uF級別）

根據上圖中的等效電路，可以得到揚聲器的電學等效阻抗可以表示為：

等效阻抗隨著頻率變化的曲線如下圖所示，橫軸為信號頻率，縱軸為揚聲器阻抗。

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從圖中可以看出，阻抗的模值會隨著頻率變化，當頻率從低頻逐漸增大時，阻抗曲線慢慢上升。當在某個頻率點，阻抗曲線會出現一個峰值，該頻點就是揚聲器的諧振頻點，經過諧振點以后，阻抗快速下降到最低點。此最低點對應的阻抗就是揚聲器的額定阻抗（又稱為標稱阻抗，揚聲器手冊中給出的額定阻抗，一般和此點阻抗的偏差小于20%）。

揚聲器的阻抗實際上由3部分組成，a表示揚聲器音圈的直流阻抗，不隨頻率變化（嚴格講會隨著溫度變化）；b表示電感部分，根據電感特性其感抗隨頻率上升而增加，和音圈的繞法、匝數有關；c表示反電動勢部分，當音圈振動時，會產生一個反電動勢，反電動勢的電流與音圈輸入電流的方向相反，事實上相當于減小輸入電流，輸入電流減小，則說明阻抗增高。

阻抗曲線在共振頻率附近急劇上升，在高頻部分隨音圈電感增大而加大。揚聲器額定阻抗的對應點，是由《聲系統設備第五部分揚聲器主要性能測試方法》（GB/T 12060.5-2011）確定的。定義為阻抗曲線上緊跟在第一個極大值后面的極小值。

根據歐姆定律，在額定阻抗點，電流最大，如果揚聲器及驅動它的放大器在最大電流時能正常工作，那么在其他頻率出對應的阻抗值時也能更好地工作，這也是選擇最小阻抗值為額定阻抗的理由。

需要注意的是，揚聲器的諧振頻率f0是由紙盆、音圈、定心支片等振動系統共振造成的，峰值所對應的阻抗是揚聲器的最大阻抗，在此時，揚聲器的振幅最大，音圈的位移最大。

揚聲器的電聲參數主要有額定功率，額定阻抗，頻率響應，靈敏度，指向性，失真度，效率，瞬態特性，相位特性等。

額定功率：

揚聲器的額定功率是指在非線性失真不超過該揚聲器所許可范圍內最大輸入的電功率，指的是在一段時間內的平均功率。它是揚聲器正常工作的功率，又稱為標稱功率。

在實際應用中，在短時間內可能會存在大大超過額定功率的峰值功率。因此，額定功率又分為長期最大功率，和短期最大功率。在揚聲器的規格書中標出的額定功率一般是指長期功率，揚聲器可以長時間工作在此狀態下；而短期最大功率一般會以最大功率給出，指的是短時間內最大的功率。

短期最大功率比長期最大功率大很多，一般前者是后者的幾倍。

額定阻抗：

是指在揚聲器輸入端測得的電阻抗，其實頻率的函數，前文已經有描述。

頻率響應：

是指在自由場的條件下，在恒定電壓作用下，揚聲器在參考軸上離參考點1m處所產生的聲壓隨頻率變化的特性。它反映了揚聲器對于各種頻率的聲波輻射能力。在實際應用中，常常根據不同的用途來選擇揚聲器，這時，揚聲器的頻率特性往往是需要首先考慮的。

靈敏度：

在揚聲器的有效頻率范圍內，給他相當于在額定阻抗上有1W電功率的窄帶噪聲信號。在其參考軸上離參考點1m處，讀出各規定頻率點的聲壓，然后求其算術平均值，這樣求得的靈敏度稱為平均特性靈敏度。

當用粉紅噪聲作為測試音源的時候，測試到的靈敏度稱為揚聲器的特性靈敏度。

指向性：

是指揚聲器輻射的聲壓隨方向不同而變化的特性，反映了揚聲器在不同方向上輻射的本領。揚聲器的聲輻射會明顯表現出指向性，而且頻率越高，指向性越強。

諧波失真：

是指當給揚聲器輸入某一頻率的正弦波信號時，揚聲器輸出信號中除了出現原輸入信號的頻率成分（基波），同時還出現與基波頻率成整數倍關系的頻率信號（稱為諧波），這種現象稱為諧波失真（THD）。

互調失真：

是指當揚聲器輸入不是單一頻率的信號（實際應用中多為復音）時，輸出信號中除了含有原來的頻率信號，還包括輸入頻率的諧波，以及兩個頻率之間的差拍、和拍等頻率分量。這些和頻、差頻的分量失真成分叫做互調失真。

效率：

輸出聲功率和輸入電功率的比值。

瞬態特性：

用來描述揚聲器的振動系統對于快速變化信號的跟隨能力。由于振動系統存在著慣性，往往是跟不上系統的快速變化，從而引起輸出的波形失真，這種失真稱為瞬態失真。

瞬態失真與揚聲器的頻率響應、相位特性、振膜的力阻、振動系統的質量等因素相關。頻帶越寬，振動系統的質量越小，則慣性越小，瞬態特性就越好。

相位特性：

是指輸出信號與輸入信號之間的相移隨著頻率變化的特性。根據信號傳輸理論，信號不失真的相位特性是相移與頻率成線性關系。如下式所示，Φ為相移，f為頻率，τ為延遲時間。

Φ=2πfτ

總結

以上是生活随笔為你收集整理的声学漫谈之七：扬声器等效电路与参数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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