阻尼和Q值

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所属分类:声学基础
摘要

关于扬声器单元与系统的阻尼、Q值的解释,及其之间的相互关系。

在定义Q值之前,我们再来用一辆汽车打个比方。所有的汽车都有一个悬架,可以防止路上的颠簸。然而,汽车不能单独使用弹簧悬架,因为汽车会在每次颠簸或下降后继续弹跳(共振)。反弹需要被抑制,这就是减震器或阻尼器所做的事。他们抑制了不必要的反弹后,弹簧已经吸收了最初的冲击颠簸或倾角。类似地,扬声器单元也需要阻尼。否则,它的膜片将在其共振频率过度振动。

有几件事可以抑制单元过度振动。这些包括悬架(折环和弹波),电机(音圈和磁路)和放大器输出阻抗。达到最佳阻尼量有时是一个挑战,它几乎总是需要考虑单元将使用的箱体类型。如果扬声器单元设计不正确,它可能是欠阻尼或过阻尼。欠阻尼单元的响应将产生反共振,并且其瞬态信号的重现性很差。过阻尼单元会降低低频响应。

“Q值”是扬声器设计者和工程师用来描述扬声器阻尼性能的术语。然而,Q值不是阻尼。相反,它是发生共振放大的程度,这是完全相反的阻尼。因此,阻尼越大,Q值越低,反之亦然。让我们回到前面的图表:

阻尼和Q值

用于产生此图的单元的总Q (Qts)非常低,只有0.19。这种低Q值主要是由一个非常强的磁路和本身严重过阻尼的单元。为了得到最大的平坦响应,我们必须通过加强整体顺性来抵消一些阻尼。我们把单元放在一个相对较小的箱体里,箱体里的空气量比单元悬体的顺性小得多。这导致总体顺性大幅下降,总Q (Qtc)增加到0.7,如图中绿色曲线所示。Q值为0.7被许多人认为是理想值,因为它平衡了单元阻尼与平坦的低频响应和合理良好的瞬态响应。

红色曲线是由一个体积比最大平坦箱体大100倍的大箱体构成的。因此,箱体有很高的顺性,所以它根本不能加强单元的顺性。实际上,总Q变成0.2,比单元本身稍微大一点。由于总Q值如此之低,设计被认为是过阻尼。注意它是如何在95到400Hz之间产生更小的低频振幅的。您可能认为它在95Hz以下的输出更大是一个优势,但这可能不是这样,因为单元将不得不推动大量的空气在这些低频,还有它的最大位移(Xmax)可能不够来处理这一点。它将很有可能有更高的失真,最坏的情况是被损坏。

蓝色曲线是由一个体积比最大平坦箱体小25倍的超小箱体产生的。因此,箱体的顺性非常低,因此它在很大程度上加强了单元的顺性。事实上,总Q值变成3.0,这是相当高的,导致箱体的阻尼不足。注意它如何产生一个以580Hz为中心的9dB响应峰值。峰值为什么出现在这个频率?因为箱体的低顺性实际上缩短了弹簧长度,将共振提高到580Hz。峰值是9dB高,因为单元缺乏足够的阻尼克服其共振。这意味着单元在580Hz会像铃铛一样共振。不用说,在这个频率下也会有较差的瞬态响应。

注意:扬声器单元和箱体的顺性是串联的,但它们像电容一样并行求和,因此顺性总是小于单元或箱体顺性的最小值。换句话说,最低的顺性控制着系统。在红色曲线中,箱体的顺性比单元高得多,所以单元的顺性占主导地位。因此,箱体对总体顺性的影响不大。然而,蓝色曲线箱体的顺性要比单元低得多,并且由于箱体的顺性值越低,它就越占主导地位,使得整体顺性显得越低。

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