LEAP_EnclosureShop:系统阻抗

Transducer Modeling 11：Motor Impedance. 所有电动式扬声器都包含一个由磁铁、华司、T铁等组成的磁路结构。这些材料结合在一起形成高度复杂的阻抗网络，该阻抗网络受频率影响很大。精确建模这种阻抗在中高频时是非常复杂的。

先前的电路模型仅包括单个电气系统元件Revc。这是一个简单的固定电阻，在所有频率下都具有恒定值。下图显示了两条换能器(扬声器)阻抗曲线；先前示例扬声器的简单模型以及实际12英寸低音扬声器的测量阻抗。

在100Hz以上的频率时，简单模型返回到4欧姆的平坦线值。然而，实际的换能器显示出随着频率的增加，阻抗急剧上升。显然，简单模型的单个Revc元素无法表示真实的阻抗。

阻抗的增加对换能器的声学输出有直接的影响。由于电动换能器(扬声器)从电流中产生机械力，阻抗的上升将导致音圈电流的类似下降。因此，可用的机械驱动力较小，导致声输出也减小。

实际换能器(扬声器)的阻抗上升具有明显的电感现象。添加额外的电感元件Levc似乎是合乎逻辑的方法。下面显示了带有附加元件Levc的自由场换能器(扬声器)的等效电路。力学元件的关系也显示在下面的方程式中。

下图再次显示了12英寸低音扬声器的测量阻抗的响应，以及Levc值为5.5mH的电路的等效模型阻抗。虽然模型的阻抗现在在高频下也会上升，但两者的一致性还是非常差。

无论为Levc选择什么值，曲线都不会匹配。请注意，阻抗上升的斜率并不相同。这也在相位响应中有所体现，其中实际曲线达到60度，而模型超过90度。还要注意，即使在接近100Hz的非常低的频率时，也会出现非常大的误差。

之前使用的Levc模型对应于LEAP_EnclosureShop中的STD模型，是旧的传统换能器(扬声器)建模方法。该模型在100Hz时产生了接近6dB的误差。

为了改进换能器(扬声器)阻抗的模拟，必须开发一种更复杂的方法来描述机电阻抗。在之前的图表中，注意到相位仅达到大约60度的最大值，而不是电感模型的几乎90度。这只能是阻力大幅度增加的结果。因此，必须定义一个额外的元件，以将更多的电阻纳入机电/动生阻抗。

如上图所示显示了等效电路的新布局，以及两个新元件：Rem和Lem。这两者构成了机电阻抗。两者都与频率有关。

Revc仍然是一个固定的量，表示在DC（0Hz）下测量的纯音圈电阻。

现在的问题是如何为Rem和Lem定义合适的函数。从前面的图表中可以看出，阻抗上升的斜率远小于Levc模型所能产生的斜率。而斜率几乎是对数线性的。

根据这一观察结果，我们可以定义一些简单的函数，这些函数允许这种功能，如下所示。这些功能允许分别针对电阻和电抗调整对数斜率。

四个函数系数Krm、Kxm、Erm和Exm可以通过使用中高频区域中任意位置的两个点的幅度和相位来从测量的阻抗数据容易地计算。利用这四个值和下面的方程，可以在任何频率下找到Rem和Lem的实际分量值。虽然系数是固定常数，但Rem和Lem值本身将随频率变化。

Rem = Krm · ω^Erm

Xem = Kxm · ω^Erm

Lem = Kxm · ω^Erm-1

上图显示了使用新的机电阻抗模型的结果。有了实质性的改进。在整个三段的频率中，幅度和相位都非常匹配。最大误差1.1dB出现在60Hz附近。使用的四个系数值为：

Krm = 55.5m Ohm Erm = 0.66

Kxm = 175.0m Henry Exm = 0.58

Rem和Lem函数在下一页用图表表示。电阻随频率增加而增大，而电感减小。这些是基本的磁铁系统的典型结果。它们反映了损耗和磁导率随频率的变化。

请注意，电阻Rem在10Hz和10kHz之间从大约1欧姆到100欧姆之间变化。此外，电感Lem从10Hz时的30mH下降到10kHz时的1.7mH。这些都不是些微不足道的变化。

这种机电阻抗建模方法对应于EnclosureShop使用的TSL模型。换能器(扬声器)模型推导[Transducer Model Derivation]对话框利用优化技术，根据整个频率范围内测量数据的最佳拟合来确定四个系数。

将此方法与以前的传统STD模型进行比较。根据Lem曲线数据给出等效的固定Levc值是一个明显的问题。单个固定电感不可能充分地表示该函数。一般的方法是引用1kHz的值，但应该理解的是，这种方法是一种极其粗略的近似，在现实中几乎没有意义。它也没有完全解释 Rem 的重要贡献。

Blocked Impedance 阻断阻抗

所有先前的阻抗曲线都包括电路的机械部分和电气部分。然而，有一种有用的技术可以通过自身隔离电阻抗。如果振膜在驱动时保持不动，则顺性变为零，同时Les的电路值也随之变为零。这有效地使机械元件短路，只留下电气部分。这被称为阻断阻抗，如图所示。

阻断换能器(扬声器)的一种方法是拆除防尘帽或在上面开一个孔，并用环氧树脂将防尘帽的内侧粘在T铁中心柱上。注：换能器(扬声器)将不再可用。

虽然通过某种固定方法可能在一定程度上阻断换能器(扬声器)，但消除所有频率下的振动是极其困难的。这就需要使用环氧树脂的方法。即使使用环氧树脂，在扫描过程中仍可能听到少量高频声音。音圈的其他部分仍然可以在强磁场下振动。

下图显示了换能器(扬声器)的阻断阻抗。注意，即使在非常低的频率下，Revc（4.7欧姆）也有显著的增加。

前文所述的TSL模型比传统的STD模型有了相当大的改进。然而，在60Hz附近的低频区域仍然存在显著的误差。这种结果经常出现在许多换能器(扬声器)中。如果要进一步提高模拟精度，必须对Rem和Lem函数进行额外的改进。

虽然中高频阻抗曲线的形状几乎是对数线性的，但存在一些弯曲变形。许多不同换能器(扬声器)的实际测量结果显示出明显的断点和频率斜率变化。改进机电阻抗模型的一种方法是提供在它们之间具有过渡频率的双斜率。这是LEAP_EnclosureShop的LTD模型中使用的方法。

Rem = Rem_LTD (ω,Ve,Ta) ; (Krm,Frm,Drm,Erm,Vrm,Trm)

Xem = Xem_LTD (ω,Ve,Ta) ; (Kxm,Fxm,Dxm,Exm,Vxm,Txm)

下图显示了测量数据与LTD模型模拟的比较。这些曲线几乎相同，在任何频率下的差异都非常小。先进的LTD机电阻抗模型采用了12个参数。它还结合了模拟由于温度和驱动电压变化而引起的机电阻抗变化的能力。换能器(扬声器)模型派生[Transducer Model Derivation]对话框采用优化来确定参数的最佳解决方案。

由于声学响应在很大程度上取决于阻抗响应，因此机电阻抗模型的改进应该有助于声学响应模拟的类似改进。

为了将各种模型的性能与实际测量结果进行比较，将12英寸低音扬声器安装在一个36升的密封箱体上，并凹陷在一个非常大的平面中，近似于一个无限大的障板。下图所示的图表显示了每个模型的比较。

应该注意的是，在较高频率下振膜的分割效应也可以使用LEAP_EnclosureShop换能器(扬声器)模型中的附加特征来表示。这将在后面章节中进行讨论。然而，这里的重点是比较10Hz-400Hz之间的性能（ka<1）。

•简单模型（Revc）[高通等效]比较

简单模型仅仅是STD模型的简化形式，通过使用Levc的零值。该模型也被称为普通高通滤波器近似。如前所述，阻抗无法再现真实换能器(扬声器)行为的任何部分，基本机械共振峰除外。SPL响应也显示出显著的差异，从200Hz开始误差为10dB。令人惊讶的是，即使在10-30Hz的非常低的频率下，在响应中也存在接近5dB的明显差异。

•标准STD模型（Revc、Levc）比较

标准STD模型添加了一个固定的Levc。阻抗曲线现在有一个上升的阻抗，但它不会完全与测量结果相符合。最严重的误差出现在100-200Hz附近。SPL响应现在由于Levc而减小，但是形状再次与实际测量的形状不匹配。与阻抗曲线一样，一些最大的误差发生在100-200Hz的范围内。此外，在非常低的频率下的差异也没有得到改善。