LEAP_EnclosureShop:磁路间隙

Transducer Modeling 15：Magnetic Gap 磁路间隙，下简称磁隙。电动式扬声器的磁隙是将电能转换为机械能的来源。振膜区域Sd通过产生空气压力将产生的机械力耦合到声学负载。

下图中的横截面图给出了典型电动式扬声器的基本组成元件。磁隙是磁路路径中产生高磁通量密度的空气小空间。音圈在音圈中流动的电流和永磁体产生的静电场之间产生的力的驱动下在该间隙中垂直上下运动。

典型电动式扬声器的基本组成元件(Magnetic Gap 磁隙，Voice Coil Former 音圈骨架，Top Plate 导磁上板/华司，Bottom Plate 导磁底板+Center Pole中柱=导磁板柱/T铁)

磁机电的强度可以简单地表示为磁通密度和该场中音圈导线长度的乘积——BL。如图所示，磁通量高度集中在整个间隙中，很少有磁通量穿过间隙外的音圈上部和下部。理想情况下，间隙内的磁场密度应均匀，间隙外的通量应接近零。

随着音圈的运动，线圈末端进入间隙的位置达到最大位移。此时，磁场中的音圈匝数（或导线长度）将减少。这导致BL的减小，从而导致非线性。该点通常被称为Xmax，即所谓的极限线性位移。

然而，典型扬声器的实际磁通量密度分布要复杂得多。穿过间隙的磁场是不均匀的，并且在间隙外部也存在大量的磁通量泄漏。这将随着各种特定的磁路设计而变化，并且许多设计被仔细优化以产生最大线性BL，从而来达到较低的信号失真。

下图显示了标准磁路系统设计的有限元分析。磁通量密度与磁场位置的关系如图所示。即使在华司的整个厚度上，磁通量也不均匀，间隙外的磁通量泄漏也非常明显。

在磁通量急剧下降的情况下，很难确定任何明确的阈值，而磁通量密度从中心开始逐渐减小。

下图显示了一种改进磁路系统的加长T铁中柱的设计。这里看出，中柱被延长到华司上方。磁通密度分布图显示了两侧间隙外泄漏磁场有更好的对称性。然而，仍然存在大量泄漏。

下图显示了一种优秀磁路的对称式中柱设计。这里，中柱具有T形，其提供围绕间隙的对称空气空间。和以前一样，磁通量密度图显示了对称的轮廓，但泄漏也得到了很大改善。注意边缘磁场是如何从5-7mm迅速减少的，超过7mm时，磁场密度显著减少。将这种磁路设计与之前的设计进行比较也显示出华司上的磁场密度更高、更均匀。

对这些不同磁路设计的磁场分析表明，磁通密度分布与理想假设所推荐的非常不同。缺口外有相当大的磁场强度。这表明，通过物理尺寸简单计算Xmax不是很准确，结果很值得怀疑。

逐渐减小的磁场使得判断线性性能极限变得极其困难。完全有可能的是，具有相同基本Xmax参数的两个不同扬声器，由于其磁路设计的其他方面不同，可能具有非常不同的线性性能限制。

因此，对非线性BL现象进行建模是高度复杂的，并且不能仅依靠物理线圈和间隙高度尺寸来精确地执行。许多结构设计因素也起着重要作用。

LEAP_EnclosureShop使用的STD扬声器模型不提供BL非线性分析。它在所有驱动条件下都假定为固定的常数值。TSL模型确实包括非线性BL的功能，但仅通过使用Xgap和Xcoil尺寸。这只提供了对非线性的粗略近似。

LTD模型使用了非线性BL的复杂表达式。除了Xcoil和Xgap参数外，它还使用了其他三个参数，即Xfrg、Efrg和BL_o。这些边缘区域参数是使用“扬声器模型向导”[Transducer Model Derivation]对话框确定的。该程序例行执行特殊的曲线优化，以找到模拟非线性BL现象所需的有效值。

下面展示了通过LTD模型中使用的公式模拟的各种磁通量密度分布的一些示例。第一张图显示了在其他参数保持不变的情况下边缘区域宽度的变化。第二张图显示了边缘区域斜率的变化。第三张图显示了附加的组合参数变化。

下图显示了之前两个扬声器在不同功率电压与频率时的有效测量RMS BL。在更高的驱动电压（更大的位移）时，可以看到BL减小。

扬声器(AT 8 Inch Woofer[上图]和Peerless 5"[下图])在不同电压与频率时的有效测量RMS BL

LTD模型通过模拟真实的磁通量密度分布，提供了对非线性BL的先进且非常有效的模拟。然而，当在高度非线性区域中操作时，等效RMS值的基本方法不能准确地表示复杂的非线性系统，只能是粗略的近似。

下面的波形图可以说明扬声器在严重非线性区域中运行的影响。这些图片显示了在15英寸低音扬声器上测量的实际电流和位移波形。第一张图片显示了在低驱动电压下测量的正常正弦曲线。扬声器的电流和位移都具有这种波形。然而，在更高的驱动电压下，我们看到通过器件的电流和振膜位移都变得非线性了。此外，电流和位移的波形不相同，并且实际上在不同频率时发生变化。

扬声器在严重非线性区域中运行的波形图(电流[上图]，位移[下图])