扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

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摘要

对扬声器阻抗曲线及其相位差进行简要分析。从中可以了解到关于阻抗、相位的一些定义,及这些电声参数在实际应用的作用。

扬声器阻抗不是一个固定值,而是随频率变化的。这意味着我们将需要一个图形来准确分辨出扬声器的阻抗。同时由于箱体会影响扬声器的性能,因此同一扬声器的阻抗曲线也会因为箱体的不同而产生变化。

扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

密闭箱体中扬声器的阻抗曲线图

  • 实线是阻抗。我们以欧姆为单位描述阻抗的大小,在图表的左侧读取相应的数值。
  • 虚线是相位。我们以度为单位描述相位差,您可以在图形的右侧读取相应的数值。

阻抗曲线

阻抗曲线图可以向我们揭示几个重要的有用信息,下面让我们来分析一下扬声器阻抗曲线:

扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

  • 图表左侧的最小值是直流电阻(Re),在我们的曲线图中可以看到大约为3.2Ω。
  • 制造商标注的是标称阻抗(即额定阻抗),扬声器的额定阻抗值是一个由制造商规定的纯电阻的阻值,在确定信号源的有效电功率时,用它来代替扬声器(【参考阅读】扬声器的额定阻抗。这张图中,标称阻抗为4Ω,仅比Re略高。
  • 阻抗图中的峰值代表谐振频率,对于自由场中的扬声器和密闭箱体中的扬声器来说都是如此。对于密闭箱体中的扬声器来说,如果我们将其与位于自由场中的相同扬声器进行比较,则谐振频率会稍高。
  • 随着频率的升高,阻抗也随之升高。扬声器由多个部分组成,其中有一个是音圈,它是一个电感器件。这将表现出与电流相反的电感电抗。由于感抗与频率成正比,因此阻抗随频率的升高而升高。

关于倒相箱中的阻抗曲线可以参考文章:关于倒相箱阻抗双峰一谷的问题

相位差

在有抗电路(具有电抗和感抗)中,电流和电压之间有时会存在相位不同的情况。这意味着电流将在一定时间段内超前或滞后于电压。这种差异被称为相位差,以度为单位。

扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

相位差的特性:

  • 在容性电路中,电流会超前电压,此时相位差为负。
  • 在感性电路中,电流将滞后于电压,此时相位差为正。
  • 在纯电阻电路中,电流和电压同相,此时相位差为0°。

现在让我们回到音频领域,分析一下扬声器阻抗曲线:

扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

根据扬声器系统的电抗变化,相位差的数值也会发生变化。在谐振频率和由于音圈电感导致阻抗开始上升的频率,相位差为0°。

这个相位差在实际应用中有什么用呢?它可以告诉我们功率放大器在驱动特定负载(扬声器)时自身散发的热量和实际传递给负载的功率之间的关系。相位差会在±90°之间变化,但是在实际情况下,它的范围会更窄:[-45°;+45°]。在0度时,放大器将输出与自身散热量等同的功率。在最坏的情况下(相移为45°),放大器散热的功率将是其提供给负载功率的4倍。因此,如果放大器向扬声器提供100W的功率(相移为45度),则会有400W的功率转化为热能。

译者注:

P = V × I × cos(φ)

其中P为有功功率(即功率放大器传递给扬声器的功率),cosΦ为功率因数,Φ为相位角。剩余功率则会转化为无功功率,不会为扬声器提供声能的转换而让扬声器发热。如下表:

扬声器阻抗曲线及其相位差简要分析

可以看到当角度在45°时,电压恒定,而电流变为0°时的两倍,负载为一半。所以如果需要得到和0°时相同的功率则需要发出原本4倍的热。

注:相位角是个相对值(相对于0度相言),而相位差是两个相位角之间的差,当起始相位为0°时,两者相等。

引用自https://sound-au.com/patd.htm

文章来源:摘自 HiFi音响网

  • 本文由 发表于 2023年11月3日
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