測量永磁揚(yáng)聲器的阻抗曲線和諧振頻率
發(fā)布時間:2019-12-04 來源:Doug Mercer 和 Antoniu Miclaus 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】動態(tài)揚(yáng)聲器的主要電氣特性是作為頻率函數(shù)的電阻抗。通過繪圖可以將其可視化,該圖稱為阻抗曲線。本實(shí)驗(yàn)活動的目的是測量永磁揚(yáng)聲器的阻抗曲線和諧振頻率。
目標(biāo):
本實(shí)驗(yàn)活動的目的是測量永磁揚(yáng)聲器的阻抗曲線和諧振頻率。
背景:
動態(tài)揚(yáng)聲器的主要電氣特性是作為頻率函數(shù)的電阻抗。通過繪圖可以將其可視化,該圖稱為阻抗曲線。
最常見類型的揚(yáng)聲器是使用連接到振膜或紙盆的音圈的機(jī)電換能器。動圈式揚(yáng)聲器中的音圈懸掛在由永磁體提供的磁場中。當(dāng)電流從音頻放大器流過音圈時,由線圈中的電流產(chǎn)生的電磁 場對永磁體的固定場作出反應(yīng)并移動音圈和揚(yáng)聲器紙盆。交替 電流將來回移動紙盆。這種運(yùn)動使空氣振動并產(chǎn)生聲音。
揚(yáng)聲器的移動系統(tǒng)(包括紙盆、彈波、紙盆支片和音圈)具有一定的質(zhì)量和特定的順序。通常將這種情況模擬成由彈簧懸掛起來的簡單質(zhì)量塊,其具有一定的諧振頻率,系統(tǒng)在該共振頻率下 具有最大的振動自由度。
該頻率被稱為揚(yáng)聲器的自由空間諧振,表示FS。在該頻率下,由于音圈以最大峰峰值幅度和速度振動,因此磁場中線圈運(yùn)動產(chǎn)生的反電動勢也處于其最大值。這會導(dǎo)致?lián)P聲器的有效電阻 抗在FS下達(dá)到最大值,稱為ZMAX。對于剛好低于諧振頻率的頻率,當(dāng)頻率接近FS時,阻抗會迅速上升并且具有電感性質(zhì)。在諧振頻率下,阻抗具有純阻性的特點(diǎn);在諧振頻率以外,隨著阻抗 下降,就會呈現(xiàn)容性的特點(diǎn)。阻抗在某個頻率處達(dá)到最小值ZMIN,在該頻率下,其行為在某些頻率范圍內(nèi)主要(但不是完全)具有阻性的特點(diǎn)。揚(yáng)聲器的額定或標(biāo)稱阻抗ZNOM來自該ZMIN值。
在為多個驅(qū)動器揚(yáng)聲器和用于安裝揚(yáng)聲器的物理機(jī)箱設(shè)計(jì)交叉濾 波器網(wǎng)絡(luò)時,了解諧振頻率以及最小阻抗和最大阻抗至關(guān)重要。
揚(yáng)聲器阻抗模型
為了幫助您理解將要進(jìn)行的測量,圖1中顯示了一個簡化的揚(yáng)聲 器電氣模型。
圖 1. 揚(yáng)聲器阻抗模型
在圖1所示電路中,一個直流電阻與由L、R和C構(gòu)成的有損并行 諧振電路串聯(lián),來模擬目標(biāo)頻率范圍內(nèi)揚(yáng)聲器的動態(tài)阻抗。
● RDC是用直流歐姆表測量的揚(yáng)聲器直流電阻。在揚(yáng)聲器/重低音喇叭數(shù)據(jù)手冊中,該直流電阻通常稱為DCR。直流電阻測量值通常小于驅(qū)動器的標(biāo)稱阻抗ZNOM. RDC通常小于揚(yáng)聲器額定阻抗,并且入門級揚(yáng)聲器發(fā)燒友可能擔(dān)心驅(qū)動器放大器會過載。但是,由于揚(yáng)聲器的電感(L)會隨著頻率的增加而增加,因此驅(qū)動放大器不太可能將直流電阻視為其負(fù)載。
● L是通常以毫亨(mH)為單位測量的音圈電感。通常,業(yè)界標(biāo) 準(zhǔn)是在頻率為1000 Hz時測量音圈電感。隨著頻率增加到0Hz 以上,阻抗會增加到RDC以上。這是因?yàn)橐羧腿缫粋€電感。 因此,揚(yáng)聲器的總阻抗并非恒定阻抗。如此一來,我們可以將其表示為隨輸入頻率變化的動態(tài)曲線;我們將在進(jìn)行測量 時看到這一點(diǎn)。揚(yáng)聲器的最大阻抗ZMAX出現(xiàn)在揚(yáng)聲器的諧振頻率處。
● FS是揚(yáng)聲器的諧振頻率。揚(yáng)聲器的阻抗在FS達(dá)到最大值。諧 振頻率是指揚(yáng)聲器活動零件的總質(zhì)量與運(yùn)動時揚(yáng)聲器懸架的 受力達(dá)到平衡的時候。諧振頻率信息對于防止機(jī)箱鳴叫至關(guān) 重要。一般而言,影響諧振頻率的關(guān)鍵要素是活動零件的質(zhì) 量和揚(yáng)聲器懸架的剛度。我們將通風(fēng)機(jī)箱(低音反射)調(diào)到FS,使兩者協(xié)同工作。通常,F(xiàn)S較低的揚(yáng)聲器在低頻再現(xiàn)方面優(yōu)于FS較高的揚(yáng)聲器。
● R表示驅(qū)動器懸架損耗的機(jī)械阻力。
材料:
● ADALM1000硬件模塊
● 無焊實(shí)驗(yàn)板
● 兩個100Ω(或任何類似值)電阻
● 來自ADALP2000套件的一個揚(yáng)聲器(如果揚(yáng)聲器的紙盆直徑大 于4英寸,則其諧振頻率相對較低)
圖 2. ADALP2000 零件套件中的小揚(yáng)聲器。
說明:
首先構(gòu)建圖3所示電路,最好使用無焊實(shí)驗(yàn)板。揚(yáng)聲器可以放置 在機(jī)箱中或機(jī)箱外。這種配置允許我們使用通道B電壓跡線測量 揚(yáng)聲器兩端的電壓VL,并用負(fù)載電流IL作為通道A電流跡線。
圖 3. V L 和 IL 的揚(yáng)聲器測量設(shè)置。
啟動ALICE Desktop軟件。在主 Scope(示波器)屏幕中,ALICE 軟件計(jì)算并能顯示電壓和電流波形跡線的均方根值。在CA Meas下拉菜單下的電壓部分中,選擇RMS,然后在電流 部分選擇RMS。在CB Meas 下拉菜單下的電壓部分中,選擇RMS。
我們可以將揚(yáng)聲器兩端的均方根電壓(通道B均方根電壓)除以通過揚(yáng)聲器的均方根電流(通道A均方根電流),從而計(jì)算出單一頻率下的揚(yáng)聲器阻抗Z。要顯示此計(jì)算,我們可以使用Channel B User(通道B用戶)測量顯示。用到的兩個變量是 通道B均方根電壓SV2和通道A均方根電流SI1。單擊CB Meas下拉菜單下的User(用戶)。 輸入Z 作為標(biāo)簽。輸入(SV2/SI1) ×1000作為公式。因?yàn)殡娏魇怯胢A表示的,所以,我 們需要將比率乘以1000,得到以歐姆為單位的結(jié)果。
嘗試將通道A設(shè)置為幾個不同的頻率,并查看揚(yáng)聲器上的電壓以 及計(jì)算得到的Z如何變化。
圖 4.試驗(yàn)板連接。
使用ALICE Bode Plotter的步驟:
選擇“Bode繪圖”工具。在“曲線”菜單中選擇“CA-dBV”, “CB-dBV”和“相位B-A”.
在Options(選項(xiàng))下拉菜單下,單擊Cut-DC”選中(若尚未選擇)。將“FFT零填充因子”更改為3。
將"Channel A Min"(通道A最小值)設(shè)為1.0 V,將最大值設(shè) 為4.0 V。將“AWG A Mode”(AWG A模式)設(shè)為 "SVMI"并將"Shape"(形狀)設(shè)為“Sine”(正弦)。將"AWG Channel B Mode"(AWG通道B模式)。設(shè)為“Hi-Z”。確保“Sync AWG”復(fù)選框已選中。
使用“Start Frequency”(開始頻率)條目將頻率掃描設(shè)為在50 Hz開始,并使用“Stop Frequency” (停止頻率)條目將掃描設(shè) 為在1000 Hz停止。選擇“CHA””作為要掃描的源通道。同時使用“Sweep Steps” (掃描步驟)條目將頻率步進(jìn)設(shè)為150。選擇“Single Sweep”(單掃描)。
現(xiàn)在以幅度而非dB為單位(以簡化后面的數(shù)學(xué)計(jì)算)將數(shù)據(jù)導(dǎo) 出為逗號分隔格式的值文件(“File”(文件)菜單——“Save Data”(保存數(shù)據(jù)))并將其加載到電子表格程序(如Excel) 中。您將使用此文件中的50 Hz至1000 Hz通道B數(shù)據(jù)作為VL值。
注意相位處于正最大值、零點(diǎn)和負(fù)最小值時的頻率點(diǎn)。屏幕上的數(shù)據(jù)以dB為單位繪制,因此垂直刻度單位不是伏特。您的揚(yáng)聲器可能與此示例有所不同。
圖 5. 頻率掃描示例。
將數(shù)據(jù)保存為幅度,就能將信號發(fā)生器幅度(以伏特rms為單位) 保存到文件中。您可以將揚(yáng)聲器兩端的電壓VL除以電流IL,由此計(jì) 算揚(yáng)聲器阻抗Z的大小。IL是電阻兩端的電壓除以電阻得到的商。
從通道A電壓幅度值中減去通道B電壓幅度值并除以50Ω電阻,即 可計(jì)算電流幅度IL。阻抗Z為通道B電壓幅度除以電流幅度IL得到的商。
現(xiàn)在即可繪制計(jì)算得到的阻抗Z與頻率的關(guān)系曲線。曲線圖如圖 6所示。您的揚(yáng)聲器可能與此例有所不同。
圖 6. 計(jì)算所得阻抗示例圖。
揚(yáng)聲器阻抗小——約等于線性區(qū)域中的直流電阻——但在諧振 頻率FS處要高得多。
問題:
根據(jù)您的測量數(shù)據(jù),為您使用的揚(yáng)聲器提取圖1所示揚(yáng)聲器電氣 模型的L、C和R。您可以使用直流歐姆表工具測量RDC。忽略LINPUT,因?yàn)樗啾萀較小。將這些值輸入到模型的電路仿真示意圖中,生成50Hz至1000Hz的頻率響應(yīng)掃描,并將您的模型與您在實(shí)驗(yàn)室中測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
您可以在學(xué)子專區(qū)博客上找到答案。
使用ALICE阻抗分析儀測量揚(yáng)聲器阻抗的步驟:
通道B再次測量揚(yáng)聲器兩端的電壓VL 。阻抗分析儀軟件使用通道 A電壓與通道B電壓的差值以及通道之間的相對相位,基于R1 和R組合的值計(jì)算阻抗。
圖 7.揚(yáng)聲器阻抗測量設(shè)置
打開ALICE阻抗分析儀軟件工具。
使Ext Res = 50, 將“Channel A Freq”(通常A頻率)設(shè)為遠(yuǎn)低于 揚(yáng)聲器諧振頻率的值。在這個作為第一次測量的示例中,所用 頻率為100Hz。將“Ohms/div””設(shè)為10。從圖8可以看出,相位角應(yīng)該是正值。揚(yáng)聲器的串聯(lián)電阻約為7Ω,電抗具有感性性質(zhì)。
圖 8. 頻率低于諧振頻率時的阻抗測量。
現(xiàn)在將頻率設(shè)為從頻率掃描得到的諧振值。您可能需要精確調(diào) 整該值,找到電抗為零的確切點(diǎn),如圖9所示。
圖 9. 諧振頻率下的阻抗測量。
該結(jié)果應(yīng)與頻率掃描的結(jié)果一致。相位角應(yīng)該很小,串聯(lián)電阻 現(xiàn)在大約是15Ω。
現(xiàn)在將頻率設(shè)為高于諧振頻率的點(diǎn),其中,相位接近其負(fù)峰值, 如圖10所示。這里使用的是500 Hz。
圖 10. 頻率高于諧振頻率時的阻抗測量。
從數(shù)據(jù)可以看出,相位角應(yīng)該是負(fù)值。揚(yáng)聲器的串聯(lián)電阻仍然 約為7Ω,但電抗具有容性性質(zhì)。
注釋:
與所有ALM實(shí)驗(yàn)室一樣,我們在引述ADALM1000連接器的連接和配置硬件時,會使用以下術(shù)語。綠色陰影矩形表示接入ADALM1000模擬I/O連接器的連接。模擬I/O通道引腳稱為CA和CB。當(dāng)硬件配置為驅(qū)動電壓/測量電流時,添加-V,例如CA-V;當(dāng)硬件配置為驅(qū)動電流/測量電壓時,添加-I,例如CA-I。當(dāng)通道配置為高阻態(tài)模式以僅測量電壓時,添加-H,例如CA-H。
類似地,示波器跡線也是通過通道和電壓/電流表示的,例如, 用CA-V、CB-V表示電壓波形,用CA-I、CB-I表示電流波形。
推薦閱讀:
特別推薦
- AMTS 2025展位預(yù)訂正式開啟——體驗(yàn)科技驅(qū)動的未來汽車世界,共迎AMTS 20周年!
- 貿(mào)澤電子攜手安森美和Würth Elektronik推出新一代太陽能和儲能解決方案
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(六)——瞬態(tài)熱測量
- 貿(mào)澤開售Nordic Semiconductor nRF9151-DK開發(fā)套件
- TDK推出用于可穿戴設(shè)備的薄膜功率電感器
- 日清紡微電子GNSS兩款新的射頻低噪聲放大器 (LNA) 進(jìn)入量產(chǎn)
- 中微半導(dǎo)推出高性價比觸控 MCU-CMS79FT72xB系列
技術(shù)文章更多>>
- 意法半導(dǎo)體推出首款超低功耗生物傳感器,成為眾多新型應(yīng)用的核心所在
- 是否存在有關(guān) PCB 走線電感的經(jīng)驗(yàn)法則?
- 智能電池傳感器的兩大關(guān)鍵部件: 車規(guī)級分流器以及匹配的評估板
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(八)——利用瞬態(tài)熱阻計(jì)算二極管浪涌電流
- AHTE 2025展位預(yù)訂正式開啟——促進(jìn)新技術(shù)新理念應(yīng)用,共探多行業(yè)柔性解決方案
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
生產(chǎn)測試
聲表諧振器
聲傳感器
濕度傳感器
石英機(jī)械表
石英石危害
時間繼電器
時鐘IC
世強(qiáng)電訊
示波器
視頻IC
視頻監(jiān)控
收發(fā)器
手機(jī)開發(fā)
受話器
數(shù)字家庭
數(shù)字家庭
數(shù)字鎖相環(huán)
雙向可控硅
水泥電阻
絲印設(shè)備
伺服電機(jī)
速度傳感器
鎖相環(huán)
胎壓監(jiān)測
太陽能
太陽能電池
泰科源
鉭電容
碳膜電位器