扬声器和扬声器系统电声参数及测量方法
音响测试——电声参数及测量方法
扬声器和扬声器系统电声参数及测量方法——扬声器和扬声器系统电声参数
一、额定阻抗和阻抗曲线
为了确定信号源加给扬声器(或扬声器系统)的电功率,常常用一个纯电阻来替代该扬声器(或扬声器系统)作负载,这个纯阻即称为扬声器(或扬声器系统)的额定阻抗,它的数值由制造厂规定,是用于计算和馈给扬声器电功率的基准.通常,该值为额定频率范围内可得到 大功率的阻抗模的 低值,或高于些阻抗模低值的 20%的任何值.
扬声器阻抗随频率变化的特性,称为扬声器阻抗特性,而这条响应曲线称为扬声器阻抗曲线。从阻抗曲线上可以测量扬声器的谐振频率、振动系统的 Q 值、 佳匹配的阻抗以及高频感抗部分的变化情况，这对扬声器和信号源的匹配、扬声器的低频设计以及扬声器箱的设计等都是很重要的参数，常用额定阻抗和阻抗曲线来表征扬声器的阻抗特性。
二、频率响应
在自由场条件下，相对于参轴和参考点的规定位置上，以恒压法或恒流法测得扬声器的输出声压级随频率的变化，称之为扬声器频率响应。当以曲线表示时，称此曲线为频率响应曲线，简称频响曲线。 频率响应是扬声器的重要性能参数之一，它反映扬声器对不同频率的电信号转换成声幅射的能力。根据不同用途来选用扬声器时，首先要考虑的是频率响应以及与其相关的有效频率范围和不均匀度。如对高保真扬声器，则要求频率响应平直，频率范围宽，不均匀度小，对一般收音机和电视机用扬声器，因其低频受箱体的限制，高频受电噪声的影响，频率响应不要求太宽。
三、灵敏度（级）
在规定的频率范围内，在自由场条件下，相当于馈给扬声器额定阻抗上 1W 粉红噪声信号的电压时，在其参考轴上距离参考点 1m 处所产生的声压，称之为扬声器特性灵敏度。一般简称扬声器灵敏度，单位为 Pa/1W 1m。当用分贝来表示扬声器特性灵敏度时，则称特性灵敏度级，单位为 Db/1W•1m。
四、有效频率范围
在扬声器的频率响应曲线上，比在灵敏度 大区域的一个倍频程带宽的平均灵敏度低某一规定值（通常为 10dB）处划一水平直线，与频率响应曲线相交的上下频率所包围的频率范围。相交的上下频率点，即为有效频率上下限。
对于电动式纸盆扬声器，其频率范围的下限应从基低频共振频率 fo 算起，因低于 fo 部分，扬声器处于劲度控制，其辐射声功率以每倍频程 12dB 下降。
在有效频率范围内，频率响应曲线上的声压级 大值与 小值之差，称为扬声器不均匀度。
用纯音信号测量频率响应曲线时，有的也规定在扬声器的频率响应曲线上声压级 大点起下降某一规定值（通常为 10dB）处划一条水平线，与频响曲线相交的上下频率所包围的频率范围，即为扬声器的有效频率范围。若规定的下降分贝值一样的话，这后者的要求比前者的要求更高些。
用纯音信号测量扬声器频响曲线时，考虑到人耳对声信号的鉴别能力，一般把频响曲线上小于 1/9 倍频程的尖锐峰谷值略去不计。
五、指向性
扬声器在电信号的激励下向空间辐射声波的波长随着频率的增加而缩短，当波长与扬声器本身的线度可比拟时，由于声波的相互干涉，扬声器辐射的声波就会明显地出现指向性，而且频率越高，指向性越强。在设计和使用扬声器时，其指向性是必须考虑的重要的参数指标。如在扩声系统设计时，为了使厅堂获得均匀的声场，就必须考虑到扬声器的指向特性。对扬声器的指向特性，通常用指向性图案、指向性因数或指数以及指向性频率特性来表征。
扬声器指向性图案是指在自由场条件下，在规定的平面上，对某规定的频率，扬声器辐射声波的声压级随辐射方向变化的曲线。
扬声器的拽向性因数是指在自由场条件下，在某一给定频率或频带内，在选定的参考轴上某点所测得的声强与被测扬声器辐射相同功率的点声源，在相同的测试点上所产生的声强之比。一般用 Q（f）表示其指向性因数。
扬声器指向性指数是指用分贝表示的指向性因数。其表达式为 D1（f）＝10lgQ(f)，单位 dB 扬声器指向性频率特性是指在若干规定的声波辐射方向上，所测得的扬声器频响曲线族。
此外，也有用等声压级曲线来表征声器指向性特性的。即以频率 f 为横坐标，以与扬声器的参考轴的夹角ρ为纵坐标，绘出等声压级的曲线图。这样比较直观，方便使用。
六、扬声器共振频率
扬声器共振频率也称扬声器谐振频率，是在阻抗曲线上，扬声器电阻抗模值随频率上升的第一个峰值所对应的频率。
七、谐波失真
扬声器的谐波失真是由于扬声器振幅非线性引起的一种失真。当扬声器输入某一频率的正弦电信号时，扬声器输出声信号中除了原输入之基波信号外，还出现有 2 倍、3 倍、…………于基波频率的信号，称之为谐波，而这种现象就是谐波失真。谐波失真的大小通常用这些谐波声压的有效值与总声压的有效值之比表示。
扬声器失真还有多种，如互调失真、差频失真、瞬态失真和相位失真等，但目前测量失真技术中完善的是谐波失真，这是目前扬声器标准中主要考核的一种失真。
八、互调失真
扬声器互调失真是振幅非线性的一种表现形式。当用只含 f2和 f1的复合信号源策动扬声器时，在其声输出中除了原信号外，还出现调制分量，即出现频率为 f2±f1和 f2±2f1的互调边带，称为互调失真。
九、差频失真
扬声器差频失真也是振幅非线性的一种表现形式。当扬声器在额定频率范围内，加以振幅相等的两个频率 f2和 f1信号时，在其声输出中除了原信号外，还会出现 f2-f1、2f2-f1和 2f1-f2的信号，称为差频失真。
十、瞬态失真
由于扬声器振动系统跟不上快速变化的电信号而引起输出波形失真，称之为瞬态失真。扬声器的瞬态失真与它的频率响应、振膜的阻尼以及相位特性等有关。
因为信号变换越快，根据傅里叶变换可知它的高频成分越丰富，这就要求扬声器必须有足够宽的频率响应。扬声器振动系统必须具有一定的阻尼，如果阻尼小 Q 值大，则扬声器瞬态特性差，阻尼大些则瞬态特性好，可以减少瞬态失真。
十一、声功率
在以 f 为中心频率的某一频带内的电信号馈给扬声器时，他所辐射的总声功率即为扬声器的声功率。
十二、效率
在以 f 为中心频率的某一频带内，扬声器所辐射的声功率与馈给它的电功率之比，称为扬声器功率。
十三、品质因数
电动式扬声器（或闭箱扬声器系统）的品质因数 Q 定义为在共振频率点处声阻抗的惯性抗（或弹性抗）与纯阻之比。这个定义不宜随便推广应用到其他类型的扬声器中。
电动式扬声器的品质因数 Q 值的大小和频率响应、瞬态失真有密切关系。Q 值太大，纸盆扬声器低频谐振频率 f0处峰值太高，出现一尖峰，低频响应变差，而且扬声器的瞬态失真增大。适当减小可使低频响应平直展宽，而瞬态失真减小。一般 Q 值取 0.3~0.45 之间，且视不同用途而定。如开口音箱比封闭音箱对 Q 值的选用可以低一些。
十四、扬声器的等效容积
扬声器单元的等效容积是指这个容积中空气的声顺等于扬声器的声顺。等效声顺可从关系式 Veq=Vb[fb/f0）2-1]计算。Veq为扬声器单元的等效容积；Vb为装置扬声器闭箱的内容积与被测扬声器单位所占的空间容积之差； f0 为扬声器单元不另加声负载（即不放在箱体内）时，测得的阻抗曲线上的共振频率；fb 为将扬声器装入一个坚固的内壁无衬垫的密闭箱中，测得的该系统阻抗曲线的共振频率。
十五、大噪声功率、长期 大功率、短期 大功率和 大正弦功率
扬声器 大噪声功率是用 大噪声电压的平方与额定阻抗的比值所表示的电功率。这里所谓的 大噪声电压是指在额定频率范围内，馈给扬声器以规定的模拟节目信号，而不产生热和机械损坏的 大噪声电压值。进行此项试验时，应连续工作 100 小时后考核是否合格。
扬声器的长期 大功率是用长期 大电压的平方与额定阻抗的比值所表示的电功率。这里所谓的长期 大电压是指在额定频率范围内，馈给扬声器以规定的模拟节目信号，信号持续时间为 1min，间隔为
2min，重复 10 次，而扬声器不产生永久性损坏的 大噪声电压。
扬声器短期 大功率是用短期 大电压的平方与额定阻抗的比值所表示的功率。这里所谓的短期
大电压是指在额定频率范围内馈给扬声器以规定的模拟节目信号，信号持续时间为 1s，间隔为 60s，重复 60 次，而扬声器不产生永久性损坏的 大噪声电压。
扬声器 大正弦功率是用额定 大正弦电压的平方与额定阻抗的比值所表示的功率。这里所谓的额定 大正弦电压是指产品标准对其扬声器在客定频率范围内，能承连续正弦信号而不产生热的和机械的损坏所规定的 大正弦电压值。此电压一般规定持续 1 小时。因电压值随频率不同而不同，因此在不同规定频率范围内，可给出不同的电压值。
上述这四种 大功率，都是由生产厂家规定的考核所生产的扬声器 大可承受各种功率的能力，故有的在其前都冠以“额定”两字，即额定 大噪声功率，额定长期 大功率，额定短期 大功率，额定大正弦功率。
十六、辐射角
在包含参考轴的平面内，距离参考点规定的距离处，在偏移参考轴的某方向上，扬声器所辐射的声压级，第一次比参考轴上的声压级低 10dB 处的两个方向所夹的角度，称为扬声器辐射角。
对特殊用途的扬声器单元或扬声器系统，也有用 6dB 代替 10dB 来规定其辐射角的。采用这种规定，应予以说明。
扬声器辐射角大小和频率有关，一般来说频率越高，扬声器指向性越强，其辐射角越小。规定辐射角参数后可方便扬声器在厅堂、体育场（馆）中的应用。
十七、漏磁场（杂散磁场）
在距离扬声器任何组成部位的某一规定距离处，由扬声器磁回路的泄漏而产生的杂散滋场称为漏磁场。这种磁场可以包含有静态分量和交流分量，对于使用永久性磁体的扬声器，只有静态分量，对采用线圈励磁式扬声器，则有交流分量，不过后者现在使用的很少。电视机用的扬声器，或靠近电视机用的家庭影院系统中的中置扬声器系统，为了避免扬声器漏磁场对电视画面的影响，则必须采用防磁扬声器，使泄漏的杂散磁场达到规定的许可值以下，否则将影响电视画面的质量。
十八、极性
扬声器的极性是规定馈给扬声器以瞬时直流电压，当引起扬声器振膜向前方运动时，与电压正极相连接的输入端为正极，用红色或符号（+）表示。