扬声器阻抗曲线举例说明

什么是阻抗

在解释扬声器阻抗曲线之前，让我们先了解一下电气基础知识。如果我们在电气系统中施加一个电压时，电气系统将对电流表现出一定程度的阻碍作用。我们称此为阻抗，以欧姆（Ω）为单位。让我们区分一下阻抗和电阻，它们使用相同的度量单位（Ω），但不是相同的东西。

当电路由直流电驱动时，应使用电阻来描述阻碍的大小，它是一个固定值。
当电路由交流电驱动时，应使用阻抗来描述阻碍的大小。由于交流电中的电流是变化的，所以阻抗不仅有幅度分量，而且有相位分量。
扬声器系统使用交流电，因此阻抗是我们的主要研究对象，阻抗值会随频率发生变化。在查看官方提供的规格参数表时，我们可能会同时看到电阻和阻抗值，例如Re= 3.4Ω（电阻）和Z = 4Ω（阻抗）。Re表示音圈的直流电阻，Z表示标称阻抗，这里的“标称”指平均值，由于阻抗会随频率变化，所以我们使用平均值来进行描述。这意味着阻抗将主要在4Ω左右，但是它最高可以达到50Ω，而最低则会到2.5Ω。

扬声器阻抗曲线

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驱动器的阻抗。同时由于箱体会影响扬声器的性能，因此同一驱动器的阻抗曲线也会因为箱体的不同而产生变化。那么让我们来看一下，在自由场中的驱动器或密闭箱体中的驱动器的扬声器阻抗曲线。

自由场/密闭箱体中扬声器阻抗图

让我们来分析一下密闭箱体中驱动器的阻抗图。如果将一个扬声器分别放在自由场和密闭箱体中进行测量，两张阻抗图看起来都会很相似。但在密闭箱体中时，阻抗的峰值将出现在较高的频率，这是因为箱体会提高音箱系统的谐振频率。

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

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

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，标称阻抗指的是阻抗的平均值。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，对于自由场中的驱动器和密闭箱体中的驱动器来说都是如此。对于密闭箱体中的驱动器来说，如果我们将其与位于自由场中的相同驱动器进行比较，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。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。

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。

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：

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可以做什么呢？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：

其中P为有功功率（即功率放大器传递给扬声器的功率），图片为功率因数，图片为相位差。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或让扬声器发热。如下表：

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。
(引用自https://sound-au.com/patd.htm)

倒相式扬声器（开孔扬声器）阻抗图

与自由场或密闭箱体的阻抗图不同，倒相式扬声器阻抗图将显示2个峰值。这是一个例子：

峰值之间的阻抗最低的点表示箱体的谐振频率

根据两个峰之间的高度比较，我们可以考虑以下3种特殊情况：
1. 两个峰的高度相同。这意味着驱动器在自由场中的共振频率（fs）与箱体的共振频率（fb）相匹配。
2. 第一个峰值高于第二个峰值。这意味着fb> fs。
3. 第二个峰高于第一个峰。这意味着fb<fs。

译者注：

一个自由场中，驱动器能发出的最低有效频率为它的共振频率。当驱动器发出的频率达到箱体的共振频率时，驱动器的能量大部分被箱体耗散，导致驱动器无法进行有效的换能。

当箱体共振频率高于驱动器共振频率时，驱动器发出在箱体共振频率时会导致箱体产生严重的失真。

当箱体共振频率低于驱动器共振频率时，驱动器发出的所有频率都不会导致箱体共振。

结论

上矩形

现在，我们已经解释了扬声器阻抗曲线，你可以从曲线中看到其中的含义。无论是自由场中的扬声器、密闭箱体的扬声器和倒相式扬声器，如果您知道在哪里找到阻抗图，它都会为您提供各种有用的信息。