Page 15 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 陈睿等： 直接辐射式扬声器系统的低频效率计算公式 861

效率具有更广适用范围，能更清晰地揭示各个参数
0 引言 对效率的影响，更有利于扬声器系统效率优化提升。
本文的研究对象是采用动圈式扬声器单元的直接
很多便携式产品 (如便携式音箱、手机) 要求
辐射式扬声器系统，旨在基于 TS 参数，提出封闭式
扬声器系统轻便、小巧的同时，具有更长的工作时
扬声器系统和倒相式扬声器系统低频效率的计算
间 [1] ，因此更高的电声转换效率是扬声器系统设计
公式，并进行实验验证。
和优化的重要目标 [2] 。目前，扬声器系统在电声转
换时会有较大损失，其效率仅为0.2% ∼ 2% [3−4] ，已
1 低频效率的计算方法
成为相关产品提升工作时间的短板弱项。
扬声器系统的效率是设计和优化扬声器系统 本文的研究对象是采用动圈式扬声器单元的
的重要指标，可以用于分析扬声器系统各个参数对 直接辐射式扬声器系统，它一般包含扬声器单元、
效率的影响，并寻求最优参数，实现效率的提升。现 腔体、倒相管或无源辐射体以及泄漏等部分。考虑
有的研究通常根据 TS 参数计算扬声器系统的标称 各个部分的声阻抗以及电阻抗，可以画出直接辐射
效率，相关公式由 Small [5] 给出。然而，标称效率将 式扬声器系统的声学类比线路图和电学类比线路
扬声器系统的电阻抗视为音圈的直流电阻，对于阻 图，如图 1 所示 [5] 。图1(a)、图 1(b)中各参数的含义
抗变化较大的低频并不适用 [6−7] ，制约了扬声器系 分别如表1、表2所示。图1(a)中的电流表示体积速
统低频效率的优化提升。Keele [8−9] 提出 “真实” 效 度，通过求出扬声器系统所有向外辐射声能的部位
率的定义，对比了不同Bl 值的扬声器系统的标称效 的体积速度之和，可计算扬声器系统的输出声功率；
率和 “真实”效率。利用“真实” 效率的定义，可以计 利用图 1(b) 中的电学类比线路图求其总电阻抗，可
算扬声器系统的低频效率，相较于标称效率，低频 进一步计算扬声器系统的输入电功率。

2
B l ⊳↼R eS ↽
2 2
d
U d
R as M as R e L e
C as Z ep
U l U b U p
2
S L e ⊳↼B l ↽
2 2
d
p g R es
C mes L ceb
R al e g
Z ap L ces
C ab
R el
(a) ܦߦዝඋጳ᡹ڏ (b) ႃߦዝඋጳ᡹ڏ
图 1 直接辐射式扬声器系统的声学、电学类比线路图
Fig. 1 Acoustic and electrical analog circuit of the direct-radiator loudspeaker system
表 1 图 1(a) 中参数的含义 表 2 图 1(b) 中参数的含义
Table 1 Meaning of parameters in Fig.1 (a) Table 2 Meaning of parameters in Fig.1(b)
参数 含义
参数 含义
信号源等效声压 e g 信号源开路输出电压
p g
扬声器单元声顺的等效电感
L ces
R as 扬声器单元的声阻
扬声器单元等效面积 R e 扬声器单元音圈的直流电阻
S d
扬声器单元的声质量 Z ep 倒相管或无源辐射体声阻抗的等效电阻抗
M as
扬声器单元音圈电感
Bl 扬声器单元的力耦合因数 L e
扬声器单元的声顺 L ceb 腔体声顺的等效电感
C as
扬声器单元的体积速度 R es 扬声器单元声阻的等效电阻
U d
扬声器系统泄漏声阻的等效电阻
腔体的声顺 R el
C ab
扬声器单元声质量的等效电容
倒相管或无源辐射体的体积速度 C mes
U p
倒相管或无源辐射体的声阻抗
Z ap
腔体内空气振动的体积速度 其他相关参数为：ρ 0 ：空气密度；c 0 ：空气中的声
U b
扬声器系统泄漏的声阻 速；f：声波频率，对应角频率 ω = 2πf；s = jω：
R al
因泄漏产生的体积速度
复频率；k：声波波数；a：扬声器单元等效半径；
U l