如何構建揚聲器的RLC等效模型

如果您正在處理任何與音頻相關的項目，則最不相關的組件是揚聲器，但揚聲器是任何音頻相關電路的重要組成部分。一個好的揚聲器可以覆蓋噪音，可以提供平穩(wěn)的輸出，而一個壞的揚聲器可以破壞你的所有努力，即使電路的其余部分也非常好。

因此，選擇合適的演講者非常重要，因為它是為最終觀眾產生最終輸出的演講者。但是，眾所周知，在制造電路時，并非所有組件都隨時可用，有時如果我們選擇特定的揚聲器，或者有時我們有揚聲器但沒有外殼，則無法確定輸出內容。因此，這是一個很大的問題，因為在不同類型的聲學環(huán)境中，揚聲器輸出可能完全不同。

那么，如何確定在不同情況下說話者的反應是什么呢？或者，電路結構將是什么？好吧，本文將介紹此主題。我們將了解揚聲器的工作原理，并將構建揚聲器的RLC等效模型。該電路還將作為在某些特定應用中模擬揚聲器的良好工具。

揚聲器的構造

揚聲器充當能量轉換器，將電能轉換為機械能。揚聲器有兩個級別的結構，一個是機械結構，另一個是電氣結構。

在下圖中，我們可以看到揚聲器的橫截面。

我們可以看到一個揚聲器框架或支架，它在內部和外部固定組件。組件包括防塵帽，音圈，振膜錐，揚聲器蜘蛛，極點和磁鐵。

隔膜是振動并將振動推向空氣從而改變氣壓的最終事物。由于其錐形，隔膜被稱為隔膜錐。

蜘蛛是負責揚聲器振膜正確運動的重要部件。它確保當錐體振動時，它不會接觸揚聲器框架。

此外，環(huán)繞物是橡膠或類似泡沫的材料，為錐體提供了額外的支撐。隔膜錐體與電磁線圈連接。該線圈可以在極和永磁體內部的上下位置自由移動。

該線圈是揚聲器的電氣部分。當我們向揚聲器提供正弦波時，音圈會改變磁極性并上下移動，從而在錐體中產生振動。振動通過拉動或推動空氣并改變氣壓進一步傳遞到空氣中，從而產生聲音。

將揚聲器建模到電路中

揚聲器是所有音頻放大器電路的主要組件，機械上，揚聲器與許多物理組件一起工作。如果我們列出一個清單，那么考慮要點將是 -

懸浮液順應性- 這是材料的屬性，其中材料在受到施加的力時處于彈性變形或經歷體積變化。

懸架阻力- 這是負載，錐體在從懸架移動時面向。它也被稱為機械阻尼。

移動質量- 它是線圈，錐體等的總質量。

通過驅動器的空氣負載。

以上這四點都來自揚聲器的機械因素。還有兩個因素存在于電氣上，

線圈電感。

線圈電阻。

因此，通過考慮所有要點，我們可以使用很少的電子或電氣元件來制作揚聲器的物理模型。上述6點可以使用三個基本無源元件進行建模：電阻器，電感器和電容器，它們表示為RLC電路。

揚聲器的基本等效電路只能通過使用兩個組件來制作：電阻器和電感器。電路將如下所示 -

在上圖中，只有單個電阻R1和單個電感器L1與交流信號源連接。該電阻R1代表音圈電阻，電感器L1提供音圈電感。這是揚聲器仿真中使用的最簡單的模型，但肯定它有局限性，因為它只是一個電氣模型，沒有確定揚聲器能力的范圍，以及在涉及機械部件的實際物理場景中它將如何反應。

揚聲器等效 RLC 電路

因此，我們已經看到了揚聲器的基本模型，但要使其正常工作，我們需要在該揚聲器等效模型中添加具有實際物理組件的機械部件。讓我們看看如何做到這一點。但在理解這一點之前，讓我們分析一下需要哪些組件以及它們的用途是什么。

對于懸架順應性，可以使用電感器，因為懸架順應性與通過音圈的電流的某些變化直接相關。

下一個參數是懸掛阻力。由于它是一種由懸架產生的負載，因此可以為此目的選擇電阻器。

我們可以為移動質量選擇電容器，其中包括線圈，錐體的質量。此外，我們可以再次為空氣負載選擇電容器，這也增加了錐體的質量;它也是創(chuàng)建揚聲器等效模型的重要參數。

因此，我們選擇了一個用于懸架順應性的電感器，一個用于懸架電阻的電阻器，以及兩個用于空氣負載和移動質量的電容器。

現在，下一件重要的事情是如何連接所有這些來制作揚聲器的電氣等效模型。電阻（R1）和電感器（L1）串聯連接，這是初級的，并且使用并聯的機械因素是可變的。因此，我們將這些組件與R1和L1并行連接。

最后的賽道會是這樣的——

我們添加了與 R1 和 L1 并聯的組件。C1和C2將分別表示移動質量和空氣載荷，L2提供懸架順應性，R2將是懸架阻力。

因此，使用RLC的揚聲器的最終等效電路如下所示。該圖顯示了使用電阻器，電感器和電容器的揚聲器的精確等效模型。

其中，Rc– 線圈電阻，Lc– 線圈電感，Cmems– 移動質量電容，Lsc– 懸浮順應性電感，Rsr– 懸浮電阻和鈣– 空氣負載電容。

揚聲器設計中的蒂勒/小參數

現在我們得到了等效的模型，但是如何計算分量的值。為此，我們需要揚聲器的蒂勒小參數。

當輸入阻抗與諧振頻率相同并且揚聲器的機械行為實際上是線性時，小參數來自揚聲器的輸入阻抗。

蒂勒參數將提供以下內容-

根據這些參數，我們可以使用簡單的公式創(chuàng)建等效模型。

Rc和Lc的值可以直接從線圈電阻和電感中選擇。對于其他參數，我們可以使用以下公式 -

Cmens = Mmd / Bl2

Lsc = Cms * Bl2

Rsr = Bl2 / Rms

如果沒有給出Rms，那么我們可以從下面的等式中確定它 -

Rms = (2*π*fs*Mmd) / Qms

Cal = (8*p*Ad3) / (3*Bl2)

[其中 Ad 是圓錐的有效半徑 =（Sd / 3.14） 的平方根，p是空氣的密度25 攝氏度 = 1.184 千克/米3]

使用真實數據構建 RLC 等效揚聲器電路

在我們學習如何確定組件的等效值時，讓我們使用一些真實數據并模擬揚聲器。

對于演講者來說，蒂勒參數是

根據這個蒂勒參數，我們將計算出等值，

因此，我們計算了要用于12S330等效模型的每個組件的值。讓我們在尖晶中制作模型。

我們?yōu)槊總€組件提供了值，并將信號源重命名為V1。我們創(chuàng)建了一個模擬配置文件 -

我們配置了直流掃描，以對數尺度的每十年100點獲得從5Hz到20000Hz的大頻率分析。

接下來，我們將探頭連接到等效的揚聲器模型輸入 -

我們在Rc上添加了電壓和電流跡線，即音圈的電阻。我們將檢查該電阻兩端的阻抗。為此，如我們所知，V = IR，如果我們將交流源的V +與流過電阻Rc的電流分開，我們將得到阻抗。

因此，我們添加了一個帶有V（V1：+）/I（Rc） 公式的跟蹤。

最后，我們得到等效揚聲器模型12S330的阻抗圖。

我們可以看到阻抗圖以及揚聲器阻抗如何根據頻率變化-

我們可以根據需要更改值，現在可以使用此模型來復制實際的12S330揚聲器。