用等效RLC电路模拟扬声器

如果您正在处理任何与音频相关的项目，则与扬声器无关的组件是扬声器，但是扬声器是任何与音频相关的电路的重要组成部分。好的扬声器可以消除噪声并提供平稳的输出，而劣质的扬声器会破坏您的所有努力，即使电路的其余部分都非常好。

因此，选择合适的演讲者很重要，因为它是为最终听众产生最终结果的演讲者。但是，众所周知，在制作电路时，并非始终都能获得所有组件，并且如果我们选择特定的扬声器，或者有时我们有扬声器但没有外壳，则有时我们无法确定输出的内容。因此，这是一个大问题，因为扬声器输出在不同类型的声学环境中可能完全不同。

那么，如何确定说话人在不同情况下的反应呢？或者，电路结构将如何？好吧，本文将涵盖该主题。我们将了解演讲者的工作方式，并构建与演讲者相同的RLC模型。在某些特定应用中，该电路还将用作模拟扬声器的良好工具。

扬声器的构造

扬声器充当能量转换器，将电能转换为机械能。扬声器具有两种结构，一种是机械结构，另一种是电气结构。

在下图中，我们可以看到扬声器的横截面。

我们可以看到一个扬声器框架或安装架，该框架将组件固定在内部和外部。组件包括防尘帽，音圈，膜片锥，扬声器蜘蛛，磁极和磁铁。

该膜片是端部的东西而振动并推动振动到空气和从而改变空气压力。由于其圆锥形状，隔膜称为隔膜锥体。

的蜘蛛是负责扬声器振动膜片的适当的运动的重要组成部分。这样可以确保当锥体振动时，不会碰到扬声器框架。

而且，由橡胶或泡沫状材料制成的包围物为锥体提供了额外的支撑。隔膜锥附有电磁线圈。该线圈可以在磁极和永磁体内自由上下移动。

该线圈是扬声器的电气部分。当我们向扬声器提供正弦波时，音圈会改变磁极性并向上和向下移动，从而在音盆中产生振动。通过拉动或推动空气并改变气压，振动进一步传递到空气中，从而产生声音。

将扬声器建模到电路中

扬声器是所有音频放大器电路的主要组件，从机械上讲，扬声器需要许多物理组件。如果我们列出清单，那么考虑点将是：

悬架柔度–这是材料的属性，其中材料在受到弹性力作用时会发生弹性变形或发生体积变化。
悬架阻力–这是载荷，圆锥体从悬架移开时正对着。也称为机械阻尼。
移动质量-它是线圈，圆锥体等的总质量。
穿过驾驶员的空气负荷。

以上四点均来自扬声器的机械因素。电方面还有两个因素，

线圈电感。
线圈电阻。

因此，通过考虑所有要点，我们可以使用很少的电子或电气组件来制作扬声器的物理模型。可以使用三个基本的无源组件对高于6点的那些进行建模：电阻，电感和电容器，用RLC电路表示。

甲扬声器的基本等效电路电阻器和电感器：可以通过只使用两个部件制成。电路看起来像这样-

在上图中，只有单个电阻器R1和单个电感器L1与AC信号源连接。该电阻器R1代表音圈电阻，并且电感器L1提供音圈电感。这是在扬声器仿真中使用的最简单的模型，但是肯定有其局限性，因为它只是一个电气模型，没有范围来确定扬声器的能力以及在涉及机械零件的实际物理场景中它将如何反应。

扬声器等效RLC电路

因此，我们已经看到了扬声器的基本模型，但是要使其正常工作，我们需要在该扬声器等效模型中添加具有实际物理组件的机械零件。让我们看看我们如何做到这一点。但是在理解这一点之前，让我们分析一下需要哪些组件以及它们的目的是什么。

对于悬架柔量，可以使用电感器，因为悬架柔量与通过音圈的电流的特定变化直接相关。

下一个参数是悬架阻力。由于是悬架产生的一种负载，因此可以选择一个电阻。

我们可以为移动的质量选择电容器，其中包括线圈，圆锥的质量。此外，我们可以再次为空气负载选择一个电容器，这也会增加锥体的质量。它也是创建扬声器等效模型的重要参数。

因此，我们选择了一个电感用于悬架柔顺，选择了一个电阻用于悬架电阻，并选择了两个电容用于空气负荷和运动质量。

现在，下一个重要的事情是如何将所有这些连接起来以制作等效的扬声器模型。电阻（R1）和电感器（L1）串联连接，该串联连接是主要的，并且可以使用并联的机械因素来改变。因此，我们将这些组件与R1和L1并联连接。

最终电路将如下所示-

我们添加了与R1和L1并联连接的组件。C1和C2分别表示运动质量和空气负载，L2提供悬架柔度，R2为悬架阻力。

因此，使用RLC的扬声器的最终等效电路如下所示。此图显示了使用电阻器，电感器和电容器的扬声器的等效模型。

其中，Rc –线圈电阻，Lc –线圈电感，Cmems –移动质量电容，Lsc –悬架柔量电感，Rsr –悬架电阻和Cal –空载电容。

扬声器设计中的Thiele / Small参数

现在我们得到了等效模型，但是如何计算组件的值。为此，我们需要扬声器的 Thiele小参数 。

当输入阻抗与谐振频率相同并且扬声器的机械性能实际上是线性时，小参数是从扬声器的输入阻抗得出的。

Thiele参数将提供以下内容：

参量	描述	单元
	总Q因子	无单位
	机械Q因子	无单位
	电Q因数	无单位
	共振频率	赫兹
	悬架的阻力	净重/米
	总移动质量	公斤
	有效驾驶员区	平方米
	等效声量	铜
	音圈的线性行程	中号
	频率响应	Hz或kHz
	驱动器单元排量	铜
	音圈的电阻	欧姆
	线圈电感	亨利或米利·亨利
	力因数	特斯拉/米
	驾驶员悬架的合规性	米/牛顿

根据这些参数，我们可以使用简单的公式创建等效模型。

的值RC和LC可以从线圈的电阻和电感直接选择。对于其他参数，我们可以使用以下公式–

Cmens = Mmd / Bl ² Lsc = Cms * Bl ² Rsr = Bl ² / Rms

如果没有给出Rms，则可以根据以下公式确定：

Rms =（2 * π* fs * Mmd）/ Qms Cal =（8 * p * Ad ³）/（3 * Bl ²）

使用实际数据构建RLC等效扬声器电路

当我们学习了如何确定组件的等效值时，让我们处理一些实际数据并模拟扬声器。

我们从BMS扬声器中选择了12S330扬声器。这是相同的链接。

www.bmsspeakers.com/index.php?id=12s330_thiele-small

对于扬声器， Thiele参数 为

根据该Thiele参数，我们将计算等效值，

因此，我们计算了要用于 12S330 等效模型的每个组件的值。让我们在Pspice中创建模型。

我们为每个组件提供了值，并且还将信号源重命名为V1。我们创建了一个模拟配置文件-

我们配置的DC扫从中获取较大的频率分析，5赫兹到20000赫兹的100个数刻度每十年点。

接下来，我们将探头连接到等效的扬声器模型输入-

我们在Rc（音圈的电阻）上添加了电压和电流迹线。我们将检查该电阻两端的阻抗。为此，我们知道，V = IR，如果将交流电源的V +除以流经电阻Rc的电流，我们将获得阻抗。

因此，我们使用 V（V1：+）/ I（Rc） 公式添加了一条轨迹。

最后，我们得到了等效扬声器模型12S330的阻抗图。

我们可以看到阻抗图以及扬声器阻抗如何随频率变化-

我们可以根据需要更改值，现在可以使用此模型复制实际的12S330 扬声器。