如何解决扬声器的阻抗测试问题


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2010年1月18日

应用领域：应用领域：扬声器阻抗，喇叭阻抗，耳机阻抗
背景
生产线测试扬声器或者喇叭，阻抗是一个关键的参数，如何测试阻抗，是工程师需要解决的一个问题。声学工程师需要能够在短时间能完成阻抗测试系统的搭建。章和电气提供AudioExpress专业音频测试平台软件，使用AudioExpress的功能和章和电气音频测试硬件产品，可以快速搭建阻抗测试平台
系统介绍
在线性无源电路中，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗；阻抗用复数形式Z表示，Z的实部称为电阻，虚部称为电抗。其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。电容，电感对不同频率的交流电阻碍作用不同，因此电抗大小随着流过的交流电频率变化而不同。扬声器/喇叭阻抗模型含有电阻，电容，电感分量，其阻抗大小随着流过的电流频率变化而不同，所以扬声器/喇叭的阻抗测量结果是一条随频率变化的曲线。本文将介绍如何测试扬声器/喇叭的阻抗曲线。
测量电路：

图1.扬声器/喇叭测量电路
如图，电路中Line Out输出两端，串联一个已知阻值的精密电阻Rfixed和被测扬声器/喇叭Z，Line In 1，Line In z2分别连接Line Out两端和扬声器/喇叭Z两端；Line Out，Line In共地；Zin表示Line In的输入阻抗。
测试时，Line Out发出20Hz到20KHz的扫频信号，Line In 1采集到多个频率下A点的电压和相位，Line In 2采集到多个频率下B点的电压和相位；

阻抗算法：
VB / VA = Ztotal / (Ztotal + Rfixed )
VA ，VB分别表示A和B点电压的复数表达值，Rfixed表示已知精密电阻的电阻值，Ztotal表示扬声器/喇叭Z和Line In2 输入阻抗Zin并联后的阻抗值。化简后，
Ztotal = Rfixed (VB / VA) / (1-VB / VA)
Line In 1采集到A点的电压Va和相位φa
VA= Va cos(φa) + jVa sin(φa)
Line In 2采集到B点的电压Vb和相位φb
VB= Vb cos(φb) + jVb sin(φb)
VB / VA= Vb / Va cos(φb-φa) + jVb / Va sin(φb-φa)
扬声器/喇叭Z和Line In2 输入阻抗Zin并联，有
Ztotal = Z . Zin / (Z + Zin)
所以扬声器/喇叭阻抗
Z =Zin . Ztot / (Zin - Ztot )
输入阻抗Zin校准 Line In的输入阻抗较大，所以可以近似认为Z≈Ztotal为了使测量更加准确，对Zin进行校准，同样，Zin大小随频率变化。
同理，校准电路如图，扬声器/喇叭开路，电路中Line Out输出的两端串联一个已知阻值的精密电阻Rfixed 和Line In 2。Line In 1连接Line Out两端；Line Out，Line In 1，Line In 2共地；Zin表示Line In 2的输入阻抗。

图2.输入阻抗校准电路
测试时，Line Out发出20Hz到20KHz的扫频信号，Line In 1采集到多个频率下A点的电压和相位，Line In 2采集到多个频率下B点的电压和相位；
使用上文的阻抗算法
Zin = Rfixed (VB / VA) / (1-VB / VA)
Zin阻抗校准图如下；