如何构建扬声器的RLC等效模型

如果您正在处理任何与音频相关的项目，则最不相关的组件是扬声器，但扬声器是任何音频相关电路的重要组成部分。一个好的扬声器可以覆盖噪音，可以提供平稳的输出，而一个坏的扬声器可以破坏你的所有努力，即使电路的其余部分也非常好。

因此，选择合适的演讲者非常重要，因为它是为最终观众产生最终输出的演讲者。但是，众所周知，在制造电路时，并非所有组件都随时可用，有时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，则无法确定输出内容。因此，这是一个很大的问题，因为在不同类型的声学环境中，扬声器输出可能完全不同。

那么，如何确定在不同情况下说话者的反应是什么呢？或者，电路结构将是什么？好吧，本文将介绍此主题。我们将了解扬声器的工作原理，并将构建扬声器的RLC等效模型。该电路还将作为在某些特定应用中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。扬声器有两个级别的结构，一个是机械结构，另一个是电气结构。

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支架，它在内部和外部固定组件。组件包括防尘帽，音圈，振膜锥，扬声器蜘蛛，极点和磁铁。

隔膜是振动并将振动推向空气从而改变气压的最终事物。由于其锥形，隔膜被称为隔膜锥。

蜘蛛是负责扬声器振膜正确运动的重要部件。它确保当锥体振动时，它不会接触扬声器框架。

此外，环绕物是橡胶或类似泡沫的材料，为锥体提供了额外的支撑。隔膜锥体与电磁线圈连接。该线圈可以在极和永磁体内部的上下位置自由移动。

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上下移动，从而在锥体中产生振动。振动通过拉动或推动空气并改变气压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，机械上，扬声器与许多物理组件一起工作。如果我们列出一个清单，那么考虑要点将是 -

悬浮液顺应性- 这是材料的属性，其中材料在受到施加的力时处于弹性变形或经历体积变化。

悬架阻力- 这是负载，锥体在从悬架移动时面向。它也被称为机械阻尼。

移动质量- 它是线圈，锥体等的总质量。

通过驱动器的空气负载。

以上这四点都来自扬声器的机械因素。还有两个因素存在于电气上，

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元件来制作扬声器的物理模型。上述6点可以使用三个基本无源元件进行建模：电阻器，电感器和电容器，它们表示为RLC电路。

扬声器的基本等效电路只能通过使用两个组件来制作：电阻器和电感器。电路将如下所示 -

在上图中，只有单个电阻R1和单个电感器L1与交流信号源连接。该电阻R1代表音圈电阻，电感器L1提供音圈电感。这是扬声器仿真中使用的最简单的模型，但肯定它有局限性，因为它只是一个电气模型，没有确定扬声器能力的范围，以及在涉及机械部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部件。让我们看看如何做到这一点。但在理解这一点之前，让我们分析一下需要哪些组件以及它们的用途是什么。

对于悬架顺应性，可以使用电感器，因为悬架顺应性与通过音圈的电流的某些变化直接相关。

下一个参数是悬挂阻力。由于它是一种由悬架产生的负载，因此可以为此目的选择电阻器。

我们可以为移动质量选择电容器，其中包括线圈，锥体的质量。此外，我们可以再次为空气负载选择电容器，这也增加了锥体的质量;它也是创建扬声器等效模型的重要参数。

因此，我们选择了一个用于悬架顺应性的电感器，一个用于悬架电阻的电阻器，以及两个用于空气负载和移动质量的电容器。

现在，下一件重要的事情是如何连接所有这些来制作扬声器的电气等效模型。电阻（R1）和电感器（L1）串联连接，这是初级的，并且使用并联的机械因素是可变的。因此，我们将这些组件与R1和L1并行连接。

最后的赛道会是这样的——

我们添加了与 R1 和 L1 并联的组件。C1和C2将分别表示移动质量和空气载荷，L2提供悬架顺应性，R2将是悬架阻力。

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

其中，Rc– 线圈电阻，Lc– 线圈电感，Cmems– 移动质量电容，Lsc– 悬浮顺应性电感，Rsr– 悬浮电阻和钙– 空气负载电容。

扬声器设计中的蒂勒/小参数

现在我们得到了等效的模型，但是如何计算分量的值。为此，我们需要扬声器的蒂勒小参数。

当输入阻抗与谐振频率相同并且扬声器的机械行为实际上是线性时，小参数来自扬声器的输入阻抗。

蒂勒参数将提供以下内容-

根据这些参数，我们可以使用简单的公式创建等效模型。

Rc和Lc的值可以直接从线圈电阻和电感中选择。对于其他参数，我们可以使用以下公式 -

Cmens = Mmd / Bl2

Lsc = Cms * Bl2

Rsr = Bl2 / Rms

如果没有给出Rms，那么我们可以从下面的等式中确定它 -

Rms = (2*π*fs*Mmd) / Qms

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

[其中 Ad 是圆锥的有效半径 =（Sd / 3.14） 的平方根，p是空气的密度25 摄氏度 = 1.184 千克/米3]

使用真实数据构建 RLC 等效扬声器电路

在我们学习如何确定组件的等效值时，让我们使用一些真实数据并模拟扬声器。

对于演讲者来说，蒂勒参数是

根据这个蒂勒参数，我们将计算出等值，

因此，我们计算了要用于12S330等效模型的每个组件的值。让我们在尖晶中制作模型。

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

我们配置了直流扫描，以对数尺度的每十年100点获得从5Hz到20000Hz的大频率分析。

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上添加了电压和电流迹线，即音圈的电阻。我们将检查该电阻两端的阻抗。为此，如我们所知，V = IR，如果我们将交流源的V +与流过电阻Rc的电流分开，我们将得到阻抗。

因此，我们添加了一个带有V（V1：+）/I（Rc） 公式的跟踪。

最后，我们得到等效扬声器模型12S330的阻抗图。

我们可以看到阻抗图以及扬声器阻抗如何根据频率变化-

我们可以根据需要更改值，现在可以使用此模型来复制实际的12S330扬声器。