扩音机的阻尼系数

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让我们先做个实验:给玩具电动机通上电,电动机的转子便转动。然后把电源切断,我们会发现转子并不能立即停下来,它还要继续转动一段时间,才慢慢停止。如果我们切断电源后,马上用手指捏住玩具电动机的转轴,电动机便很快被制动。这种对机械运动的阻碍就是阻尼,即人力阻止了电动机转子的自由运动。上述阻尼也可以用电的方法来实现,只要我们在切断电源时,随即用导线把电动机的转子引出端短接,转子也会很快停止转动。这是什么原因呢?请看图1。图中(d)是运行状态,转子电流I\(_{d}\)的方向如图所示,电机作电动机使用。(b)是制动状态,电动机的电源刚切断,电动机的转子仍在转动,转子线圈切割定子的磁力线,产生感应电动势Ef,电动机变成发电机。如此时把转子短接,转子便会流过强大的感生电流I\(_{f}\),其方向与Id相反。此感生电流会在转子上形成很大的力矩,其方向也与电动机转动力矩相反,因而迫使电动机转子迅速停下来。

图1
图1 🔍原图 (525×203)

扩音机推动扬声器工作也有类似情况,见图2。扩音机输出的信号电流流过电动式扬声器的音圈,所产生的磁场与永久磁铁的磁场相互作用,便使音圈带动纸盆运动,从而激动空气,发出声音。当信号停止时,如果扬声器的阻尼不好,纸盆便会继续作自由振动,发出原信号没有的声音,使信号声出现拖尾。特别是在扬声器的谐振频率附近,扬声器纸盆的自由振动最强,发出的声音最难听。

图2
图2 🔍原图 (380×223)

为了改善音质,便要求扬声器有足够的阻尼。除了扬声器的机械阻尼外,由图2可见,扩音机的输出内阻R\(_{0}\)也能对扬声器起到电阻尼作用。扬声器纸盆作自由振动时,音圈切割磁力线,也会产生感应电动势,它与扩音机内阻组成闭合电路,便形成感生电流If,与玩具电动机制动时一样,将会明显地减弱扬声器的自由振动。

扬声器阻抗R\(_{L}\)与扩音机输出内阻R0之比,称作阻尼系数f\(_{D}\),即fD=R\(_{L}\)/R0。f\(_{D}\)越大,对扬声器自由振动的抑制能力就越强。

不同的扬声器有不同的f\(_{D}\)最佳适配值。在一定范围内来说,扩音设备的阻尼系数较大,所重放出来的声音也较真实。但阻尼系数并不是越大越好,而是要求适量,要求与扬声器的特性相配。如阻尼过重,声音会发硬、发干、失去松软感。

早期的电子管扩音机,f\(_{D}\)值往往小于10;而现在的家用晶体管扩音机,其fD值大都在40以上,甚至超过100。成品扬声器的阻尼很难同时适配这两类扩音机。因此,较考究的高保真扩音设备常设有阻尼系数调节装置,通过改变扩音机功率放大器的电路结构和反馈形式,达到改变f\(_{D}\)的目的,以满足不同扬声器的需要。(李应楷)