3-1 揚聲器之等效電路模擬
等效電路是揚聲器低頻分析的重要工具，透過它可以分析揚聲器的 頻響特性表現，這裡介紹等效電路的概念：
(1) 揚聲器之等效電路根據物理量分為三個部分：電學端、機械 端以及聲學端三個部分。
(2) 將機械端與聲學端等效到電學端的部分，通常用於揚聲器阻 抗的分析，推導出揚聲器阻抗函數。而由音圈阻抗函數可推導出Qm(機 械品質因子)、Qt(系統總品質因子)、Qe(系統電學品質因子)。從電學 端等效電路較易理解因揚聲器作動而產生阻抗之觀念。
(3) 等效到聲學端，用於揚聲器輸出的分析，推導出體積速度Ud，
再將其結果帶入遠場聲壓公式，藉此得到聲壓頻響曲線。
透過上述概述，不難了解等效電路中電學端、機械端以及聲學端的 部分各有其用途及含意，當等效到不同部分，其背後所代表的意義也有 所不同。藉由 KLIPPLE 量測系統可得出機械端中的C 、m R 、m Mm等參數，
最後等效到聲學端，進而推導出體積速度及頻響曲線。下面接著介紹三 種不同狀況下，其等效電路的不同。
3-2 揚聲器單體之等效電路模擬
3-2.1 揚聲器單體等效電路模擬
揚聲器在封裝之前為一單體，在此模擬單體在無線大障板下，測試 麥克風為(B&K4191)在揚聲器的軸向距離 1m，輸出功率 1W 的狀況下，
等效電路的模擬：
圖 3-2.1.1 模擬揚聲器(單體)之等效電路圖 迴路分析
電學端(Electrical domain)：
g g
機械端(Mechanical domain)：
1
聲學端(Acoustic domain)：
Rg
2 a rad* a rad
ikR ikR
d d d
揚聲器之聲壓頻響分佈曲線：
50 100 500 1000
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dB
揚聲器
圖 3-2.1.2 模擬揚聲器聲壓頻響 等效電路模擬、實際量測值分佈曲線比較：
50 100 500 1000
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dB
揚聲器
圖 3-2.1.3 模擬、量測揚聲器聲壓頻響(Klippel)
紅色：等效電路模擬、藍色：Klippel 模擬、綠色：實際量測值
3-2.2 封閉式音箱等效電路模擬
圖 3-2.2.1 封閉式音箱等效電路
由上述可得知揚聲器單體的頻響分布曲線分布，但是現實生活中揚 聲器會封裝在各項產品上，而主要是封裝在音箱上，音箱的主要用途是 為了讓揚聲器達到無限大障板的效應，接下來利用等效電路模擬揚聲器 在封閉音箱的頻率響應曲線。
等效迴路分析
電學端(Electrical domain)：
g g
Z =R
eb e e
Z =R + j Lω 等效到機械端
( 2)
elc
g eb
Z Bl
Z Z
= +
機械端(Mechanical domain)：
Rg
Ig
Le
VD
BL
Re Rm Mm Cm
Sd: 1
Ma-rad
Ra-rad
Ua-ard
Cab
Mab/2 Mab/2
1
聲學端(Acoustic domain)：
2 a rad* a rad
ikR ikR
d d d
揚聲器的遠場聲壓分佈曲線：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
封閉式音箱
圖 3-2.2.2 模擬封閉式音箱揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 等效電路模擬、實際量測值分佈曲線比較：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
封閉式音箱、模擬
圖 3-2.2.3 模擬、量測封閉式音箱揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
3-2.3 洩漏式音箱等效電路模擬
由上節可得知裝上音箱後會使第一共振頻率有升高的現象，這對揚 聲器的低頻來說是不被期許的，因此建立在相同環境下，再音箱多開一 個洩音孔，期許低頻響應分布更佳。
圖 3-2.3.1 洩漏式音箱等效電路 等效迴路分析
電學端(Electrical domain)：
g g
Z =R
eb e e
Z =R + j Lω
等效到機械端 ( 2)
elc
g eb
Z Bl
Z Z
= +
Mab/2 Mab/2 Mabh Rabh
Ma-rad
Rg
Ig
Le
VD
BL
Re Rm Mm Cm
Sd: 1
Ra-rad
Ua-ard
Cab
Ma-rad
Ra-rad
Uabh
機械端(Mechanical domain)：
聲學端(Acoustic domain)：
2 a rad* a rad
a radbh a radbh
R j m
則揚聲器裝設在無線障板時，其軸向遠場聲壓可以近似為
2 2
ikR ikR
d d d
Frequency HZ
dBre20uPa
Frequency HZ
dBre20uPa
洩漏
圖 3-2.3.2 模擬、量測洩漏式音箱遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、藍色：實際量測值
3-2.4 導音管式音箱等效電路模擬
由上節結果得知提升低頻部分的表現，除了在音箱開個洩音孔之 外，還可以加入導音管的設計，模擬裝入導音管之後頻率響應曲線變化。
圖 3-2.4.1 導音管式音箱等效電路 等效迴路分析
電學端(Electrical domain)：
g g
Z =R
eb e e
Z =R + j Lω
等效到機械端 ( 2)
elc
g eb
Z Bl
Z Z
= +
機械端(Mechanical domain)：
Ma-rad
Mab/2 Mab/2 Rg
Ig
Le
VD
BL
Re Rm Mm Cm
Sd: 1
Ra-rad
Ua-ard
Cab Ma-radp
Ra-radp
Zp2
Zp1 Zp2
1
聲學端(Acoustic domain)：
2 a rad* a rad
1 2 1
ikR ikR
d d d
(1) 聲容、聲質量等效解
揚聲器遠場聲壓分布曲線：
50 100 500 1000 5000 1 104 0
20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管4 .5cm
圖 3-2.4.2 模擬導音管 4.5cm 揚聲器遠場聲壓 等效電路模擬、實際量測值分佈曲線比較：
50 100 500 1000 5000 1 104 0
20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管4 .5cm
圖 3-2.4.3 量測、模擬導音管 4.5cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
50 100 500 1000 5000 1 104 0
20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管7.5cm
圖 3-2.4.4 量測、模擬導音管 7.5cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck)
50 100 500 1000 5000 1 104 0
20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管9.7cm
圖 3-2.4.5 量測、模擬導音管 9.7cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
(2)導音管解析解
揚聲器遠場聲壓分布曲線：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管4.5cm
圖 3-2.4.6 模擬導音管 4.5cm 揚聲器遠場聲壓 等效電路模擬、實際量測值分佈曲線比較：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管4.5cm
圖 3-2.4.7 量測、模擬導音管 4.5cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
50 100 500 1000 5000 1 104 0
20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管7.5cm
圖 3-2.4.8 量測、模擬導音管 7.5cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck)
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
導音管9.7cm
圖 3-2.4.9 量測、模擬導音管 9.7cm 揚聲器遠場聲壓(SoundCheck) 紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
3-2.5 封閉式-增加前空腔音箱等效電路模擬 揚聲器遠場聲壓分布曲線：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
封閉式 增加前空腔
圖 3-2.5.1 模擬封閉式-增加前空腔音箱揚聲器遠場聲壓 等效電路模擬、實際量測值分佈曲線比較：
50 100 500 1000 5000 1 104
0 20 40 60 80 100
Frequency HZ
dBre20uPa
封閉式 增加前空腔
圖 3-2.5.2 模擬、量測封閉式-增加前空腔音箱揚聲器遠場聲壓 (SoundCheck)
紅色：等效電路模擬、綠色：實際量測值
3-2.6 等效電路參數
音箱
capacitance ah
A l
ε
ε ：介電常數A：機電轉換係數
Zg
−
Ceo Electriccapacitance ah
A l
− ε
圖 3-2.6 等效電路參數
Electrical Parameters
Re 6.44 Ohm electrical voice coil resistance at DC Le 0.836 mH frequency independent part of voice coil
inductance
L2 1.300 mH para-inductance of voice coil
R2 13.33 Ohm electrical resistance due to eddy current losses
Cmes 146.02 electrical capacitance representing moving mass
Lces 17.65 mH electrical inductance representing driver compliance
Res 37.55 Ohm resistance due to mechanical losses fs 99.1 Hz driver resonance frequency
Mechanical Parameters (using laser)
Mms 14.041 g
mechanical mass of driver diaphragm assembly including air load and voice coil
Mmd (Sd) 13.585 g mechanical mass of voice coil and diaphragm without air load
Rms 2.561 kg/s mechanical resistance of total-driver losses
Cms 0.184 mm/N mechanical compliance of driver suspension
Kms 5.45 N/mm mechanical stiffness of driver suspension
Bl 9.806 N/A force factor (Bl product) Lambda s 0.151 suspension creep factor
`
Loss factors
Qtp 0.503 total Q-factor considering all losses Qms 3.415 mechanical Q-factor of driver in free air
considering Rms only
Qes 0.585 electrical Q-factor of driver in free air considering Re only
Qts 0.500 total Q-factor considering Re and Rms only
Vas 1.9479 l equivalent air volume of suspension n0 0.312 % reference efficiency (2 pi-radiation using
Re)
Lm 87.14 dB characteristic sound pressure level (SPL at 1m for 1W @ Re)
Lnom 86.83 dB nominal sensitivity (SPL at 1m for 1W
@ Zn)
rmse Z 5.48 % root-mean-square fitting error of driver impedance Z(f)
rmse Hx 3.59 % root-mean-square fitting error of transfer function Hx (f)
Series
resistor 0.00 Ohm resistance of series resistor Sd 86.59 cm diaphragm area
圖 3-2.7 Klippel TS 參數