【導讀】共振音頻係統設計人員麵臨著兩項關鍵挑戰。第一項挑戰是利用揚聲器或蜂鳴器的共振頻率和共振區來產生最大的輸出聲壓級 (SPL)。第di二er項xiang挑tiao戰zhan是shi避bi免mian共gong振zhen在zai音yin頻pin器qi件jian的de音yin箱xiang和he安an裝zhuang係xi統tong中zhong引yin入ru的de嗡weng嗡weng聲sheng和he格ge格ge聲sheng。雖sui然ran共gong振zhen是shi人ren們men熟shu悉xi的de概gai念nian，但dan本ben文wen將jiang回hui顧gu共gong振zhen對dui音yin頻pin設she計ji的de意yi義yi，其qi中zhong包bao括kuo上shang方fang提ti到dao的de挑tiao戰zhan、共振影響因素、如何理解頻率響應曲線等等。

共振和共振頻率基礎知識

要(yao)了(le)解(jie)共(gong)振(zhen)的(de)影(ying)響(xiang)，首(shou)先(xian)要(yao)了(le)解(jie)共(gong)振(zhen)的(de)基(ji)本(ben)特(te)征(zheng)。當(dang)物(wu)理(li)對(dui)象(xiang)或(huo)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)吸(xi)收(shou)來(lai)自(zi)初(chu)始(shi)脈(mai)衝(chong)的(de)能(neng)量(liang)並(bing)隨(sui)後(hou)以(yi)相(xiang)同(tong)頻(pin)率(lv)振(zhen)動(dong)時(shi)
，就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)共(gong)振(zhen)。不(bu)過(guo)，如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)更(geng)多(duo)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)量(liang)，振(zhen)幅(fu)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)。發(fa)生(sheng)共(gong)振(zhen)時(shi)的(de)頻(pin)率(lv)稱(cheng)為(wei)係(xi)統(tong)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)，表(biao)示(shi)為(wei) F0。

gongzhenkeyichuxianzaiduozhongqingkuangxia。jitajiushiyigehenhaodechangjianlizi，tawanquantongguozhendonglaichanshengshengyin。dangyanzouzhebodongyuanshengjitadeqinxianshi，qinxianzhendongbingjiangshengnengchuandidaoleqidekongxinmuzhiqinshen，shiqichanshenggongzhenbingfangdasuochanshengdeshengyin。tongyang，ruguoshiyongshidangpinlvdexinhaojifa LC lvboqi，lvboqijiuhuizuoweitiaoxiezhendangdianlufashenggongzhen。zaijibenwuxiandianzhong，zhezhongxiaoyingkeyonglaibuhuoguangboxinhao，zhixutongguotiaozhengzhendangdianludedianronghuodianganzhi
，shizhendangdianludegongzhenpinlvyuguangbopinlvxiangyizhi。yadianjingtizhendangqizhongdejidiangongzhenkeyiyongzuopinlvcankao。

音頻輸出元器件概覽

機械共振的影響因素包括重量
，以及將不同質量連接在一起的剛度。對於標準揚聲器
，這個質量就是振膜（或音盆），而剛度則取決於連接振膜和框架的懸架的柔性。由於揚聲器的製造方式多種多樣
，每種揚聲器類型都可能產生不同的共振頻率。

其他導致揚聲器共振頻率不同的因素包括振膜材料、懸架厚度和電磁鐵尺寸。電磁鐵連接至音盆後部，且會對重量產生影響。一般來說
，更輕、剛性更強的材料和柔性的懸掛部件會形成更高的共振頻率。例如，高頻揚聲器體積小、重量輕，具有剛性的聚酯薄膜音盆和高度柔性的懸掛部件。通過修改這些因素，標準揚聲器可擁有 20 Hz 至 20,000 H 的頻率範圍。

圖 1：標準揚聲器結構（圖片來源：CUI Devices）

lingyizhongleixingdeyinpinshuchuyuanqijianshicichuanganqifengmingqi。tamenjiangqudongjigouyufashengjigoufenkaidefangshibutongyuyangshengqi。youyugengqingdemopianyukuangjialianjiedegenglaogu，cichuanganqijuyougenggaodezhengchangpinlvfanwei
，danfanweihuisuoxiao。tamentongchangnengchansheng 2 至 3 kHz 的聲音，額外優點是產生相同聲壓級所需的電流比揚聲器要小。

圖 2：標準磁性蜂鳴器結構（圖片來源：CUI Devices）

最zui後hou，還hai有you壓ya電dian傳chuan感gan器qi蜂feng鳴ming器qi。相xiang比bi於yu磁ci性xing同tong等deng產chan品pin，在zai相xiang同tong電dian流liu下xia，它ta們men能neng夠gou更geng高gao效xiao地di產chan生sheng更geng高gao的de聲sheng壓ya級ji。蜂feng鳴ming器qi利li用yong壓ya電dian效xiao應ying，通tong過guo改gai變bian電dian場chang
，以yi不bu同tong方fang向xiang使shi壓ya電dian陶tao瓷ci元yuan件jian發fa生sheng彎wan曲qu，從cong而er產chan生sheng聲sheng波bo輸shu出chu。這zhe種zhong壓ya電dian材cai料liao通tong常chang具ju有you剛gang性xing
，而er且qie這zhe些xie類lei型xing的de蜂feng鳴ming器qi中zhong使shi用yong的de元yuan器qi件jian都dou很hen小xiao很hen薄bo。壓ya電dian傳chuan感gan器qi蜂feng鳴ming器qi與yu磁ci性xing產chan品pin一yi樣yang
，能neng夠gou產chan生sheng窄zhai頻pin率lv範fan圍wei的de 1 至 5 kHz 高音調噪聲。

圖 3：標準壓電蜂鳴器結構（圖片來源：CUI Devices）

共振設計注意事項

若要設計能利用共振的揚聲器或蜂鳴器，這是一項複雜的任務
，其中需要考慮所需的共振頻率或共振頻率範圍、將使用的揚聲器或蜂鳴器特性
，以及封裝揚聲器或蜂鳴器的音箱的形狀和尺寸。這些因素彼此之間存在顯著的影響。

例如
，將小型揚聲器安裝在一個非常大的音箱中時，揚聲器能夠自由移動，此時係統（揚聲器加上音箱）的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)可(ke)能(neng)與(yu)在(zai)自(zi)由(you)空(kong)氣(qi)中(zhong)運(yun)行(xing)的(de)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)固(gu)有(you)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)相(xiang)同(tong)。但(dan)是(shi)
，如(ru)果(guo)將(jiang)揚(yang)聲(sheng)器(qi)放(fang)在(zai)一(yi)個(ge)緊(jin)密(mi)密(mi)封(feng)的(de)小(xiao)型(xing)音(yin)箱(xiang)中(zhong)

，內(nei)部(bu)的(de)空(kong)氣(qi)將(jiang)充(chong)當(dang)機(ji)械(xie)彈(dan)簧(huang)，其(qi)能(neng)與(yu)揚(yang)聲(sheng)器(qi)音(yin)盆(pen)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)並(bing)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，還(hai)存(cun)在(zai)其(qi)他(ta)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)
，例(li)如(ru)非(fei)線(xian)性(xing)電(dian)氣(qi)驅(qu)動(dong)特(te)性(xing)，這(zhe)些(xie)也(ye)必(bi)須(xu)給(gei)予(yu)考(kao)慮(lv)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)設(she)計(ji)。

鑒(jian)於(yu)這(zhe)種(zhong)複(fu)雜(za)性(xing)
，進(jin)行(xing)任(ren)何(he)種(zhong)類(lei)音(yin)頻(pin)設(she)計(ji)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)式(shi)往(wang)往(wang)是(shi)建(jian)立(li)一(yi)些(xie)原(yuan)型(xing)，測(ce)量(liang)這(zhe)些(xie)原(yuan)型(xing)的(de)特(te)性(xing)
，然(ran)後(hou)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)
，以(yi)便(bian)在(zai)所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)音(yin)頻(pin)信(xin)源(yuan)下(xia)產(chan)生(sheng)最(zui)佳(jia)輸(shu)出(chu)。這(zhe)種(zhong)基(ji)於(yu)原(yuan)型(xing)的(de)方(fang)法(fa)還(hai)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)理(li)解(jie)和(he)彌(mi)補(bu)以(yi)下(xia)現(xian)實(shi)：元yuan器qi件jian特te性xing在zai製zhi造zao公gong差cha範fan圍wei內nei存cun在zai差cha異yi
，並bing且qie音yin箱xiang幾ji何he形xing狀zhuang和he剛gang度du也ye將jiang受shou到dao生sheng產chan差cha異yi的de影ying響xiang。對dui於yu基ji於yu一yi批pi元yuan器qi件jian中zhong挑tiao選xuan出chu的de最zui好hao元yuan器qi件jian手shou工gong製zhi作zuo的de揚yang聲sheng器qi，其qi所suo能neng達da到dao性xing能neng通tong常chang難nan以yi通tong過guo大da規gui模mo生sheng產chan技ji術shu和he標biao準zhun元yuan器qi件jian來lai重zhong現xian。

音箱（特別是用於揚聲器）還必須設計有足夠的內部空間
，以便在沒有衰減的情況下使產生的音頻能量發揮作用。由音箱覆蓋物或材料引起的 3 dB 輕度聲壓級降低，將使輸出的聲功率減半。CUI Devices 的“How to Design a Micro Speaker Enclosure”（如何設計微型揚聲器音箱）博客對此進行了更詳細的討論。

總(zong)體(ti)而(er)言(yan)，務(wu)必(bi)要(yao)查(zha)看(kan)音(yin)頻(pin)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)全(quan)頻(pin)譜(pu)響(xiang)應(ying)，並(bing)利(li)用(yong)其(qi)在(zai)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)峰(feng)值(zhi)任(ren)一(yi)側(ce)頻(pin)率(lv)上(shang)的(de)性(xing)能(neng)。由(you)於(yu)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)精(jing)確(que)的(de)數(shu)字(zi)，也(ye)不(bu)一(yi)定(ding)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)窄(zhai)的(de)頻(pin)帶(dai)（對於揚聲器而言尤其如此），因yin此ci在zai規gui格ge書shu中zhong指zhi定ding的de峰feng值zhi的de任ren一yi側ce上shang，都dou可ke能neng有you設she計ji人ren員yuan可ke以yi利li用yong的de有you用yong頻pin率lv響xiang應ying。這zhe一yi概gai念nian旨zhi在zai優you化hua給gei定ding輸shu入ru功gong率lv下xia的de輸shu出chu聲sheng壓ya級ji和he頻pin率lv。為wei了le實shi現xian這zhe一yi點dian
，器qi件jian應ying以yi其qi共gong振zhen頻pin率lv及ji其qi共gong振zhen區qu內nei的de頻pin率lv進jin行xing驅qu動dong。

例如，CUI Devices 的 CSS-10246-108 揚聲器的規格書顯示其共振頻率為 200 Hz ± 40 Hz，但其頻率響應圖顯示在大約 3.5 kHz 處有另一個共振尖峰。此外，還有一個大約 200 Hz 至 3.5 kHz 的共振區。設計人員可以利用這些信息，為其應用選擇相匹配的揚聲器。

圖 4：CSS-10246-108 揚聲器頻率響應曲線（圖片來源：CUI Devices）

再如，CUI Devices 的 CMT-4023S-SMT-TR 磁傳感器蜂鳴器的規格書中列出 4000 Hz 的(de)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)。這(zhe)一(yi)點(dian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)下(xia)麵(mian)的(de)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)圖(tu)得(de)到(dao)證(zheng)實(shi)。另(ling)外(wai)，為(wei)了(le)簡(jian)化(hua)共(gong)振(zhen)問(wen)題(ti)，蜂(feng)鳴(ming)器(qi)也(ye)可(ke)作(zuo)為(wei)內(nei)置(zhi)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的(de)音(yin)頻(pin)指(zhi)示(shi)器(qi)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)它(ta)們(men)的(de)運(yun)行(xing)設(she)置(zhi)為(wei)固(gu)定(ding)的(de)額(e)定(ding)頻(pin)率(lv)，因(yin)此(ci)這(zhe)些(xie)內(nei)部(bu)驅(qu)動(dong)的(de)器(qi)件(jian)不(bu)需(xu)要(yao)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)圖(tu)，原(yuan)因(yin)是(shi)它(ta)們(men)設(she)計(ji)用(yong)於(yu)在(zai)其(qi)指(zhi)定(ding)頻(pin)率(lv)窗(chuang)口(kou)中(zhong)實(shi)現(xian)最(zui)大(da)的(de)聲(sheng)壓(ya)級(ji)。

圖 5：CMT-4023S-SMT-TR 磁傳感器蜂鳴器的頻率響應曲線（圖片來源：CUI Devices）

總結

zaiweiyingyongshejiyinpinqijianshi，gongchengshibixukaolvqijiandegongzhenpinlv
，yiquebaotachanshengzuidadeshengyaji，erbuhuiyinqibubiyaodezhendong。zheyiweizheshiyonggongyingshangtigongdeshuju（特別是共振頻率）zuoweishejiqidian
，ranhouzaizhegezhizhouweicunzaidegongzhenquneijinxingshejiyouhua。yidanchubushejiwancheng，yingshiyongyuanxinglaijianzhayinpinqijianyuqiyinxiangheanzhuangbujiandehudongfangshishifoufuheshejidexingneng。CUI Devices 提供一係列跨頻譜的音頻解決方案，以幫助工程師找到適合作業的元器件。

來源：Digi-Key，作者：Jeff Smoot

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