喇叭线的理论、结构和客观评测（上）

喇叭线的理论、结构和客观评测（上） 喇叭线的理论、结构和客观评测(上) 喇叭线的理论 结构和客观评测(上) 口江伟 一 ,喇叭蟪的理论 任何电缆的参数均可定义为电阻,电容和电感朗龌 台.电缆的直流电碹是其导体的长度和截面积的数, 而与它是由单芯导体或多芯导体缩j蕊无关.导体的电瑁 会随着涌过它的交流电旃的频率升高而增大.遗种现象 叫做集肤效血.它是由于流过导体的太部分交流电流鄯 集印在导体的表面,馥流过电流的有效截面积藏小.从 而导致导体的有效电阻增大.圆彩导体比藉的扁平导体 具有更加显着的集肤效应. 在加有电压的两个导体之间会产生电场.如果在这 两个导体之向插入绝绿材料则绝缘材料的分子会稍微 旋转.井在绝缘材料内产生一个与所加电场相反的电 场.此时电场强度E藏小到低于自由空间(真空)场强 Eu的s船,E是绝缘材料向相对介质常数.即 E=Ea,g 绝缘材料的介质常数越小,总的电场减小量(即损 耗)也越小. 扁平电缆掏成平板电容器.其电害量c可按下式计 尊: C:(8A)/d 上式中,勖是自由空间的介电常数.8是绝缘材坦 的相对质常数.后者随绝缘耐牲的温度和所加交潦电 的频率而改变.A最翠板的面积.d是两个平板Z间的距 离. 两根圆形导线可以构成平行线电容器.在没有地线 层的嘱况下.真电窖量C可按下式计算: C=?8,1,1og(d,r) 其中.e=2.718,,口是自由空闻的介电常数.,是 绝缘材的相对介质常数,1是导线的长度,d是导线之 间的距离.r是导线的半径.注意,d必须远大于r,喇 叭线的导线之间通常郡距离较近,乒非总是能霹满足这 一 条件.大线径且彼此离碍很近的圆形导线更加接近于 平行板电容器. 喇叭缆诬具有串联电感器的特性两根长方彤条忱 导线的电感量L可按下式计算: L=O.41[O.5]0【2d1/w+h)]+O.22(w+h) ,_(其中1》w,h) 上式中,1是条影导线的长度,d是它们之间的距 离,w是条彤导线豹觅度,h是它的高度. 如果通过两根平{于导线的电流相等但方向均反,则 其电感基L可用下式计算: L=[0.1+0.4]og(d/r)]1(其中d》r) 上式中,d是导线之间的距离,r是导线的半径.1 是其长匿. 由此可以看出,喇叭线的阻抗会睫着频率和导线Z 闻的距离雨改变.电容量的改变与距离成正比.电感量 的改耍则与距离成反比. 嘞叭线电阻是甲联在放大器与嘲叭之间的.由于 存在集肤效应,真电阻会睫着频率的升高增太.如果 导线的材睾斗和净截面职与普通多股硬线相同.则它r]的 粪肤效应基本相同.集肤深璧是指蛞于导体表厦曲深 匿,该处的电流密最比表面减小了1/e倍.铜在20kHz 下的集肤深度约为0.5mm(0.02英寸) 20kHz下的集肤效应会使电阻老大7,34.具体 2006年第9期<莉? 瓣 图1喇叭线的截面和外形尺寸 要视导体截面积的形状而定.这给高频下的阻抗测量带 来了问,正如Natona1Semiconductor(美国国 家半导体公司)的BobPeaSeN指出的,当你试图测量 纯电感时,你可能还需测量某些集肤效应.电缆线的电 容具有抵消电感的倾向,因此你可能将电感的相移测量 与集肤效应混淆在一起. 喇叭线的电感也是串联在放大器与喇叭之间的.感 抗的欧姆数等于2叮rfL,不能将电阻与电抗按算术方法相 加,因为感抗的相位比电阻超前90.(目口+90.).所以 串联阻抗应是二者的向量和. 在喇叭线的性能上,电容的影响较小.这是因为喇 叭线的电容量一开始就不大,而且还要被其容抗小得多 的放大器和喇叭阻抗分流.容抗的欧姆数等于 1/(2=fC),它比电阻相位落后90.(目口,90.).随着 频率的升高,并联电容具有抵消串联电感的倾向. 这些L,R和C分量的复数和决定了喇叭线的等效串 联阻抗.喇叭线引起的相移与其复数串联阻抗值成正 比.扁平喇叭线具有较大的电容量,但其电感量小于圆 形喇叭线. 二,喇叭线的结构 喇叭线的制作方法看来是无穷尽的.本文测试的喇 叭线包括一款扁平型,一款具有编织线的,一款长方形 外套里包有多股绞合线的和一款普通圆形多股绞合线. 另外,还增加了一个样本——质量低劣的16NZ1pcord 喇叭线.测试样本的长度为3英尺至6英尺.对于具有卫 星音箱的系统来说,3英尺喇叭线可能不够长.用游标 卡尺测量出的外形尺寸如图1所示. A1pha—CoreGoertzMI2T系歹是b1一W1re (用于双线连接的)喇叭线,其每根导体是0.35× 0.010英寸的高纯无氧铜(OFC)的硬铜带,外罩以 0.005英寸(5密耳)厚的0.8xO.04英寸的对苯二甲酸 <)嘲?2006年,第9期 乙二醇聚酯(PET,与Hy1ar同类的聚合 物)绝缘护套.硬导体放在与之紧密接触 的5密耳透明PETgb套里.PET具有相当稳 定的介质常数,其值约为3.2,它在1MHZ 下减少约3%.聚酯薄膜会少量吸潮,它在 高湿度下的吸水系数为0.2%. 该喇叭线导体之间的距离为0.003英 寸,总共截面尺寸约为0.8~0.040英寸, 空间比接近50%.导体截面积接近于 AWG10号线,其末端可用镀铑的连接器来 连接.照片1是MI2喇叭线的测试样本. 厂家为MI2喇叭线提供一个R/C匹配链路,它由一 照片1#Jpha-CoreGoertzMl2喇叭线 对Zode1路组成每个Z0一妄 be]匾瞎贝L日一只l00nF电容 与一只l0n电阻串联组成在差 系坑口.可将该匹配链路蔗接' 在吼叭接线桂上.系统卿应具 再增益襻宽职酶晶体管放大 器和鬲颤下具有高阻抗的嘲叭. 以避免出现振荡.该匹配链路 曲包装盒上E0有:Chance— sareyou'11tlotneed tnese.(你可能角不着这 些). 照片4Monsterl190MC喇叭线照片516号zipco喇叭线 照片2是KimberKab1eSTC嗡叭线.照片3是 Suprd3.4/S喇叭线.KmberSTC喇叭线宙16根多殴 町FE(嚣臼氟乙烯叉称转氟隆)绝缘线组瓯每声谨 8根它们装在空心的大尺寸编织嚣里PTFE是最稳定 的介质枉料,其质常数较低,仅为2.1.该剩叭巍的 总线径稠岂于两根9号导体,其紧密的编织层和聚四氯 乙烯绝缘材料使整个劂叭线显得有些硬.厂嚣为该喇叭 线堤供几砷不同的9}i5子供用户进择.青扁班接线片弯 脚直型香蕉插塞,甚至逊有彗遏端子这里测试朝样 本具有WBT一0144窖脚香蕉螽塞. Spura3.4/S嘲l线采胃多胆镀锡铜线.并将横西 面做蕊长方彩.其型号后缀的S表示之的屏蔽层是将编 织?屏蔽线包裹茌两根主导体的四焉,并在连接放器 的喇装有屏蔽线.该屏颞线接到放大器的底板上. 限制来皂哦叭线的电碱辐射干扰屏蔽层和离子稳慝的 聚氯乙烯(PVC)双层外套使谚嘲叭线显碍有些坚硬: 接线端使用的是SupraForkXL镀金接线片插塞. 照片4是Monster(怪兽)1i90MC嘲叭线,照片5 定16号zpcord嫒9叭线.Monsterli90MCl2号唰叭 境使目匀导体是同心捻绳绞台线,并具有8艰单狂自暑爆 旋形绕线,其捻绳塘蛔使整个喇叭线显得非常柔软.绝 缘材料目的是线性聚乙烯.它具有稳定的介质常数,翼 值约为2.3,在IMHz下变化小于L.119OMC是Mon- ster的原电缆设汁. 诖:Lj窿熊(毫称李弗娃台践】是建固开发的一种结构特 砗神多琏导嫂.专门用来战小践橱在高蕉下出现竹蕞腱蝗瘟 Ll扭是德文H口衄d山的靖写,毒角蟪台裁它由许多理垃此电 蝽的妇铜斑蛙奇制最.其甏击使它在各种可能的住王下每I鼋 平绒在横面上占耱的足寸糨同.正点这种特璩的蛄特和被 此地埠的幔.使它不同于普通琏蛀夸践 李盏战的谴}卜日的毛使电境的趾通链锥棒均街.从而健 Rad1oShackMegacab1e和Phoe1xG01d喇\ 线在结构上1乎与此类似.经蝈培蛹,每煮喇叭缆翩 8根螺旋玮;绞线含有33瞍AWG一37号线遂些单狂的陵是 不绝缘由.园此其结掏不同于普运的L1tz线(鄹孕蕊缀 合线)(注.见下). 16号z1gcord瞬9叭线常被用怍小电流季电胡电源 线.样萃是由4D峨32号线组瓯,绝缘杞料用是普通的 PVC聚氧乙烯).与萁他景兮物相比.警通PVC具有相 当亳朗介质常数(47),井且往1Mz下还要增46%. 三,测量 被刊喇叭线样本匏长匿为3其R至10英尺不等.删 量时用丽种不同类型的数字式LCR训试嫂来测量每个砗 本朗总电感,总电容,总和电阻.其中HP426IA担任 120Hz和1kHz的测量,AADEL/CIIB则采用信号频率可 安的谐振测量法.还将Keih1ey480用作测试绝缘耐 料品覆的手段,来测量.咩本绝缀介质的壹流漏电电流. 另用一只12VDc凝腔电地为样本酶IIL;\线提供编置.#在 各顶汛试中辉佯本展开成一条直线HI2瞬叭线相当坚 硬.要夹住它缆使它保持平整和笔直. 电容量是在两哏开路导傣之訇删得(对于HI2则 是根).使用H04261A来删量电容匀介质损耗角0F.以 罴表示介质的功军翕耗.DF是r质的等毅串瞪电阻 (ESR)与寄拉(Xc)的出瘟.用来表示绝缘材料在指 定颤摩存储能量的能力.介质损耗角越小越好. 每髓或的毒托也槔持均衡.黠采走电轭的电漶被均匀蝇舟 纠奎卑艇斑中间事盏线通常枝谴计甩于采一指定的撅阜范 田.倒如^wG28盟孛盏蛀可用采传避ikHm下的信号.股拽 鲫的AWG4X删适备用于兆赫纽信号李蕾钱设计者竹任务是. 使电堤_垄诖计期率下的电阻与电抗相等,便馥电蝇的.值选 ,6最大熊后用建定足寸和腔赣足讳的导残采避载最走的设 计电德 2006年第9期59 我将SuPra3.41S喇叭线朗屏蔽线接到HP426lA 舳保护接线柱时,该哦叭线的电容量^^944pF降低到 328pF,这是由于邻近莳接地面使相互电容量藏小所 数.虹果接地面位子导体之间(即法拉簧屏蔽),赃电 雷量迈要减小得更多 电感量是将喇叭线的一端短路井在开路揣连接LCR 测试仪来进行测曩的.电阻是用同}羊方法来测量的.圈 此测得的每英R的电感和电殂值是两根导体之和.由于 MI2是双线瞵对的b1一w1re并联喇叭线.其电感测量有 些反复无常我就去掉放大器端的衙路.再单独测量每 对线的电睬,然后罔公式Lp=La-Lb/(La+Lb)来计葬 等效芦电感. 这样对HI2N得的每英尺18nH电感量大于规定的每 英尺6nH.这导致计冀朝特性阻抗值(它等于,/L7C, 且与长度无关)也大于规定值.现在把一根3m长朗柔敢 Monsterl190MC咧线铺直来测量后,再把它的全长 在地板上卷寓量径20cm的圆环来测量.结果.在保持电 曝量相同的同时电容量增大了7.在25.c标准温度 下,一对D.3m{乏啦9号线的电阻是L.58mI~l09线是 2rol1.12号缆是3.18mn.16号线则星8.03m~I. 照用测得数据,计算出这些喇叭线每英尺的电 鬯,电感和电阻值以及特性曜抗(Zo),鲍绿电阻(Rp) 和线缆的谐振频矗.雁测得的物理量僮计算出稚电阳 与童流电咀的比值(Rac/Rdc)和20kHz下的有效集眭 效应电阻值.后者直流电阻的107%(Goertz)变化 到132%(z1p轵线).表1是测量和计算参数的总结厂 家提供了Goer'gz,Kfmber,和SuPra嘲叭线的规格数 据,表2是这些蜘播数据与宴测数据的比较. 表1刮量的和计算的喇叭线参敲 表2厂家规格数据与实剽数据的比较 i2伽年第9勰