8寸舌簧喇叭灵敏度论证。

ym78321

ym78321 发表于 2024-2-26 16:55
小时候见到的10千欧，0几年刚入坛时也在哪个地方见过90mW的说法，可惜记不住了。也可能是爱好者反推的 ...

找到了二个提到舌簧喇叭10千欧的旁证，红旗604收扩两用机、工农兵601收扩讲三用机，应该还有的。

（这个照得不清楚，利用编辑时间把它删了，省得占空间。重拍的在楼下）

ym78321

ym78321 发表于 2024-2-26 17:07
找到了二个提到舌簧喇叭10千欧的旁证，红旗604收扩两用机、工农兵601收扩讲三用机，应该还有的。

不清楚，重拍试试

bobby_jack

暖风轻音 发表于 2024-2-26 16:22
不仅差别如此，舌簧喇叭的声音还明显比较闷和难听，以及价格贵，可以购买到的质量也随年而降低。以后我考 ...

输出变压器的效率可以达到96%？
据我自已绕制经验，能达到86%就很不容易了。除非放弃频响要求。

ym78321

bobby_jack 发表于 2024-2-26 17:47
输出变压器的效率可以达到96%？
据我自已绕制经验，能达到86%就很不容易了。除非放弃频响要求。

爱好者仿制的矿石机专业阻抗变换器（铁氧体芯）测试的数据是效率过90%了。好像是92%（记不准了），顶置帖子里大概可以找到。

暖风轻音

ym78321 发表于 2024-2-26 20:43
爱好者仿制的矿石机专业阻抗变换器（铁氧体芯）测试的数据是效率过90%了。好像是92%（记不准了），顶置帖 ...

96只是一个比较低的值，原因无他，96的比较好做。

我目前做过效率较高的一个频响宽度是28Hz以上（真A类匹配），铜损耗任意抽头（注意是任意）不大于1.55‰，铁损耗在适当功率下不大于2‰，实际效率大约是99.5%。

关于实际设计，仿真和实际制作帖子单独有发，材料也很低廉，这个材料大约2~3年前我就已经做成备选器件了。

暖风轻音

暖风轻音 发表于 2024-2-27 01:57
96只是一个比较低的值，原因无他，96的比较好做。

我目前做过效率较高的一个频响宽度是28Hz以上（真 ...

注意匹配有两个问题，一个是匹配误差，一个才是匹配损耗。

匹配误差造成的阻抗错误带来的功率差异性，在我的设计中不涉及进入变压器的损耗环节。因为事实上匹配差异带来的能量缺损并没有在变压器上转化为低品质的热量，而不过是因为你的匹配差异的问题。（事实上只要材料选择和设计的好，匹配误差可以做低。）

矿石机需求较特殊，特殊设计的变压器可满足高效率传送需求。

之前设计的牛传送效率是99.5%，但是匹配误差大约是97.5%min，所以实际匹配效率大约是97%min（最大就是99.5%了），注意这是实际使用的最低水平，也就是实际阻抗和阻抗抽头不匹配时，牛经过适当调整可以达到的最差传送效率，只要阻抗不在这个特殊点上，任意调整效率均会提高。

目前99.5%的设计是中功率牛的设计，目前针对新矿石机的开发，对极小信号需要一款更微弱的，适应性和动态线性更好的变压器。

目前新设计的变压器使用的是全新的材料，传送效率98.8%，匹配误差97.5%，但是为什么它被称为微牛--就算传送功率低到10的-10次方以下，传送效率依然可以达到98.7%，从而满足几乎真正的Ture linear Dynamic Power Response。

而中功率牛的损耗会快速上升，达到97.7%以下，不适合用作对微弱信号进行高度优化的设计。

并且微牛也进一步扩展频宽达到21-20kHz（A class），满足严苛的音质需求。

相关设计和仿真以及制造工作会在之后的PineapplePizzaDyne整机制造介绍中进行详细给出，工程量不低，这台机器关联范围很广，算是大坑级别。

ym78321

那么好，大舌簧喇叭的灵敏度按93dB/W估算，变换器效率也取90%（平均数，有人用铁芯可能在0.85，与0.95的中间值），
动圈喇叭的灵敏度S应该可以从这里推算出来
N 是音频输入功率，
Nx93=Nx0.9XS ,   S=93/0.9=103db/W  
如果铁氧体阻抗变换器效率达0.93，那么动圈喇叭的灵敏度只要够93dB/W就等效了；
如果铁芯的阻抗变换器效率达0.85，那么动圈喇叭的灵敏度要达到109dB/W才等效了；
以上对吗？

补充内容 (2024-2-27 13:29):
楼主已指出上述错误了，因为是dB灵敏度，不是线性的。

ym78321

如果上述估算没问题，那么，什么样的动圈喇叭有93~109dB/W的灵敏度呢？
我记得老的纸盆全频喇叭有96dB/W以上的，但过102dB/W的没有印象。

作为对照，再看矿机广泛使用的舌簧耳机、耳塞，因为听音方式不一样，与舌簧大喇叭相互之间不能直接比较，但对于低内阻的3DQ一类的矿机，可以估算直接、经变压器，两者的等价条件：
3DQ一类的矿机好像内阻在600~1200欧之间（磁棒？磁环的属于紧耦合取低？）
内阻取600进行匹配估算：------------------------------------------------------------------
假设1个SCR2-300直接接入，（负载为内阻的一半）获得音频功率是完全匹配时的50%（忘了这个数对不对，暂时不推导），
与一个经1.414左右变比（获得600完全匹配）、效率9０%的变压器接入，获得的音频功率：
音频功率 因损耗降低1０%、因匹配补回50%，总获益40%--------针对单耳机接入3DQ矿机的，用变换器合理；
用2个SCR2-300串联成600欧阻抗，直接接入，匹配，获得该有的最大功率-----对于耦合度固定（对应内阻600时）双耳机串联直接接入更合理；
对于磁棒线圈，耦合度与初次级距离有关，可能在600~1200欧之间，因此，使用通用变换器，此时只能是在变换器某个档才能获得最大音频功率，如果此时耦合度恰为内阻600时，则直通档才能获得最大功率（接线上不是1：1的绕组，而是甩开变压器了）
以上是否正确？

暖风轻音

ym78321 发表于 2024-2-26 17:07
找到了二个提到舌簧喇叭10千欧的旁证，红旗604收扩两用机、工农兵601收扩讲三用机，应该还有的。

（ ...

10kΩ的喇叭后期还是有很多的，由于他们的数量很多，并且实物都见过，我就没有列出佐证，并且有一些特征：

10kΩ的喇叭一般没有罩子，标签纸直接贴在上导磁夹板上，磁头相对较大，也许可能是尺寸问题，也许可能是加工工艺问题，也许可能是以后的设计问题，导致了后来的阻抗上升。




这一篇是农村有线广播，标准和用于判定的标准完全相同，不做过多介绍。这资料矿坛很多。



这是一篇更早的有线广播，大约是五四年到五五年左右，所以看到里面给的阻抗很宽（2k~8k)，功率也是有所变动的(0.1~0.2VA)。

舌簧喇叭阻抗非固定值，如果可以的话，只要线圈架绕满，你用不同尺寸线就可以获得不同阻抗值，而效率几乎不变。

暖风轻音

ym78321 发表于 2024-2-27 09:24
那么好，大舌簧喇叭的灵敏度按93dB/W估算，变换器效率也取90%（平均数，有人用铁芯可能在0.85，与0.95的中 ...

估算错误。

很简单，喇叭声压灵敏度每降-3dB，证明电声效率下降近一半。

那么假定你有一个100%无损耗的变压器，搭配一个假定为97dB/W的喇叭，这个时候输入变压器的1瓦功率可以转出1瓦特异阻抗功率，而输入到扬声器中则可以转换出97dB。

那么如果这个时候我选用一个完全音质不变（也就是所有频段灵敏度都均匀上升3dB的）100dB/W喇叭，那么很明显喇叭可以获得+3dB收益，如果想要和原来的音量一样，那么变压器就需要-3dB损失。

而-3dB的变压器，转换效率是50%。

暖风轻音

也就是说如果你的变压器能够满足以下需求：

1：完全的线性功率动态响应（Ture linear dynamic power response)

2：足够宽阔的频响（Widely frequency response）

3：而不至于在设计使用工况时饱和（Right D.C. current design）

那么一个50%效率的变压器只会让一个100dB/W 1m的喇叭下降到97dB/W 1m，25%效率则是94，12.5%效率（这个效率真的已经不能用了）还有91。

农村广播我没有研究过，所以农村广播上面有没有直流电压我也不清楚。

但是如果农村广播线上面有宏观的直流电压，直接用变压器匹配动圈喇叭是个错误--变压器的高阻抗端直流电阻很低，会拉垮广播机，同时如果直流电压足够还会让不富裕的变压器铁芯饱和，磁导率下降，效率下降，低频缺失，匹配精确度偏移，声音尖燥。

矿坛有种电路叫做班尼，也就是直流阻抗匹配。

ym78321

暖风轻音 发表于 2024-2-27 13:18
估算错误。

很简单，喇叭声压灵敏度每降-3dB，证明电声效率下降近一半。

谢谢指正，确实错了；
至少1）忘记了dB表示的灵敏度（dB/W）不是线性关系，是对数的，2）至于声压和功率之间的关系是不是线性的也没有考虑，，，，。

要把灵敏度差换算成功率差再比较。

暖风轻音

ym78321 发表于 2024-2-27 09:58
如果上述估算没问题，那么，什么样的动圈喇叭有93~109dB/W的灵敏度呢？
我记得老的纸盆全频喇叭有96dB/W以 ...

诚然少个香炉少个鬼，但是这其实是一种很头疼的选择性问题。

变压器只要选用合适材料合适工艺很容易可以做出96%以上的效率（-0.177dB)，并且音质很好，材料合适的话，绕线也很容易。

而耳机的线圈容纳空间是有限的，就目前漆包线的制造工艺来说，越细的漆包线，可靠性越差，并且漆层占比越大。
也就是就算你感觉同样绕满了，越细的漆包线。事实上的含铜量是越少的，并且更容易绝缘击穿，霉断或者腐蚀。

我认为不应该让耳机既承担阻抗转换工作又承担电声转换工作，既要又要大概很难出精品，就像什么领域都踏足的专家大概率就不是专家。

诚然确实有大师可以把它优化到顶级水平，但是目前从我的水平看来，我还是觉得让变压器去专门干转换阻抗，然后让耳机专门干电声转换，在我看来反而是一种更简洁和更高效率的方案。



我曾经使用人耳平均耳道模型推算出人耳的最高灵敏度是134.14dB/mW(也就是每毫瓦功率完全送入耳道内部的耳膜可以转换出的最高灵敏度，假定响应是线性的)

目前尚未见得有任何耳机可以超越这一灵敏度，我手头的目前测试的样本离散偏差值（也就是工程制造里面的突出品，极其罕见）最高测试水平也不过只有131.5dB/mW。

当然考虑到使用的IEC人工耳测试实际的正确性问题和人耳的响应其实并不一定是完全线性的（人耳具有很多有趣的特性，比如在非常微弱的功率下，人耳对于非特异频率的衰落速度要远快于特异频率，非常小信号下人耳的响应是很窄的，完全听不到高低频的，只能听见800~3k左右，因为相对而言，这个频率在历史的进化过程中最容易分辨出危险和自身的信号）

等响度曲线，声学上很简单的概念，证明了人耳的频域和动态非线性，并且小音量下对高低频极度不灵敏。只有中频。

所以音量开大真的可以调音（前提是你不想你的耳朵报废）


这个时候为了很多音质优化的小动圈耳机反而就吃亏了--因为他们为了全频设计特性牺牲了灵敏度（所以说这是厂商优化的问题），结果非常小功率下你又听不见他们苦苦支撑的这些部分。很多舌簧耳机就非常讨喜了，因为他们专门针对这些频率进行优化，虽然大音量不好听，但是小音量由于牺牲频带换来的高灵敏度转换频带区间又恰好符合人耳的小音量窄通道，于是便非常讨喜，可以获得较高灵敏度。

当然传统舌簧耳机设计会有限制，那就是振动质量。
振动质量指的是用于推动空气，你需要运动的无关器件的质量，比如舌簧在最理想的设计中应该是高导磁而没有质量的，但是很可惜现实材料却有，又比如推杆和震膜。他们会综合影响k-M-频率设计，让优化变得困难。

震动质量，转换效率和频带宽度，三者只能选其二，这也是传统耳机不能优化的原因。

当然最好是有一个耳机，既好听灵敏度又高，这是我正在寻找的测试样本的目标。现在可以大言不惭的说可能找到了一些比较好的廉价替代品。在PineapplePizzaDyne制作完成后，我会对他们进行细致介绍，所以我说了这是大坑。

暖风轻音

另外解释一下关于匹配变压器的匹配差异问题。

首先现实中的各个检波器的阻抗不可能是完全稳定的，会随着电信号的幅度，Benny调整，温度变化而进行均匀的宏观的平滑变化。

而一个阻抗匹配变压器，它的电参数特性也会随着变化，但是它有一个特点一定不会变化：他能够完美匹配的阻抗总是阶跃的。

例如你手头的变压器设计了10k端和20k端，那么就算它的参数变化之后，这两个能够最优匹配的阻抗点还会是两个阻抗点，而不是阻抗范围。

那么好，我们现在假设你的变压器就是这个精确的阻抗点，那么如果这个时候你的检波器阻抗受到各种因素的影响达到了14.142kΩ，也就是√200kΩ，那么你应该选择哪个抽头呢？

答案：10k或者20k都可以，因为实际矿石收音机匹配阻抗是一种A类匹配，信号源输出阻抗等于匹配阻抗时获得功率最大，而这个时候检波器匹配10k出头差异为1.4142倍，匹配20k出头差异也是1.4142倍，则匹配差异相同。
（注意这里的分析针对极弱信号的检波器模型，该模型在矿坛置顶帖中有介绍。如果是强信号的话，那么选择20k会比10k可能选择性更好。而10k会比20k声音可能会更响）


根据我以前开发的矿石收音机综合计算盘（这个又是一个坑）简单一查就可以得出，在黑线上找到1.4142对应的位置，查红线就可以得到匹配差异可获得功率为97%。

什么意思呢？就是相比较于你这个牛（变压器）能够匹配阻抗最精准的状态时能够获得的最高功率，是他的97%。

如果你原来牛的效率是86%，那么你的牛在10k~20k最差匹配情况下，会获得86%×97%=83.42%的总效率。

86%来源于变压器把一部分的音频功率转化为了热损耗，而97%则是因为你的阻抗抽头是阶跃的，没有办法完美匹配恰好处于两者对数中间的阻抗点，损失来源于不完美匹配带来的信号源内阻损耗。

也就是你实际牛的效率会在83.42%~86%变动，如何将这个变动值范围减小呢？那么你可以把阻抗抽头跳跃的倍数变小--比如1.6倍（1k-1.6k-2.5k-4k-6k-10k)

比如1.4倍(1k-1.4k-2k-2.8k-4k-5.6k-8k……)

但是倍数越小，抽头数量越多越繁琐，并且实际可以缩小的变动，实际能够带来的收益很低，这个实际设计制定要根据自己的制作加工和预期希望进行。

暖风轻音

bobby_jack 发表于 2024-2-26 17:47
输出变压器的效率可以达到96%？
据我自已绕制经验，能达到86%就很不容易了。除非放弃频响要求。

在本论坛本人发的black transformer中，提供了材料，仿真计算，和对应绕法和一定的技术细节。

这是一种中功率牛，国产铁基纳米晶1k107的磁导率保证在8万以上，部分稳定产品水平可以达到10万。

Black transformer中我是用最保守的8万进行设计的。
这种磁芯在超小信号下损耗确实是不如铁氧体（源于T指数），但是实际上它比铁氧体在普通功率下损耗还要低一些，而他超高的磁导率则可以保证铜损耗（铜电阻损耗）可以降低到和磁损耗一致的水平，从而达到最为均衡的设计和高效率。

这是对应链接，直接进去可以参考。

实际做完之后测试会很有趣的，包括使用大直流测试时变压器声音越来越干(原因是偏磁过大导致饱和电感量下降低频匹配不上），取消过大的直流之后音质又变得正常（所以Benny电路万岁)