【Klippel应用笔记】AN1 最佳音圈静止位置
音圈在磁隙中的位置是扬声器、振动器、耳机等应用中一个非常关键的参数。偏离磁场中完美对称的静止位置可能会产生不希望的信号失真，并产生动态直流位移，该直流位移会将线圈的静止位置移向磁隙边缘，从而降低了驱动单元的稳定性。作为一种解决方案，将音圈移动到磁场中的最佳静止位置可以完全或部分补偿不对称性，这就需要测量力耦合因子Bl(x)的对称性。
一般情况下，力耦合因子Bl不是一个常数，而是随音圈位移x变化，显然，当线圈移出磁隙时，Bl(x)会减小。此外，Bl(x)曲线存在对称和非对称变化，不对称变化可能是由音圈静止位置的偏移或磁场B的不对称引起的。如果是音圈偏移的情况，通过将音圈移动到最佳静止位置，可以完全补偿不对称性。然而，当存在磁场不对称时，不对称性只能通过音圈静止位置的移动来部分补偿。Klippel大信号识别模块（LSI）通过在正常工作条件下驱动喇叭动态地确定Bl(x)参数，并通过数据分析来评估Bl(x)曲线的不对称性，找到获得最佳音圈静止位置所需的偏移量。
对称点Xsym
对于不对称Bl(x)曲线，对称点Xsym是Bl曲线上两个点之间的中心点，这两个点具有相同的Bl值，且由对称点正向和负向移动Xac，即：
这里位移Xac表示正弦信号的振幅，施加到喇叭产生Xsym(Xac)+Xac的峰值位移和Xsym(Xac)-Xac谷值位移。如果对称点（Xsym(Xac)=const.）对于任何振幅Xac都是恒定的，Bl曲线将是完美对称。一般来说，对称点Xsym(Xac)取决于振幅Xac，如下图，在交流信号振幅可忽略不计的小信号域（Xac≈0.5mm）中驱动换能器，对称点Xsym(Xac)=-3mm，明显偏离当前音圈静止位置。然而，可以注意到，该Bl曲线有一个较宽的平坦区，该区域内磁隙中有恒定数量的绕组，对称点与当前静止位置的较大偏差是由B场不对称引起的，不应通过音圈静止位置的偏移来补偿。在振幅接近最大位移的大信号域（Xac≈6mm）中，线圈绕组离开磁隙，Bl值急速下降，这里测量的对称点Xsym=-1.6mm与扬声器诊断更相关，应用于补偿音圈静止位置的偏移。
Bl不对称性和对称区域
“Bl不对称性”（Bl-Asymmetry）是通过考虑对称点Xsym和Bl(x)曲线的陡度来找到最佳音圈静止位置的重要特征，定义如下：
其中，Xoff表示线圈的虚拟偏移。如果Bl不对称性|ABl(Xoff, Xac)|<5%，则当前静止位置和对称点之间的偏移可以忽略不计，这种情况由上图中的灰色对称区域表示。在小信号域（Xac≈0.5mm）中，当前静止位置（Xoff=0）处于灰色对称区域，不需要校正音圈位置。然而，Bl不对称性|ABl(Xoff, Xac)|在位移幅度为2mm时超过了5%的阈值。在大信号域（Xac≈6mm）中，对称区域远离当前静止位置（Xoff=0），建议音圈向内（coil in）移动到对称点Xsym(Xac≈6mm)=-1.6mm处。
示例1：等长音圈（Equal-length）结构
等长结构音圈对静止位置的偏移非常敏感，且在大多数情况下，磁场不对称的影响起着次要作用。
如上图结果窗口“Bl(x)力因子”所示，测量的Bl(x)曲线（红色实线）与在x=0处镜像计算出的Bl(-x)曲线（灰色虚线）的对比重叠揭示了Bl的不对称性。下图显示了"Bl对称区域"结果窗口，水平轴表示信号振幅Xac，垂直轴表示音圈偏移Xoff，灰色阴影区域是Bl不对称性低于5%的范围，音圈的当前静止位置在Y=0处。
阴影区域的边界与Y=0相交的位移（Xac=0.8mm）是一个重要值，此处Bl(x)值减小到静态Bl值的82%，对应于10%的THD水平。也就是说，喇叭工作在+/-0.8mm以内是没有问题的。但对于低音扬声器来说，这个位移太小了。为了增加位移工作范围，同时保持相同的失真限制，建议移动音圈至Bl对称区域内（灰色阴影区域），即移动至图中的红色虚线位置+0.6mm处。本例中，Xsym在0<Xac<4.4mm的位移范围内是恒定的。因此，音圈在正方向（向外）上偏移0.6mm将完全补偿Bl特性的不对称性，提高了驱动器的稳定性，从而减少直流位移和失真的产生。
示例2：长音圈（Overhang）结构
长音圈对音圈静止位置的偏移具有更强的鲁棒性，但对磁场的不对称性更敏感。以下两图分别显示了一款长音圈结构扬声器的LSI测试结果："力因子Bl(x)"和"Bl对称区域"。
在这个例子中，灰色阴影区域的边界与Y=0相交在Xac=6.5mm处，也就是说，当扬声器工作在+/-6.5mm范围内，Bl不对称性|ABl(Xoff, Xac)|<5%，产生可接受的Bl互调失真。如果想要增加工作范围，建议改善磁隙中的磁场对称性。将音圈向内移动2mm将部分补偿振幅高达15mm的B场不对称性，但在Bl曲线迅速衰减的较大负位移处则不会，此时可以借助有限元分析以提供有关杂散磁场原因的更多信息。
