扬声器基础知识培训资料.ppt

TCL AV事业部-电声实验室培训资料,赵福彬 2010-12-17,V0.1,1/43,扬声器基础知识,1、扬声器的一般介绍 2、电动式扬声器的工作原理 3、电动式扬声器的结构,1.扬声器的一般介绍,2/43,1.扬声器是一种电声换能器，它通过某种物理效应把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理效应有很多，因此，按物理效应的不同，可能把扬声器分成若干类型。 1.1如利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间相互作用来实现电声能之间的转换的，称为电磁式扬声器。（利用了磁极之间的互相吸引力）,1.扬声器的一般介绍,3/43,1.2利用压电体的反向压电效应来实现电声能之间转换的，称为压电扬声器。,1.扬声器的一般介绍,4/43,1.3 利用作用于电极间的吸引力来发声的扬声器. 该speaker是将可动电极（振动板）和固定电极放置在相反方向，形成一种电容，在这两电极间增加电压，利用电荷产生的吸引力而做成的speaker。两电极间增加bias用的直流电压和声音电压，为了改变吸引力而使振动板（膜）振动，使得声音辐射出去。,1.扬声器的一般介绍,5/43,1.4电容式扬声器 利用电容器极板之间的静电力来实现电声能转换的称为电容式扬声器或电放型扬声器。,1.扬声器的一般介绍,1.5 利用磁场对载流导体的作用来实现电声能之间的转换的，称为电动式扬声器。 如果将磁场中的导体做成线圈的形式，则又称为动圈式扬声器。上述各种扬声器中，电动式扬声器结构简单，性能良好，品种繁多，使用最为广泛，是当前扬声器生产的主流。,6/43,1.扬声器的一般介绍,1.5.1.近几年来，随着数码技术的发展以及人们欣赏能力的提高，对扬声器的音质提出了更高的要求。要求扬声器同时具备承受功率大，动态范围大，失真小，频响宽广平坦和瞬态响应良好的特性。 为了适应这一要求，人们设计了各种各样的电动式扬声器，按其振膜的不同，可分为： 1.5.1.1锥形扬声器（其振膜为圆锥形） 。,7/43,8/43,1.扬声器的一般介绍,1.5.1.2球顶形扬声器（其振膜为球顶形） 。,9/43,1.扬声器的一般介绍,1.5.1.3平板形扬声器 (其振膜为一平板）,1.5.1.4带式扬声器（其振膜为金属薄带） 。,10/43,1.扬声器的一般介绍,1.5.1.5号角扬声器 (其外观为喇叭口形状） 。,11/43,2.电动式扬声器的工作原理,电动式扬声器自1925年创立至今，已有80年的历史，结构上作过很多改进，使扬声器的性能有较大的改善。锥形扬声器多为直接辐射式扬声器，其振膜直接向周围介质（空气）辐射声波。其圆锥形的振膜，通常为纸质，俗称纸盆。 1.使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁声对载流导体的作用力，称为电动式换能器的力效应，其大小由下式决定： F=Bli 式中B为磁隙中的磁感应密度（单位：Wb/m2),12/43,2.电动式扬声器的工作原理,i为流经音圈的电流（A）。 l为音圈导线的长度（m）。 F为磁场对音圈的作用力（N）。 然而，一旦音圈受力运动，就会切割磁隙中的磁力线，从而在音圈内产生感应电动势，这个效应称为电动势换能器的电效应，其感应电动势的大小为： E=Blv 式中v为音圈的振动速度（m/s）。 E为音圈中的感应电动势（V）。,13/43,2.电动式扬声器的工作原理,电动式换能器的力效应和电效应总是同时存在，相伴而生的。以后我们将会看到，由于电效应的存在，将对扬声器的电阻抗特性产生极大的影响。 音圈在磁场中的受力情况，如下图所示。,14/43,2.电动式扬声器的工作原理,中间是圆柱形（T铁中柱）的N极，外面是环状（华司）的S极，磁场（B）的方向由N极至S极。环形气隙内为导线环（音圈）l，若电流由“”端流入，由“”端流出，则音圈所受的力F的方向，由左手定则决定：左手平伸，使拇指和其它四指垂直，若磁场（B）的方向指向指心，其余四指指向电流的方向，则拇指所指的方向即为音圈受力的方向，如上图中箭头所示的力F的方向。若改变电流的方向，则力F的方向亦随之改变。,15/43,2.电动式扬声器的工作原理,如果流经音圈的电流强度和方向均随时间不断的化，则电动力F也就随着电流强度和方向的变化而变化。显然，电动力的方向就是音圈的移动方向，这样，随着电流强度和方向的变化，音圈就在空气隙中来回振动，其振动周期等于输入电流的周期，而振动的幅度，则正比于各瞬时作用电流的强弱，若将音圈固定在一个膜片（纸盆）上，并输入音频电流，则振膜在音圈的带动下产生振动，从而向周围介质辐射声波，实现了电声能之间的转换。,16/43,3.电动式扬声器的结构,3.1电动式锥形扬声器的结构如下图所示,不防磁扬声器,半防磁扬声器,全防磁扬声器,17/43,3.电动式扬声器的结构,3.2电动式球顶内磁扬声器的结构,音膜,U铁/磁铁/华司,18/43,3.电动式扬声器的结构,3.3 扬声器的各种部件简介： 按其作用的不同，可分为振动系统和磁路系统两部分。磁路系统提供策动音圈所必需的磁场，与音圈一起组成策动元件，通过电动力效应，激发振动系统的机械振动，从而向空所辐射声波。此外，还有把上述两部分组成牢固的整体所必须的部件，如盆架。现分别对扬声器的振动系统和磁路系统作进一步的简介： 3.3.1扬声器的振动系统 扬声器的振动系统，包括策动元件音圈、辐射元件振膜和保证音圈在磁隙中正确位置的弹波，另外，还要加上防尘盖。,19/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.1音圈 音圈是整个振动系统的策动源，是用漆包线在纸质或金属的线架上绕制而成。前一种线圈架是用浸过胶的纸制成，后一种是用铝箔或杜拉铝箔制成，通常用自粘漆包线边绕边喷酒精，绕成后稍稍加热烘干即成。线圈的绕制层数,通常都为偶数，因此线圈引出线的那端都在靠近振膜的那一端，便于引出。为了充分利用磁隙的空间，还常常采用矩形截面的导线来绕制音圈，常用的导线材质为：铜、铜包铝、铝、高级音圈采用纯银线。,20/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.2振膜 振膜是振动系统的主要部件，最常用的纸质振膜（纸盆）。目前我国生产纸盆的方法是：Press,Non-Press,Semi-Press.,鼓纸,音膜,21/43,4.电动式扬声器的部品,3.3.1.2振膜 扬声器的频响特性，在很大程度上取决于纸盆的性能，而纸盆的性能又决定于纸盆的材料，几何形状和加工工艺。一般说来，对于纸盆材料的要求，是三种特性综合较好，即纸盆好： A）材料的密度（P）要小。 B）材料的机械强度要大，或者说，材料的杨氏模量要大，与A）合在一起，即E/P大。 C）具有适当的内部阻尼。 为了综合上述三个要求，人们采用了各种各样的措施：,22/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.2振膜 a：在纸浆中渗入适量的复合材料，如碳纤维，羊毛，用此制成的扬声器有较好的性能，具体表现在：纸盆刚性大，可展高扬声器作活塞振动的频率范围，展宽高频宽度；在与同等厚度的纸盆喇叭相比，用此纸盆的喇叭的输出声压要高；有适当的内部阻尼，可以抑制纸盆的分割振动，使频响特性比较平坦。 b：在纸盆上镀金属材料，以提高杨氏模量。 c：采用金属材料，为获得适当内部阻尼， 常常在反面贴发泡板。 d：采用强化发泡材料，如发泡PP，发泡镍,23/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.2振膜 e：采用蜂巢结构。蜂巢芯的空隙率约为90%，因蒙皮采用刚性高的材料，所以具有既轻而刚性又高的特点。又因芯和蒙皮是粘接而成，具有较大的内部阻尼，因此是较为理想的振膜材质，目前平板扬声器的膜，多采用此种材质。 f：采用高分子复合材料。如在纸盆内加云母，加石墨。因E/P大和阻尼适当，这些材料做成的喇叭可获得宽而平坦的频响和低失真。 综上所述，是对扬声器振膜材料的一般要求，以及为达到这些要求而采取的一些措施。当然，对于不同用途的扬声器，对振膜材料的性能要求也是不同的。如高音喇叭，主要着重的是E/P，而不是内部阻尼。,24/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.2振膜 扬声器振膜的形状，可以分成各种各样，可以是圆形的，也可以是椭圆形的。在圆形纸盆中，又要分为球顶形，平板形，锥形。而在锥形纸盆中以可按母线的形状，分为直线形和曲线形。曲线形纸盆的母线有的采用圆弧的一段，有的采用抛物线或指数曲线。有的在纸盆上还有一圈圈的波纹。 纸盆的形状和顶角的大小，对于扬声器性能影响极大，必须按照扬声器的设计要求加以适当选取 一般说来，直线形纸盆抄纸和加压的模具比较简单，但有一个缺点，即当加给扬声器的功率超过一定限度时，纸盆表面会产生某些频率的振动，从而影响放声质量，而曲线形纸盆就可避免这一现象。,25/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.2振膜 为了改善高频的重放，纸盆的厚度往往从基部向顶部逐渐加厚。而为了降低纸盆的谐振频率，改善低频的重放，就必须使纸盆基部的支撑部分具有较大的顺性。通常把基部做薄一些，软一些。 随着音箱的小型化，对扬声器提出了小口径，高顺性的要求。因此，各种复合边扬声器相继出现。目前常见的高顺性折环材料为：橡胶边，泡棉边。,26/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.3 弹波 弹波的作用是保证音圈在磁隙中的正确位置而不与磁体相碰，它的外缘常固定在盆架上，而内缘则与音圈相连。因它在保证音圈在磁隙中的正确位置的同时，必须尽量减少对音圈运动的影响，这就要求它同时具有极大的径向劲度和极小的轴向颈度。弹波波纹的深度和形状决定了扬声器的振幅。对于大功率的扬声器，为了增加径向颈度，经常做成双弹波。,27/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.1.4 防尘盖 弹波的作用主要是防尘。另外还有改善扬声器特性的作用。,28/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2扬声器的磁路系统.(外磁式） 这种结构的磁铁尺寸不受限制,因此,间隙的磁感应强度大小主要决定于导磁材料(T铁&华司)的性能. 含碳量低(软性) 材料导磁性能好,T 铁,磁铁,华司,29/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2 .1 T 铁 导磁材料T铁的性能要求. 如:日本行业要求的SWRCH 6A 美国行业要求的1008 STEEL,30/43,3.电动式锥形扬声器的结构,3.3.2 .1 T 铁 制造工艺主要是冲压：有冷锻和热锻（比较大的） 还有机加工：钻孔，攻牙，车沟&背凸. 注：S-鋼 W-線 R-圓 C-冷 H-鍛 6-0.08%(含碳） A-脫氧鋁 T铁的表面处理： 为增强物体表面粘接力，大部分会先进行喷砂处理 再进行电镀处理：镀蓝锌，白锌，五彩，黑锌， 电着黑，環保三價鉻，六價鉻. 电镀方式又分挂镀和滚镀，主要是根据电镀工艺和产品的外观要求来选择.,31/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2 .2 磁 铁（外磁式一般用铁氧体） 铁氧体是目前应用广泛的磁性材料，细分为钡铁氧体和锶铁氧体，由氧化钡（锶）和三氧化二铁粉末混合经高温烧烤而成，它有以下优点： 1.材料来源容易.价格低廉. 2.矫顽力大.对外磁场稳定.（称为永久性磁铁） 注：鍶鐵氧體較黑,32/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2.3 华 司 一般由热轧钢板（SPHCSTEEL/PLATE/HOT/CCommercial)含碳量）冲压而成.,33/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2.3 华 司 形状以圆形为主.也有组装需要及特殊设计成异形的 （方形.三角形） 为获得较高的磁束密度，通常有在中孔部位倒角加工 外观要求通常是与T铁配套.表面处理方式同T铁. 组装方式有冲压.铆接和螺丝紧固.等几种. 外径根据有无防磁盖而作不同的设计（通常比磁铁小） A有後蓋-比磁鐵小 B無後蓋-比磁鐵大,34/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2.4 后盖（防磁罩） 主要是屏蔽扬声器的磁场不要外漏，不要对外部产生影响。（原理就是形成一个外磁路，不让磁场直接与外部接触） 一般家庭影院的中置都为防磁。,35/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2.5 盆架（支架） 盆架是扬声器的振动系统与磁路系统支撑和连接的重要零件。 一般为钣金冲压而成，也有塑胶、合金等材料。,36/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.2.6 端子 端子是扬声器与音源之间连接器。 一般为分正负极，如下图所示。,37/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.3 扬声器的磁路系统.（内磁式）,U 铁,磁铁,华司,38/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.3.1 扬声器的磁路系统.（内磁式） 这种结构较外磁式漏磁小，且体积小， 磁铁材料有铝镍钴和稀土类（钕铁硼代表），这些都有共同的优点： 最大磁能积高，剩余磁感应强度高. 但相对于外磁的铁氧体，价格较贵.目前应用较多的是钕铁硼.,39/43,3.电动式扬声器的结构,3.3.3.2. 扬声器的磁路系统. （内磁式） U铁：组装方面常见的有外铆和内铆，主要根据喇 叭的大小和音圈芯数的大小决定. 它的体积限制了内部磁铁的体积大小. 内磁式的U铁作用相当于外磁的T