扬声器常用国家标准

- 1 -1. 扬声器常用国家标准GB/T9396-1996 扬声器主要性能测试方法GB/T9397-1996 直接辐射式电动扬声器通用规范GB9400-88 直接辐射式扬声器尺寸 。GB7313-87 高保真扬声器系统最低性能及测量方法GB12058-89 扬声器听音试验 2. 扬声器主要电声特性额定阻抗 Znom总品质因数 Qts等效容积 Vas共振频率 Fo额定正弦功率 Psin额定噪声功率 Pnom长期最大功率 Pmax额定频率范围 Fo-Fh平均声压级 SPL3. 扬声器主要零部件尺寸设计3.1 扬声器口径扬声器口径符合客户，若客户没有具体，则优先采用国家标准 GB9400-88直接辐射式扬声器尺寸 。3.2 支架支架外形尺寸及安装尺寸应能满足客户，除此之外还需考虑鼓纸、弹波、华司等尺寸选择与配合问题，大功率低频率的扬声器支架有效高、底高、弹波接着径、华司铆接径等均较大。3.3 磁体磁体尺寸优选常用系列值，具体尺寸需按性能确定。常用铁氧体尺寸：32*18*6,35*18*6,40*19*8,45*22*8,50*22*8,55*25*8,60*25*8,60*32*8,65*32*10,70*32*10,80*40*15,90*40*15,100*45*18,100*60*20,110*60*20120*60*20,130*60*20,140*62*20,145*75*20,156*80*20,180*95*20,220*110*20常用标准：SJ/T10410-93 永磁铁氧体材料 3.4 音圈音圈中孔尺寸优选常用系列值，具体尺寸(如卷宽、线径) 需按性能确定，骨架高度还需考虑到与鼓纸、支架的配合。常用音圈中孔尺寸：13.3 14.3 14.7 15.4 16.3 18.4 19.4 20.4 25.5 25.9 30.5 35.5 38.6 44.5 49.5 50.5 65.5 75.5 80.0 100.0 127.03.5 各种零件的尺寸配合支架、磁体、音圈等零件的主要尺寸确定后，零件的主要尺寸选择余地就受到限制，各种零件的尺寸配合，其性能参数也要配合。3.5.1 支架与鼓纸- 2 -鼓纸外缘与支架胶合面需大于 2 mm (微型扬声器不受此限制，下同)，鼓纸外径小于支架内径 1 mm，鼓纸次外径不能小于支架次外径 3 mm、也不能大于支架次外径 2 mm，鼓纸有效高小于支架有效高 0.5 mm。3.5.2 支架与弹波弹波外缘与支架胶合面需大于 2 mm ，弹波外径小于支架的弹波接着径 0.5 mm，弹波有效高小于支架有效高与鼓纸有效高的差值 0.5 mm。3.5.3 支架与华司配合尺寸主要取决于支架与华司的铆接工艺，总的铆接应牢固，内铆支架尤其要注意材料厚度。3.5.4 音圈与鼓纸鼓纸中孔尺寸要大于音圈骨架外径 0.20.9 mm ，小口径、小音圈取值小些。3.5.5 音圈与弹波弹波中孔尺寸大于音圈骨架外径 0.10.4 mm ，太大会漏胶、太小难装配。3.5.6 音圈与 T 铁音圈中孔尺寸大于 T 铁中柱外径 0.30.6 mm ，小音圈取值相应小些。3.5.7 音圈与华司华司中孔尺寸(内铆的为铆后尺寸 )要大于音圈最大外径(为绕线部位) 0.30.6 mm ，间隙太小碰圈、影响到装配合格率，间隙太大又会降低磁性能、从而灵敏度下降。3.5.8 鼓纸与弹波鼓纸中孔与弹波中孔的距离，中小口径的扬声器以 0.52 mm 为佳，大口径到 25 mm ，距离大些定位效果会更好、更能承受大功率，只是鼓纸中心胶和弹波中心胶需分开打。4. 扬声器关键零部件的性能设计4.1 磁路4.1.1 磁路设计的目的与方法磁路设计的目的主要有两种：一是给定磁体规格(已知材料性能和尺寸), 设计出磁路结构,使其工作气隙磁感应密度 Bg 值为最大,Bg 值的大小对扬声器的灵敏度及电气品质因数 Qes 影响很大；二是给定 Bg 值,设计出磁路结构,使所用磁体尺寸为最小,从而达到节约成本的目的。磁路设计的方法有多种，这里采用的是经验公式法。4.1.2 磁路设计基本公式Kf*Bg*Sg = Bd*Sm (1)Kr*Hg*Lg = Hd*Lm (2)相关说明如下:Bg: 工作气隙中的磁感应密度Bd: 磁体内部的磁感应密度Sg: 工作气隙截面积Sm: 磁体截面积Kf: 漏磁系数(总磁通与工作气隙磁通之比)Hg: 工作气隙中的磁场强度Hd: 磁体内部的磁场强度Lg: 工作气隙宽度Lm: 磁体高度Kr: 漏磁阻系数(总磁阻与工作气隙磁阻之比)- 3 -这里单位均采用国际单位制,即千克、米、秒制。4.1.3 参数的选取与设定内磁结构的磁路:Kr = 1.11.5Kf = 1.82.5导磁板厚度:Tp = 5*Lg导磁板直径:Dp = 4.1*Tp外磁结构的磁路:Kr = 1.11.5Kf = 2.04.0华司厚度:Tp = 5*Lg中柱外径:Dp = 4.3*Tp华司外径 = 磁体外径-磁体厚度/2Sg =*(Dp+Lg)*TpBg =mo* Hg (3)mo = 4*10-7 H/m 为真空磁导率.根据磁体材料退磁曲线和最大磁能积曲线,确定最佳工作点的 Bd 和 Hd 值,在此工作点,磁体体积最小(给定 Bg 值时),工作气隙中的磁感应密度最大 (给定磁体尺寸时 )。Bg2 = (mo*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg) (4)4.1.4 磁路设计的验证选择了一种磁路结构后，验证很方便，只需将磁路充磁，测量其工作气隙中的磁感应密度Bg 就行。磁感应密度 Bg 的测量方法有两种 :一是用带超薄霍尔探头的特斯拉计 (高斯计)直接测量；二是用带标准线圈的韦伯表(磁通表) 测量磁通 ,换算成磁感应密度 , Bg =/S,这里的 S 为标准线圈在磁场中切割磁力线的有效面积。4.2 音圈4.2.1 音圈主要参数设计音圈的直流电阻 Re 要预先设定，或按额定阻抗 Znom 确定:Znom =(1.051.10)* Re音圈的直径 Dvc 根据磁路结构确定，要考虑功率见大功率大口径扬声器的音圈卷宽及华司厚度均需较大。根据导线的电阻率或电阻系数及所需直流电阻,很地算出音圈线长 Lvc=Re/电阻系数，则绕线圈数 n = Lvc/*(Dvc+2*骨架厚度+层数*线径)，卷宽 Tvc=n*1.03*线径/层数，此处线径指导线的最大外径。4.2.2 音圈材料性能与选择4.2.2.1 音圈骨架材料的有牛皮纸(Kraft Paper)、杜拉铝(Aluminium Duralumin)、NOMEX、TIL、KAPTON 等。主要特性如下：牛皮纸(Kraft Paper)采用最高连续工作温度 180 oC 的电缆纸(牛皮纸) ，其特点为质轻、绝缘好、价格低廉。其厚度有：0.03 0.05 0.07 0.10 0.13 0.17- 4 -杜拉铝(Aluminium Duralumin)采用加以表面硬化及清洁的合金铝箔，最高连续工作温度 200 oC，具有耐高温、强度高等特点。铝箔有黑、白两种，黑色铝箔更具有绝缘性能佳、传热快等优点。其厚度有：0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 0.10 0.12NOMEX采用芳香族聚酰亚胺制成箔膜， 最高工作温度 300 oC，具有绝缘、质轻、耐高温、粘接力强等优点。用它制成的扬声器音色柔和圆润、悦耳动听。其厚度有：0.03 0.05 0.08 0.12TIL采用玻璃纤维为基材，上面加聚酰亚胺合成，最高连续工作温度 230 oC，其特点为耐高温、材料强度高、刚性好、不易变形。KAPTON采用聚酰亚胺箔膜， 最高连续工作温度 220 oC，具有绝缘、质轻、强度高、耐高温、不易燃烧等特点。KAPTON 有褐色、黑色两种，黑色 KAPTON 还有散热快、表面硬度高等优点。4.2.2.2 导线材料的有 LOCK 线、SV 线、CCAW（铜包铝线） 、扁线等，其主要特性如下：LOCK 线使用温度在 140 oC，为溶剂型，用于小型低功率扬声器。SV 线使用温度在 200 oC，为溶剂型，特点为固化后粘接性能很强，是音圈生产中最常用的线种之一。CCAW（铜包铝线）比铜线质轻、比铝线导电率高且拉力强，其高频时阻抗与铜线相仿，用它制成的扬声器瞬态特性好、灵敏度高，是高灵敏度扬声器中常采用的材料。扁线磁场率较圆线大（圆线磁场率为 78%91%,扁线为 96%） ，特点为换能效率高，适于制作大功率扬声器，扁铝线更常用于专业扬声器（大功率、高灵敏度） 。4.3 鼓纸(振动板)鼓纸特性直接影响着扬声器各种电声参数、音质和使用寿命。鼓纸的性能主要取决于使用材料、设计形状、制造工艺等。鼓纸材料具有下述三种基本特性：1） 质量要轻，即材料密度要小，这提高扬声器的效率、改善瞬态特性。2） 强度要高，即材料杨氏模量 E 要大，这改进扬声器的效率、瞬态特性，拓宽高频响应。3） 阻尼，即材料内部损耗适中，这有效地抑制分割振动，藉以降低高频共振的峰谷，使频率响应平坦、过渡特性，改善失真。锥盆常用的鼓纸材料有纸、聚丙烯（PP） 、杜拉铝、玻璃纤维、碳纤维等，球顶高音用振动板材料有丝、铝、钛、MYLAR、PEI 等。鼓纸的形状为锥形，球顶高音及中音则为半球形。因材料所用不同，其制造工艺也各有不同。纸盆工艺比较特殊，需经打浆、抄制、热压或烘干等各道工序，代表性的有紧压、半松压、非压等三种类型。聚丙烯盆制作工艺有两种：吸塑成型、注塑成型。MYLAR、PEI、丝膜等均为热压成型，丝膜还需预先上胶。无论使用何种材料，或多或少均需添加材料，作增强或提高内部阻尼。材料特性总的说来很，很难定量描述，只有通过反复试验才能确认其是否满足使用。- 5 -鼓纸与电声特性直接相关的定量参数主要有重量、厚度、顺性、杨氏模量等，重量、顺性等决定了扬声器的低频特性，重量、厚度、锥顶角度、杨氏模量等则决定了高频特性。锥型扬声器，低频共振频率 Fo 和高频上限频率 Fh 可由下列公式确定：(2Fo)2 = 1/(Mms*Cms) (5)(2Fh)2 = (Mm1*Mm2)/(Mm1+Mm2)*Cmh (6)相关说明如下:Mms 为扬声器的等效振动质量,且有 Mms =Mm1+Mm2+2Mmr,其中 Mm1 为音圈质量, Mm2为鼓纸等效质量, Mmr 为辐射质量。Mmr =2.67*o* a3,其中 o=1.21kg/m3 为空气密度, a 为扬声器等效半径。Cms 为扬声器的等效顺性，且有 Cms =(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2), Cm1 为鼓纸顺性、Cm2 为弹波顺性。此顺性即是所称的变位，只是单位需换算为国际单位制：m/N, 而变位用变位仪直接测量，或通过测量鼓纸、弹波的共振频率来换算。若鼓纸的共振频率为 F1、测试附加质量为 M1，弹波的共振频率为 F2、测试附加质量为M2，则有（2F1）2 = 1/(M1+Mm2+2Mmr)*Cm1（2F2）2 = 1/(M2*Cm2)Fo = SQR(M1+Mm2+2Mmr)*F12+M2*F22/(Mm1+Mm2+2Mmr) (7)可见，扬声器的低频共振频率由鼓纸的质量、顺性（频率） ，和弹波的顺性（频率） 、音圈的质量等确定。公式（6）中，Cmh 为鼓纸根部（锥顶部）的等效顺性，且有Cmh = sin/(*E*t*cos2) (8)其中，E 为鼓纸材料的杨氏模量，t 为鼓纸根部厚度， 为鼓纸的半顶角。可见，扬声器的高频上限频率由鼓纸的质量、音圈的质量，鼓纸根部厚度、半顶角及杨氏模量等确定。4.4 弹波(定位支片)弹波主要作用有二：一是固定音圈的中心，使音圈保持在磁间隙，避免音圈与磁路碰触；二是控制扬声器的低频共振频率，限制音圈的最大位移，避免音圈跳出磁路，对振动系统提供的阻尼，改善低频响应及品质因数。弹波应该具有很大的径向刚性和很大的轴向顺性，以保证的机械强度和较低的共振频率及较小的失真。弹波常用材料有棉布、筛绢、人造丝、NOMEX 纤维布等，都是浸渍酚醛树脂酒精溶液后热压成形。常用的形状为波纹形。布的编织方式、经纬密度、纱支粗细、浸胶浓度、成形热压温度及时间等，均对弹波的强度、顺性、抗疲劳性能有很大的影响；，弹波的尺寸、形状、波纹数等对其性能也有影响。弹波主要的参数其顺性 Cm2（或频率 F2） ，由公式（7）可知其对扬声器的共振频率影响较大，此值又是测量验证的，从而控制。弹波顺性的经验公式如下：Cm2 = (A*n*L3)/(E*b*h) (9)其中，A 为修正系数（其值视波纹形状而异） ，n 为波纹数，L 为波纹深度，b 为折环所形成的圆周长度，h 为材料厚度，E 为杨氏模量。由公式（9）可知，波纹数越多、波纹越深、材料越薄，则弹波的顺性越大。而杨氏模量既与材料本身的材质（纤维编织方式、经纬密度、纱支粗细）有关，又与上胶浓度有关，酚醛树脂是热固性材料，加热后变性变硬，由此而改变了材料的强度、硬度。因受支架、音圈等材料尺寸的限制，弹波的尺寸选择余地较小，最终其形状及参数结合材- 6 -料工艺等试验的结果,根据扬声器整体性能设计而确定。5. 扬声器主要参数综合设计和分析扬声器性能是电学、力学、声学、磁学等物理参数共同作用的结果，由鼓纸、弹波、音圈、磁路等关键零部件的性能共同确定，其中参数制约影响，因而综合考虑和设计。扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下：5.1 直流电阻 Re由音圈决定，可直接用直流电桥测量。5.2 共振频率 Fo由扬声器的等效振动质量 Mms 和等效顺性 Cms 决定，见公式(5)， Fo 可直接用 Fo 测试