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喇叭产品基础知识 内部培训资料 1 声学工程师jason 目录 基础知识及基本概念工作原理及基本结构性能指标及基本测试 2 语音经声 电变换后 需要再进行电 声反变换 将语音恢复 才能被接收 这种将电信号转换为声信号的装置叫受话器 通常人们又按照使用场所的不同 分别叫作受话器 扬声器 耳机等 我们一般统称为受话器 spk 它们的主要变换原理是电磁感应和压电效应 另外也有利用电容器原理的电容式耳机 基础知识及基本概念 3 基础知识及基本概念 1 电动式 动圈式 受话器 目前绝大多数受话器都是采用电动式 如下图 其原理 将与振膜固定在一起的线圈置于磁场中 当线圈通过电流时 便会产生作用力 推动振膜运动 发出声音 振膜的外部又加有各种设计外型 以加强声音效果 从而形成不同样式的受话器 该类受话器可得到大的功率 并且有较宽的频响范围 几种常见的受话器 4 2 电磁式受话器 电磁式受话器是由一个粘在磁铁上的带铁芯的线圈和薄钢膜组成的 如下图 当线圈中通过电流时 磁路中便会产生磁场 从而吸引上面的膜片振动 发出声音 该受话器的特点是可靠性高 但音质不好 另一个特点是可逆应用做传声器 在20世纪70年代以前 为了增加互易性 方便更换 军用通讯机使用的传声器和受话器就是这同一类型 基础知识及基本概念 5 基础知识及基本概念 3 压电式受话器 压电式受话器是压电式传声器的逆应用 其原理是压电材料施加电压以后 产生收缩或舒张 将其与振膜连接后便会带动振膜发出声音 该类受话器一般功率较小 并且低频灵敏度很低 常用做高音扬声器 超声波装置的声接收器和声发射器大部分是压电式的 4 电容式 静电式 受话器 电容式受话器 其原理也是平行板电容器原理 它又可分为外加直流电压的电容式和自身已带电荷的驻极体电容式 它是通过信号的极性变化在相对电极之间产生排斥或吸引来发声 它具有频带宽 音质佳的优点 但是其结构很复杂 制造难度大 现在市场上很少见采用这种类型的耳机 6 目录 基础知识及基本概念工作原理及基本结构性能指标及基本测试 7 工作原理及基本结构 受话器结构 一个完整的受话器一般由以下几部分组成 前盖 振膜 华司 磁铁 音圈 外壳 组尼 pcb等组成 其中按照它们在工作中所起的作用 可分为振动系统 磁路系统以及声学结构 下面 我们逐一进行介绍 8 工作原理及基本结构 1 磁路系统 磁路系统由磁铁 magnet 华司 plate 和yoke组成 磁铁 华司与yoke之间形成了一个环形磁间隙 振动系统的音圈就悬挂于磁间隙内 由于磁路系统对受话器的性能和可靠性有直接的影响 因此产品设计时就要使音圈位于产生一个高磁通的磁路中 9 工作原理及基本结构 磁路系统各零部件及其作用 磁铁 一般由永磁材料组成 受话器多采用钕铁硼合金材料 牌号越高磁铁的磁性越强 磁路工作点 从理论上讲应取在永磁体的最大磁能积处 这样可以满足磁路系统磁性能的前提下 使所用磁体的体积最小 达到缩小产品体积 减轻重量 同时降低产品成本的目的 但在实际中 为了提高磁路的稳定性 往往是把工作点选择在最大磁能积附近 另外 在磁路计算时要考虑漏磁等磁路损失 10 华司 一般采用电工纯铁做成 导磁性好 主起修正磁力线的作用表面一般镀彩锌或镍等 厚度一般在0 3 0 6mm之间 工作原理及基本结构 磁路系统各零部件及其作用 盆架 主要作用是支撑产品各组件 与磁铁 华司共同组成磁路系统 表面一般镀彩锌或镍等 厚度一般在0 3 0 6mm之间 11 工作原理及基本结构 2 振动系统 振动系统由音圈和振膜组成 它们的质量和力顺直接影响受话器的灵敏度和频率响应 12 工作原理及基本结构 振动系统各零部件及其作用 振膜 是动圈受话器的声辐射元件 其特性好坏直接影响受话器的频响和灵敏度 性能取决于材料 形状及加工工艺 目前动圈受话器的振膜大多选用易热成型又具有一定刚性的聚酯薄膜 pet pei pen 其性能特点是 单位面积的质量小 即材料密度 小 机械强度高 即材料的杨氏模量e大 有较大的内阻尼 而e 越大 受话器的有效频率范围就越宽 输出声级也高 内阻尼 大 受话器在大信号下失真就会小 13 音圈 动圈受话器的音圈一般选用自粘直焊漆包线绕制而成 其中较大功率的扬声器我们采用高涨力线或超高涨力线 其抗折断能力远大于普通的铜漆包线 能有效地提高产品的功率 音圈尺寸对受话器性能也有一定影响 一个音圈的设计 通常是以一个受话器的阻抗和音圈的直径为基础 再选择恰当线径的漆包线 计算出漆包线的总长 根据音圈的高度将这些漆包线分层绕制 音圈是动圈受话器力电转变的基本零件之一 是振动系统的振动源 动圈受话器的不少性能参数 如额定功率 灵敏度 阻抗等 都与它密切相关 而音圈的性能主要取决于所用材料及音圈的圈数 即音圈导线的长度 工作原理及基本结构 振动系统各零部件及其作用 14 工作原理及基本结构 3 声学结构 除磁路系统和振动系统外 动圈受话器尚有以腔体和孔等组成的声学结构 通常在孔上还粘贴有阻尼元件 它们的作用主要是修正受话器的频响 动圈受话器的优点是频响曲线平坦 光滑 因而声音的保真度好 在这里 腔体 孔及阻尼元件的作用是不可忽视的 而且在产品组装过程中 很大一部分工作量是通过改变阻尼元件的阻尼量来使动圈受话器的频率响应达到规定的要求 15 工作原理及基本结构 振动系统各零部件及其作用 阻尼 其作用主要是调整受话器频率响应曲线达到规定的要求 防尘网 其作用主要是防止异物进入受话器导致杂音等 另外防尘网的泡棉与胶主要作用是与产品外壳配合形成密闭声腔 16 目录 基础知识及基本概念工作原理及基本结构性能指标及基本测试 17 性能指标及基本测试 1 灵敏度 用来表示受话器的电声换能能力的指标 常用声压级表示 声压级 待测声压p与参考声压pr的比值取常用对数再乘以20 以分贝表示 spl 20lgp pr 2 频率响应 在恒定电压作用下 是指扬声器或受话器所辐射的声压随频率变化的特性 一般是记录在以对数频率刻度为横座标的图上 这就是频率响应曲线 1 性能指标 18 3 阻抗 它一般与输入信号的频率有关 随频率变化的特性称为阻抗特性 把它记在以对数频率刻为横座标的图上 称为阻抗曲线 性能指标及基本测试 4 谐振频率 在扬声器阻抗曲线中出现第一个阻抗最大值时的频率 fo 就是谐振频率 扬声器直径越大 一般其谐振频率会越小 如组合音箱中的大 中 小扬声器分别用来展现其低频 中频以及高频 5 谐波失真 是由振幅非线性引起的一种失真 当输入某一频率的信号时 在输出信号中除了原输入信号外 还出现有二倍于 三倍于 基波频率的信号 称为谐波 这种现象就是谐波失真 谐波失真的大小通常用这些谐波含量总和的均方根值与输出信号总声压的均方根值之比的百分数来表示 失真主要由振动系统以及测试仪器本身引起 19 性能指标及基本测试 6 额定功率 是指受话器能长期正常工作的电功率 为保证扬声器能可靠工作 手机输出的音频信号的最大功率应小于受话器的额定功率 7 最大功率 扬声器在短时间内不会被破坏的功率 扬声器虽然不会被损坏 但音质无法保证 20 2 基本测试 性能指标及基本测试 受话器测试示意图 21 性