扬声器基础知识.ppt

目录扬声器的发声原理介绍扬声器的基本构造介绍扬声器类型介绍扬声器的规格书说明与名词解释 扬声器的发声原理1 首先我们应先了解一下声音 声音是由于物体的振动而产生的 若我们用手去接触发声体时 就可以很明显的感受到它的振动 物体在发出低频频率的声音时 有时甚至可以用肉眼看到物体在一定振幅下振动着 下左图表示物体振动时 与物体相接触的空气分子受到激励而产生的空气疏密波 而右图表示空气密度较密的地方 气压超过大气压 较疏的地方 气压低于大气压 气压的变化分量就是声压的波形 空气的疏密波通过人的外耳道 使耳中的鼓膜振动 引起我们的听觉 所以人耳听到的空气疏密波就是声音 2 扬声器是一种电声换能器 但它不是将电能直接转换为声能的 它是通过由电能先转换成机械能 再由机械能转换成声能的 也就是说当线圈中输入声频电流i时 线圈在磁场作用下会产生振动 从而带动振动板振动 振动板前后运动从而推动了周围空气运动使其发生振动 由此导致我们的耳膜在因空气振动压迫下感受到了声音的存在 这就是扬声器把电能转换成声能的一个过程 下面我们就详细介绍一下扬声器的工作情况 右图表示扬声器线圈与磁路的关系 图示中有标出磁体的极性方向 线圈方向为N极 导磁U铁方向为S极 而在磁间隙中磁力线穿过线圈通过U铁回到磁体 由此形成磁回路 当在线圈中通入声频电流 跟据弗来明左手定则 线圈将会产生一个图示方向的力 由于线圈在受到该力的驱动下就会向上运动 当电流方向改变时 其运动方向也就相反 这个力F的大小与输入声频电流的大小 磁场强度及线圈感应磁场的有效长度成正比 即F BLi 扬声器的基本构造介绍 T铁 T铁的作用 导磁 固定磁铁 T铁材质是 SWRCH6AS steel 钢材 W wire 线状 R Ring 圈状 CH ColdHeading 冷镦 T铁的成型工艺 锻造成型T铁的表面处理 前处理 表面喷砂 车刀纹加工 电镀 烤漆等 图中A为 铁的柱芯 是我们俗称的芯数 它是决定扬声器产品的功率的主要参数之一图中 为 铁的柱高 是根据扬声器设计的冲程大小来作决定的图中 和t是影响扬声器导磁性能的参数 磁铁的作用 提供恒定的磁场 储存磁能 磁铁材质是 铁氧体磁铁 钙锶铁氧体与钡锶铁氧体 钕铁硼和铝镍钴 烯土 磁材性能又分等级 Y25 Y30 Y35 N30N35N40N30H 磁铁的成型工艺 挤压成型后高温烧结而成磁铁的表面处理 铁氧体为打磨处理 钕铁硼为电镀处理 或 磁铁 华司 华司的作用 导磁 连接磁铁与盆架 华司材质是 SPHCS steel 钢材 P Plate 板状 HC HeatCut 热轧 华司的成型工艺 冷间冲压成型华司的表面处理 前处理 表面喷砂 车刀纹加工 电镀 烤漆等 或 盆架 盆架的作用 为振动系统提供支撑平台 盆架的材质是 钢铁材质 铝材质 锌材质 塑胶材质盆架的加工工艺 钢材为冲压成型 铝和锌为压铸成型 塑胶为射出成型盆架的表面处理 电镀 烤漆 喷涂 塑胶 端子的作用 固定传输线 传导接插 端子的材质是 铜片或铁片 纸纤维板或直接的叶片及PCB板类端子的加工工艺 冲压成型端子的表面处理 电镀锡或锌 端子 弹波 弹波的作用 1 为振动系统的平衡提供支撑作用 2 控制振动系统的顺性 柔顺性 弹波的材质是 棉布 化纤 蚕丝 防火布 聚脂类等弹波的加工工艺 树脂含浸后热压成型 冲压切断 音圈的作用 音圈是扬声器的心脏 它通过磁感效应而产生驱动力 音圈的结构是 由管材和线材及补强贴纸组成管材 Bobbin PSV 耐热牛皮纸 NSV 石棉纸 ASV 铝 KSV KAPTON TIL 聚脂类玻璃纤维 等音圈线的种类几乎都用铜线和铝线以及铜扁线和铝扁线 至于铜线和铝线的导电率和比重 铜线和铝线的导电率和比重区分如下 软铜线5 8 10 v m 8 9 10 kg m3 铝线3 54 10 v m 2 7 10 kg m3 值得注意的是 纸管音圈的内径因天气的湿度有较大的变化 湿度高时内径大 所以内径大的时侯可以将纸管套好适当加温干燥之后再绕线 内径偏小时可适当洒一点清水之后再套 清水量要少 否则纸管会软化 音圈 音圈线材的种类 1 PESVW俗称SV 耐热铜线 音圈的烘烤温度为180 200oC2 CCAW为耐热铝线 音圈的烘烤温度为180oC3 WA一般铝线4 WC一般铜线 用Lock线 音圈不需烘烤 若烘烤温度小于100oC管材质的种类 AL一般不耐热铝铂 Lock胶ASV耐热铝管亮片 SV胶PSV耐热纸管 SV胶TSVTil管 SV胶PL牛皮纸管 Lock胶KSVKAPTON SV胶NSV耐热防潮纸管 石棉纸 SV胶 音圈管材及耐温 NO 管材耐温厚度 单位 mm 1 100 C 120 C0 06 0 1252 150 C 200 C0 05 0 07 0 103 200 C 220 C0 07 0 134ASV150 C 280 C0 03 0 05 0 075 0 105AL100 C 120 C0 03 0 05 0 075 0 106Kapton220 C 300 C0 03 0 05 0 075 0 1257Til220 C 250 C0 07 0 138BASV150 C 300 C0 08 0 13 锦丝线 锦丝线的作用 信号传输 传导 锦丝线的材质主要是 铜薄加棉线或CONEX材线及其它金属线等等锦丝线的加工工艺 编织 绞织或编绞混合型等表面处理 镀铜 镀银 镀金一般稍好的锦丝线表面还会有上蜡处理 抗氧化和助焊作用 振膜 鼓纸 鼓纸的作用 推动空气 发声 鼓纸是由悬边和堆体 胴体 组成 其两个的作用分工是不同的 推动空气的主要任务是由胴体来完成的 而悬边在这里主要是起支撑作用 同时控制着振动系统的顺性 胴体的材质主要是 纸浆 玻纤 化纤 PP 铝金属等悬边的材质主要是 布 橡胶 PU 泡棉等胴体的加工工艺 一般分为紧压 Press 半松压 SemiPress 松压 NONPress 射出成型 Injection 真空吸塑 Sheet 编织类等 悬边的加工工艺 一般是热压成型表面处理 一般纸类为喷漆涂装 PP有喷漆和电镀 金属的有电镀与阳极处理 垫圈 压边 垫圈的作用 1 保护悬边被压变形 便于产品包装运输 2 同时有强化悬边贴合牢度的作用 3 便于客户安装使用及装饰作用 垫圈的材质主要是 纸材 EVA 塑胶 金属等垫圈的加工工艺 纸材类一般是用积层纸进行压制或捲管后烘干或晒干 再进行冲压或剪切制作完成 EVA是发泡类材料进行冲压切断完成塑胶是注塑成型金属类是五金冲压成型表面处理 一般纸材为染色或涂装 EVA为材料本色 黑 白 塑胶类有喷漆和电镀 金属的为电镀处理 防尘帽 防尘帽的作用 1 防尘帽故名思意就是防灰尘进入磁间隙的 2 同时有强化胴体刚性的作用 3 还有补偿高频的作用 防尘帽的材质主要是 纸材 PP PU PEI 金属及其它等等防尘帽的加工工艺 纸材类是同鼓纸的工艺 PP PEI PU类均为热压成型金属类是冲压成型的表面处理 纸材类同胴体的制作 PP PEI 金属均为电镀 PU同橡胶工艺 本色 化工调色料 扬声器用胶示说明 扬声器的类型介绍按扬声器的驱动方式主要分为 电动型扬声器 电磁型扬声器 静电型扬声器 压电型扬声器等 电动型扬声器也称电动力扬声器 也就是我们前面介绍的 它是由线圈连接振膜 锥盆 线圈在恒定的磁场中 通以音频电流 由于磁场的作用从而使线圈在磁间隙中前后运动 由此带动振动板前后同步运动 使振动板推动空气而发声的 电动型扬声器是根据弗来明左手定则把电气动能变换为机械动能 而在电流与磁场直角相交时 获得最大的动能 这是其电动型扬声器最大的特点 电动型扬声器 电磁型扬声器 电磁型扬声器也就是可动铁片型 是最老式的扬声器 现在基本不使用 主要是使用一马蹄形磁铁吸附一个窗机子 由窗机子通过连接杆带动振膜运动而发声的 因其机械损失过大 所以其发声效率极低 静电型扬声器 静电型扬声器是将可变电极与固定电极对向装置 使之成为一种电容器 而在两电极之间加以电压 因电荷所产生的静电吸引力而使两极板运动推动振动膜而发声的一种扬声器 电极板 极板空隙槽 振动板 压电型扬声器 压电型扬声器是以力加于特殊的结晶片产生诱电分极或称为电分极 把这个结晶放在电场中 结晶片就会发生扭曲的力量 这种现象就是压电现象 利用压电技术原理设计制作的扬声器我们就称之为压电扬声器 蜂鸣片就是用这种技术制作而成的 按扬声器的振膜形态主要分为 锥形扬声器 球顶型扬声器 带式扬声器 号筒扬声器等电动型扬声器是目前市场的主流扬声器 主要是因为其工作原理简单 结构设计方便简易 工作效率高 价格便宜等 扬声器规格说明与名词解释 扬声器的相关规格明细如右图资料 其主要项目是 1 产品口径大小2 额定功率3 最大功率4 额定阻抗5 最低谐振频率6 声压值7 有效频率范围8 产品寿命测试9 产品耐候性测试 扬声器的口径 国标中定义是指扬声器的振膜悬边的直径尺寸大小 单位一般使用英寸 但也有厂家写扬声器的支架的最大外形尺寸 这个一般客户都不会作严格要求 额定功率 额定功率又称标称功率或不失真功率 它是非线性失真不超过标准规范条件 一般不超过7 10 下的最大输入功率 扬声器在这一正常功率下长期工作不应损坏或出现异常 扬声器所能承受的功率大小是扬声器单元的一个重要指针 它的单位是W或VA 具体讲就是 扬声器的功率是指在某些特定的输入条件下扬声器单元从功率放大器所获得的电功率即扬声器单元所消耗的电功率 而不是指扬声器单元所产生的声功率 其实扬声器从功率放大器中所获得的大部分能量都转换成为热能了 只有其中很小一部分被转换成为声能 扬声器单元输出的声功率与它输入这些声功率所需用电功率之比称为扬声器的效率 一般扬声器的发声效率都小于20 最大功率 扬声器的最大功率是指信号发生器将某一额定频率范围内的粉红噪声信号馈给被测扬声器单元 每次信号持续1 中间停顿2 重复10次 被测扬声器单元在这种功率条件下不发生热和机械损伤 这时输入被测扬声器单元的粉红噪声信号电压值的平方与扬声器单元阻抗的比值就叫扬声器单元的长期最大功率 额定阻抗 额定阻抗也被称为标称阻抗 是制造厂家产品标准所规定的阻抗值 在该阻抗上扬声器可获得最大使用功率 扬声器的额定阻抗是一个纯电阻的阻值 它是被测扬声器单元在谐振频率后第一个阻抗最小值 它反映在上述扬声器阻抗曲线上是谐振峰后曲线平坦部分的最小阻值 这时音圈电感所产生的反电动势和音圈振动所产生的反电动势因大小相等方向相反而相互抵消 使扬声器的阻抗值近似等于音圈的直流电阻 a 是音圈的直流电阻 不受频率变化的影响b 是线圈感抗引起的阻抗值 频率越高阻抗越大 c 是由于线圈切割磁场产生的逆电流因方向正好与输入的电流方向相反 从而产生阻碍所引起的电阻值 最低谐振频率 最低谐振频率也称共振频率 因扬声器的输入阻抗是随频率的变化而变化的 而扬声器在低频段某一频率处 输入阻抗值会增至到最大时 这一频率就称为最低谐振频率 fo 最低谐振频率的大小与扬声器的振动系统有关 振动系统质量越大 纸盆折环 悬边 定心支片 弹波 越柔软其最低谐振频率也就越低 通常情況下 fo会受温度的影响 一般在溫度是20 濕度60 时fo值一般会相差在6 8 范围 溫度和濕度越高 fo越低 反之 fo值越高 为了便于理解最低谐振频率fo 我们可以把扬声器的振动系统即鼓纸音圈和防尘盖看作一具有一定质量的惯性体 而把扬声器折环 悬边 和弹波看成一个弹性体 弹簧 这时扬声器的整个振动系统就像一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物 由物理中我们知道 在物体振动加大时 当振动频率低于谐振点时 在 以下 扬声器单元在谐振增大时 由于扬声器振动系统劲度的控制 扬声器的输出声压以每倍频程12 B的速度下降 因此扬声器单元的揩振频率通常是扬声器的低频重放下限 这也是设计制作音箱时的一个重要数据指针 右图 m是振动系统有效振动质量s是振动系统的弹性系数 振动系统越软 弹性系数越小 最低谐振频率就越低 振动系统越硬 弹性系数越大 最低谐振频率就越高 声压值 灵敏度 当输入扬声器的功率为1W时 在扬声器开口轴线上一米处测出的平均声压值 记录声压通常都是以dB作单位 dB是decibel的英文缩写 用以表示输出增益或损耗及相关功率位准的标准单位 中文名称叫做 分贝 当以1毫瓦功率为基准时 则以dBm表示 简单一点理解也是指输入功率与输出功率之比的一个换算 但平常我们会看到音压是用SPL来表示 这是SoundPressureLevel的英文缩写 这是音压基准的意思 通常一个健康青年 对1000Hz频率的声音可听音阀约为 0 002 ubar 也就是最小可听音压值 以此作为音压的基准 位准值 即 人耳的可听音压范围是从0 120dB之间 一般在产品规格书中的SPL值 是指输入给扬声器的功率为1W时 在扬声器开口轴线上一米处测出的声压曲线上 于1个倍频程范围内取其四个频点所计算出来的平均声压值 倍频程的位置应选在平坦有代表性的频段 扬声器频响曲线频段分布图 低音频段 中低音段 中高音段 高音段 扬声器的一些其他专业名词 1 Q值 品质因数 扬声器的Q值是指扬声器的品质因数 是用以衡量扬声器低频声音尖锐度的一个重要参数 Rv 指音圈直流阻抗Mms 扬声器有效振动质量Cms 扬声器振动系统柔顺性B 磁回间隙磁强度L 线圈的有效长度从上面的式中我们可以知道 改变Q的最有效方法是改变其磁场强度与线圈的有效长度 在音质感上 Q不宜太小 否则就低频没有力 但如果Q太大时 则声音太僵硬 无低频回响了 严重时会产生无法控制的 澎澎 声 使低频浑浊 失去了低频感 右图 Q值对频响曲线的影响与变化 2 辐射指向性扬声器在不同方向上声辐射本领是不同的 表示这种性能的指标叫辐射指向性 指向性与频率有关 扬声器的辐射指向性随频率升高而增强 一般在250 300Hz以下 没有明显的指向性 如图 对于锥形扬声器 在正面轴方向从锥体各部位发声的距离大体相等 在偏离轴线方向时 锥体各部分到听音点就产生了距离差 当距离差等于波长的二公之一时其声波相位刚好相反 那么声音就会相互抵消 这样听音点就听不到声音了或因为相位差的不同 造成抵消的强度就会有差别 这就是频率不同波长不同 那么其指向性也就不同了 所以就这样产生了指向性 左图是一些常见的指向性特性图形 3 额定正弦功率扬声器的额定正弦功率是指被测扬声器单元在额定频率范围内输入额定功率的正弦电压值的连续正弦波信号 让被测扬声器持续一小时工作后 扬声器单元不发生热和机械方面的损坏时 该扬声器所承受的连续正弦波有效值电压或功率 一般称为RMS连续电压或功率 即正弦波均方根功率 4 短期最大功率扬声器的短期最大功率是指信号发生器将某一额定频率范围内的粉红噪声信号馈给被测扬声器单元 每次信号持续1 中间停顿60 重复60次 被测扬声器单元在这种功率条件下不发生热和机械方面的损伤 这时输入被测扬声器单元的粉红噪声信号电压值的平方与被测扬声器单元阻抗的比值就叫扬声器单元的短期最大功率 5 扬声器的失真 THD 扬声器的失真是指扬声器工作时因振动系统产生分割及振动不平衡或受力不均所产生的一种非线性曲线失真 引起扬声器失真的主要原因有以下三部份 一 磁回驱动部份 如 磁场中磁束分布不均 信号电流源失真 输入功率过载 二 支撑部份 如 音圈 弹波 防尘帽 盆架 R 边 三 发声 振动板 部份 主要是因为活塞运动转为分割运动时振膜的非线性变化所致 扬声器失真的大小 国标 中规定常规产品扬声器的失真率不应大于10 减少分割振动的设计 6 扬声器的相位 极性 什么是相位 相位说穿了 就是描述一个波的即时状态的一个物理量而已 其单位是角度一个波完整的振荡一遍就是360度 如果振荡到波峰 那么相位就是90度 如果振荡到波谷 那么相位就是270度 为何要用角度来作为相位的单位 那是为了计算方便 比如正弦交流电流它的公式是i Isin2 ft i是交流电流的瞬时值 I是交流电流的最大值 f是交流电的频率 t是时间 随着时间的推移 交流电流可以从零变到最大值 从最大值变到零 又从零变到负的最大值 从负的最大值变到零 在三角函数中2 ft相当于角度 它反映了交流电任何时刻所处的状态 是在增大还是在减小 是正的还是负的等等 因此把2 ft叫做相位 或者叫做相 比如波峰时候 相位为90度 那么i Isin90 I最大值 所以 各位应该清楚 只有对于波 相位才有意义 比如交流电就有相位之说 声波也有相位之说 至于直流电 就没有相位之说了 而左右声道的两条直流电之间 你可以假设其有 相位差 的存在 实际上 这不是相位差 这是时间差 波之间才有相位差 直流电之间 存在的是两个电流的时间差 比如A电流在时间上比B电流快一些 方便起见 我在左右声道的直流电之间的时间差也就用相位差来表达 扬声器的常用计算公式 1 扫频电压的换算 U R W2 f0的计算f0 1 Mmscms3 Qts的计算Qts Mms cmsQtsQmsQes 1 2 Re B2L2 1 1 1 扬声器的常用计算公式 1 扫频电压的换算 U R W2 f0的计算f0 1 Mmscms3 Qts的计算Qts Mms cmsQtsQmsQes Re B2L2 Re B2L2 扬声器的常用计算公式 1 扫频电压的换算 U R W2 f0的计算f0 1 Mmscms3 Qts的计算Qts Mms cmsQtsQmsQes Re B2L2 扬声器的常用计算公式 1 扫频电压的换算 U R W2 f0的计算f0 1 Mmscms3 Qts的计算Qts Mms cmsQtsQmsQes Re B2L2 U 扫频电压R 扬声器额定阻抗W 扬声器额定功率f0 扬声器最低谐振频率Mms 扬声器有效振动质量Cms 扬声器振动系统柔顺性Qts 总的品质因数Qms 机械品质因数Qes 电气品质因数 产品寿命测试 扬声器的寿命测试也称为产品信赖性试验 就是指信号发生器将20Hz 20KHz频率范围内的粉红噪声信号馈给被测扬声器单元 输入额定功率相当的信号电压到被测扬声器单元 在特定环境条件下使扬声器产品连续工作100小时后不发生热和机械损伤 这就是我们常说的产品信赖性测试要求或称为寿命测试 我们平时所听到的各种语言和音乐节目信号是一个由多种频率复合而成的瞬态信号 根据频谱分析 噪声信号是一个连续的 无规则的信号 它与我们的语言和音乐节目信号十分相似 用噪声信号仿真现实生活中的语言和音乐节目信号 对扬声器单元进行电声性能测试 常常可以获得比用纯音信号更符合实际使用情况的测试结果 目前测试扬声器信赖性 寿命测试 时大多使用噪声信号测试 常用的噪声信号 一般是白噪声和粉红噪声两种噪声信号 白 和 粉红 这两个词是由这两种噪声信号的频谱图决定的 与白色和粉红色光谱图相似 在等比例带宽输出时 白噪声的能量分布是均匀的 粉红噪声是每提高一个倍频程能量下降3dB 白噪声是一种随机噪声 这种噪声信号中包含从20H 20 H 的各种频率 且这些噪声信号的能量呈均匀分布 粉红噪声也是一种随机噪声 但它的能量分布与频率成反比 因此 粉红噪声中的低频成分较多 产品耐候测试 一般是指为模拟客户产品使用的工作环境所规定的产品测试环境条件的要求 这种特定环境条件一般须包括测试的环境温度和湿度以及测试的时间要求 扬声器工艺流程介绍 磁回部份 投料检查材料清洁放T铁打T铁胶装磁铁打磁铁胶插磁规装华司干燥一次工程 投放检查吹尘清洁打弹波胶音圈定位音圈套弹波装弹波打振膜边胶打中心胶振膜穿锦丝线装振膜打前垫片胶打中心补强胶装垫片干燥二次工程 投放检查绕引线焊引线插弧度治具焊锦丝线剪引线和锦丝线拔音规吹尘清洁打防尘帽胶打企眼胶装防