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IQC培训教材 扬声器基础知识培训2016 07 20 2020 3 22 1 2020 3 22 2 扬声器工作原理及结构 扬声器根据工作原理可分为电动式 电磁式 静电式 压电式 离子式 气动式等 电动式扬声器工作原理 流过磁场内音圈的音频电流与永久磁场的相互作用会产生使锥盆轴向振动的力 该作用力可用公式 F BLI其中 B 磁气隙中的磁感应强度 单位 T L 音圈导线的有效长度 单位 m I 流经音圈的电流 单位 A 在该作用力下 纸盆如一个整体活塞运动 在指定的某一临界频率 2020 3 22 3 电动式扬声器发声原理图 原理 左手定则 2020 3 22 4 电动式扬声器主要有锥体式和球顶式两种 各种不同功能的电动式扬声器其基本部件组成都如出一辙 固定架 导磁体 永久磁石 音圈 振动系 附件等组成 如下图所示 低音外磁式高音内磁式 后罩 T铁 磁石 华司 压条 振动板 音圈 弹波 盆架 防尘罩 端子 压条 音圈 极片 磁石 焊片 音膜 铁网 支架 U铁 电动式扬声器基本结构 2020 3 22 5 2020 3 22 6 扬声器 振动系统 磁路系统 支撑系统 音盆 声波辐射元件 它决定音质 音圈 动力源 扬声器的心脏 防尘帽 防尘 美观 改善高频曲线 弹波 定位 控制音圈振幅 磁钢 提供永久磁场 T铁 导磁 华司 导磁 后盖 防磁泄露 盆架 支撑和固定磁路及振动系统 端子 导电 固定锦丝线连接 2020 3 22 7 Speaker的部件构成认知图 Speaker 磁钢套CT T铁B01 磁石B02 华司B03 盆架B04 弹波B06 音盆B07 音圈B05 压条B09 网罩WZ 防尘帽B08 条形码TM 接线柱B10 铭牌MP 螺丝LS 副磁B02 短路环B13 垫圈B12 Speaker的包装附件代码 1 尼龙袋 NL2 保丽龙 BL3 说明书 SM4 彩盒 CH5 外箱 WX6 塑料配件 SL 导线B11 2020 3 22 8 扬声器部件介绍 盆架 FRAME T铁 Tyoke 华司 Fieldplate 磁钢 Magnet 弹波 Spider 音圈 Voicecoil 端子 Terminal 压条 Gasket 音盆 Cone 防尘帽 Cap 主要部件中英文名称 2020 3 22 11 盆架 FRAME 盆架 别名支架 是电动式扬声器中的一个重要部件之一 故名思意盆架有支撑 架托的作用 简单地说它是其他零部件的载体 盆架的分类 按材料分类铁类 含冷轧板 铝 压铸铝 塑料 还有粉末冶金等 粉末冶金是将两种或两种以上的金属粉材料在粉末状态下融合一体 按加工工艺分类冲压 压铸 注塑成形 含包塑 等 2020 3 22 12 盆架的表面处理 表面处理主要目的是为了防锈和外观 常见的有高温烘烤 烤漆 喷塑 电镀 电泳漆 抛光镀铬等 不同的工艺都要求表面耐腐蚀性强 不易脱落 各贴合面要求耐胶水腐蚀 铝及塑料作麻砂处理 不可选用喷漆等表面处理 贴合面在贴合之前要做去油污等处理 盆架的结构 决定喇叭大小 决定鼓纸R环内外径 决定音圈口径及弹波的波纹数 决定鼓纸有效高 决定弹波的外径和次外径 盆架的品质要求 平面度2 高度设配 3 散热设计4 表面处理检验 a 表面处理b 为了检查铁框表面处理后对接着剂是否能很好的粘合 一般使用濡性试验来检测 c 电镀膜厚要求大于5um d 检验铁框是否耐候氧化生锈 用盐水喷雾试验进行检测 5 或8 的盐水48H 2020 3 22 13 T铁 华司 Tyoke Fieldplate T铁 也叫电工铁 它的质地为纯铁 在声音单元中 T铁的主要作用就是在通电的情况下导磁 但是它没有剩磁 音箱断电后磁场消失 它的此行也立即消失 因此 T铁的纯度会直接影响到声音单元的工作效率以及非线性失真的一些重要的参数 T铁的表面处理 主要目的是为了防锈和外观 常见的有喷砂电镀黑及蓝白 五彩 喷砂后电泳黑 抛光镀铬等 不同的工艺都要求表面耐腐蚀性强 不易脱落 各贴合面要求耐胶水盐水腐蚀 不可选用喷漆等表面处理 贴合面在贴合之前要做去油污等处理 常在底面加一个凹槽以便打胶水的治具定位 在上平面加工定位圈以便固定磁石定位 2020 3 22 14 T铁的加工工艺T铁的加工工艺分为正一体加工 甲体加工 假一体和穿心铆三种 正一体加工成型 假一体加工成型 穿心铆加工成型 15 T铁的基本尺寸和加工公差 如图 16 T铁的品质要求 1 磁石放置面须平坦 2 首径不可大于磁石中孔 3 中柱不可上大下小或者上小下大 这样会造成音圈内径搪塞 4 中柱上端不可有碰伤产生凸起形状 造成音圈受损 5 大功率低音 振幅大的喇叭 采用背凸形T铁 防止音圈打底 6 大功率且CAP没有透气的低音喇叭 T铁须加工贯穿中孔 使气流通畅不产生异音 也可对音圈的散热起到作用 U形轭 U形轭示意图 U形轭的品质要求 1 底部必须平坦 防止磁石脱落及磁力浪费 2 内壁必须光滑 防止铁粉产生 3底部电镀层不可有油脂 防止接触性不良而磁石脱落 4 内壁不可出现碰伤产生凸起 造成音圈磨损 17 华司又名夹板是上导磁板 外径尺寸一般比磁石小5mm左右 以免漏磁 在厚度为5mm以下时常见是中孔直接光冲 不做车光处理 高品质除外 外径是根据实际外观要求是否做车光处理 铆钉要求达到规定高度 且背面要求有外翻倒角形状 易于铆合且铆钉不下沉 铆合牢度可靠 厚度在6mm以上的要求中孔车光处理已达到规格尺寸要求 铆钉及转螺纹孔依据实际需要加工 中孔的大小及厚度直接影响扬声器的磁通量 也就是影响DB值 根据性能要求设计其大小尺寸 基本要求平整 华司的表面处理电镀蓝白锌 彩锌 氧化处理以及电黑 2020 3 22 18 扬声器所用磁体 可以分为三类 一是铝镍钴类的铸造磁体 二是钡铁氧化类的烧结磁体 三是稀土元素钴类一 铝镍钴类磁体由铝 Ai 镍 Ni 钴 Co 铁 Fe 为主要成分浇注而成的 其主要特点是磁能积高 最大磁能积 BxH max为5 3 6 3x108Gs Oe 剩磁密度高 所以磁体可以做得截面积小 高度高 二 铁氧体磁体是由氧化钡和三氧化二铁粉末混合 在高温炉中焙烧而成 具有材料来源充足 价格低廉 矫顽力大 对外磁场的稳定性高等一系列的优点 一般 BxH max为2 7 3 3x108Gs Oe 从磁体形状来看 截面积大而薄 目前用稀土元素制成很高磁能积的磁体 BxH max为12 22x108Gs Oe 一般用于超小型扬声器中 磁钢 Magnet 2020 3 22 19 在高音中磁石用到的材料一般为N35H N38H 13芯高音磁石外径一般选用 12 5左右 厚为2 0 3 0 19芯高音磁石外径一般选用 19 5 19 6左右 厚为2 5 3 0 25芯高音磁石外径一般选用 24 4 24 5 24 7左右 厚为3 0 5 0 低音磁石材料一般用Y25 Y30居多 性能好一点的用Y35也有 品质要求 平行度须在10 以内 不可有铁粉 表面处理好 磁石规格及磁束密度 2020 3 22 20 21 扬声器的振动系统 振动系统 振动系统是扬声器功能得以表现的核心部分 是验证扬声器音质好坏的核心 其所涉及的范围很广 包括材料 工艺 化学 结构尺寸 声学物理等等 振动系统一般由音圈 音盆 弹波 防尘帽等四部分通过不同胶水结合而成 振动系统的结构一般如右图设计 A常用于低音结构 B常用于高音结构 振动系统结构图示 A图示B 振动板 防尘帽 弹波 音圈 球顶音膜 音圈 2020 3 22 22 弹波俗称挡板 也叫定位支片 是扬声器振动系统的主要构成部件 它在扬声器的起着重要的作用 1 保持音圈在磁路间隙中的正确位置 2 音圈在做上下切割运动时 保持振动系统仅作上下垂直运动 且保持良好的稳定恢复力 3 防止尘埃落入磁间隙中 4 它与音盆的折环顺性共同构成整个扬声器的振动顺性 是指扬声器振动系统的机械顺性Cms 而材料 制作工艺 形状则是好弹波的决定因素 弹波的常用材料可分为棉布 蚕丝 化纤 CONEX 混纺 Marton 等 有7 10 16 21 32 42 60等支纱之分 支纱越大则越细 7 16支纱常使用于8 以上的扬声器中 21 32支纱常使用于8 以下的扬声器中 32支纱以上常使用于3 以下的扬声器中 化纤 CONEX 混纺具有拉伸度良好 不易脆裂 抗疲劳性好等优点 但价位较高且粘结性差 故常被用于大功率的大口径的扬声器中 棉布和蚕丝的价格便宜且粘结性特好 但存在拉伸度低 易脆裂 抗疲劳性差等缺陷 故常被用于小功率的低档扬声器中 判断材质的简单方法是取弹波的单股材质用火烧 若烧後的灰呈黑色的则为化纤类的材质 若烧後的灰呈灰白色的则为棉布类的材质 弹波 Spider 2020 3 22 23 弹波的特性要求 横向刚性要均衡 设计的波纹形状要求中心对称 不能一边软一边硬 材料要求是编织布 支纱的经纬方向要匀称 更好地保持音圈在磁路间隙中的上下垂直运动 要具有一定的柔软性 它直接影响扬声器的共振频率 Fo 也影响扬声器的可靠性 不能过软或过硬 以保持良好的稳定恢复力 它取决于弹波的材质 形状 含浸胶水的浓度 波纹越深 布越厚 胶水浓度越高则共振频率越高 反之则越低 务必不要用胶水含浸饱和的弹波以防脆化和封孔 防止尘埃落入磁间隙中 它与音盆的折环顺性共同构成整个扬声器的振动顺性 而材料 制作工艺 形状则是好弹波的决定因素 弹波的常用材料可分为棉布 蚕丝 化纤 CONEX 混纺 Marton 等 2020 3 22 24 为了使弹波能起到上述的作用 我们对弹波的要求如下 A 要具有一定的柔软性 它直接影响扬声器的共振频率 Fo 取决于弹波的形状及材料的硬度 B 最大的位移量 它关系到扬声器的最大振幅 取决于弹波的外交与内径的距离及形状 C 保证位移的线性运动 它体现了弹波对驱动力的顺从性 限定振幅的范围 超出范围振幅减慢 取决于材料和形状 D 保证位移的复原性 当弹波在除去外力以后尽可能的使弹波恢复至原来状态 它取决于弹波的材质与制作工艺 E 要兼顾可靠性 实用性 质量轻 耐湿性 耐燃性 耐久性 耐折性 适当的透气性 密封性 并尽量减少异常谐振 弹波的线性位移问题 取决于材质 不同的材质其回弹的受力会不一样 这就与弹波本身的运动力产生不一样的振谐 从而改变了弹波的受力方向 出现运动阻滞的现象 产生Fo以下的三次振谐失真 设计良好的弹波能减少扬声器的失真 材料 工艺 波形是决定因素 目前要数杜邦最好 棉布最差 对大功率的锥形扬声器来说 弹波的可靠性不可忽视 2020 3 22 25 弹波的物理性能 弹波的物理参数 弹性系数即变位影响扬声器的性能曲线 如 失真 fo Q值等技术参数 弹波的变位指在弹波中心放置夹具 并在夹具上加定质量之砝码 弹波中心部位发生的位移量称为该质量下的变位 测试方法常有投影法 转盘测试法等多种 但目前最先进的测试法为 激光测量法 激光测量法采用无触点测量 因此最准确可靠 治具 绕线 整形 高温烘烤 音圈 VC 2020 3 22 27 音圈是电动式扬声器振动系统的核心 是验证扬声器的承受功率和寿命的核心部件 它的设计会影响扬声器的频率 DB值 阻抗及阻抗曲线 失真 参数 音质等 所以我们要对音圈做一个详尽的剖释和了解 音圈最常用的是带骨架的音圈 由骨架 漆包线 贴纸 引出线等四部分组成 不同的功率 性能要求音圈不同的材质与工艺 不可变形及大小口现象 常采用30度角斜口对接骨架的加工工艺及余白倒角以防脱线 还有特殊的跑道形的设计 但基本组成及要求是一样的 骨架 漆包线 引出线 贴纸 2020 3 22 28 音圈骨架是音圈的支撑架 要求质轻刚性好 不易变形 良好的耐温及散热效果 常用的材质有纸 Kapton 铝 玻纤 Nomax等 涂胶后纸的耐温度为180度常用于中小口径的低功率及高音扬声器中 厚度0 05 0 08mm 具有质轻价廉易涂胶等特点 Kapton的耐温度为210度以上 常用于中等口径的中低功率的扬声器中 厚度0 05 0 18mm 具有质轻 散热等特点 铝的耐温度为200度以上 厚度0 03 0 20mm 具有质轻 散热好 瞬态性好 耐热 刚性强等特点 被广泛用于不同口径的扬声器中 高功率的还可采用黑色氧化铝材质 耐温230度以上 玻纤的耐温度为230度以上 常用于大中等口径的高中功率要求的扬声器中 厚度0 1 0 18mm 具有耐热 刚性强等特点 Nomax的耐温度为300度 具有耐热 质轻 粘力强以及音色柔和圆滑 悦耳动听等特点 音圈引线出现方式 音圈最常用的引出线有漆包线加长出头 有另外加接的引出线 编织线 绞合线 防水线 防静电线等 还有无引出线直接在骨架上接铜片当焊接点的 常用于不在振动板上焊接且外观要求看不到导线的扬声器设计中 不易短线但有工艺复杂价高的缺陷 2020 3 22 29 音圈绕线是做好音圈的关键 它的材质目前有铜线 铝线 铜包铝线 形状有圆形及方形 它的是由导体 绝缘膜层 熔接膜层构成 如右图所示 铝线质轻但易断不好焊接常不被采用 音圈绕线的绕线方式有如下图 最常用的是A 由于方线在同样的阻值内占有率高 可减少失真及磁路间隙提高磁通量 但目前成本高不易生产 不被广泛使用 铝 铝 铜 铜 绝缘层 导体 熔接层 2020 3 22 30 音圈绕线的绝缘膜的作用是对导体本身起保护作用 不使导体在空气中氧化 使线于线之间绝缘 承受一定的电压不被击穿 在发热工作时能承受一定的温度 不被融解 根据耐温的不同可分为LOCK线 130度 SV线 150度 EI线 180度 AI线 210度 等 耐温等级越高价位越高 选用时 根据性能要求适当选用 熔接层是音圈绕线紧密结合加工的辅助作用 在高温烘烤中使线与线相互粘合在一起而不易散开 导体是绕线的主要部分 是音圈工作时起导电作用 从而使音圈在磁场中做上下切割运动 推动振动系统发声工作 常用铜 铜包铝 铝等材质 相同的阻值铜最重 铝最轻 铝易断难焊 所以高音及高响度的低音采用铜包铝线 一般的用铜线 贴纸常用的有漆包线宣花纸 牛皮纸 Spunlace纸 一般的采用宣花纸 高功率的用牛皮纸及Spunlace纸 Spunlace纸常用于高要求大功率的低音扬声器中 具有与胶水粘合性好 耐高温 不起泡不脱落的优点 2020 3 22 31 音圈的卷幅是指绕在骨架上的绕线部分 对音圈性能起决定作用的就是卷幅 阻抗 线径 质量 它们之间成正比关系 音圈的卷幅通常由设计的承受功率及冲程决定 当卷幅大于夹板的厚度时 叫长音圈 它一般用于振幅较大的低音中 失真也较大 当卷幅小于夹板的厚度时 叫短音圈 它一般用于振幅较小的高音中 失真也较小 为了减少磁路电气失真我们通常在T铁柱体上或在磁石内环上放置高导电的金属铜环或铝环 目的是使其形成一个次级音圈的作用 起到短路音圈的电感作用 以减少反电动势的形成 使磁性材料的电感量变化减少 从而降低三次谐波失真 附 音圈自溶漆包线耐温等级2 LOCK130 1 PESVW155 1 EISVW200 1 AISVW220 2020 3 22 32 纸盆及防尘帽 纸盆是扬声器最最重要的部件 有很大一部分客户是需要通过主观鉴听来评价扬声器的性能 而纸盆的对音质有直接的影响 另外一方面 纸盆的设计 特别是材料方面也是最难以被仿制的 纸盆设计有两类比较重要的参数 一类是几何参数 另外一类是材料工艺 几何参数对扬声器主要有两方面的影响 一是声学参数曲线 二是装配工艺 材料工艺对扬声器也主要有两方面的影响 一是主观音质评价 而是特殊环境要求 2020 3 22 33 2020 3 22 34 常规几何参数 外径 中孔 高度 母线弧度 厚度 重量等 2020 3 22 35 外径6 5寸以下 0 0 2mm 8寸 12寸 0 3mm 15寸以上 0 5mm 中孔20 3mm以下 0 1 0mm 包含20 3mm 26 7 44 9mm 0 1mm 包含26 7mm 52 2mm以上 0 2mm 包含52 2mm 要考虑负差能够配合音圈外径使用 高度15mm以下 0 1mm 包含15mm 15 50mm 0 2mm 50mm以上 0 3mm 包含50mm 厚度需要测包络线的产品 10 12 最好写实际数值 松压纸盆无厚度要求 图纸尺寸只作做模具的参考 其他紧压及半松压纸盆 15 18 重量需要测包络线的产品 8 注明实际数值 其他纸盆 10 12 注明实际数值 2020 3 22 36 纸盆常用材料可分为天然材料 人造纤维 塑料和金属等4个大类 其中 天然纤维又可分为植物纤维和动物纤维 一般而言 对材料的要求 需同时具备三个特性 1 密度小 2 材料机械强度大 或说材料杨氏模量大 与1 结合在一起 即比弹率E 值大 3 适当的内阻尼 当然 对于不同用途的扬声器 对纸盆材料的性能要求 侧重点也不同 对于高频扬声器 为了把高频响应拓宽至音频范围以外 对材料的比弹率E 的要求比其内部阻尼更为重要 所以一般采用比弹率E 大的材料 金属材料为主 对于重视中频信号的中频扬声器 为了减少其工作频带内的失真 一般需尽量扩大其频响范围而选择其中频段为工作频带 以避免共振频率附近的失真 因此需E 值大和内部阻尼大的材料 而对于重放低频的低音扬声器为了扩大其活塞振动的频率范围 要求具有大的E 和大的内部阻尼 2020 3 22 37 塑料 这类材料包括 聚丙烯 PP 聚氯乙烯 PVC 聚苯乙烯 PS 酚醛树脂 PF 聚酯 PES 等 塑料盆的最大优点是防水防潮 性能稳定 一致性好等 缺点是密度较大 胶水不易粘结等 PP盆最为常见 而聚酯则是我们常说的MYLAR 多用在微型扬声器设计中 金属 这类材料包括 铝 铝镁合金 钛和铍等 其中铝的应用最为广泛 而钛和铍则常见于专业扬声器的驱动高音振膜 金属盆特别擅长重放打击乐 铜管乐 表现出金属乐器的瞬态 力度和气势非常出色 金属盆的特点是内部阻尼较小 散热较快 纸盆的重要部件 复合边 复合边的主要作用是作为一个顺性原件 弹簧 来影响扬声器的多个重要参数 也是功率试验中重点考察的部件 常用的材料为纸 布 泡沫 橡胶等 如果是纸边的话一般是全纸盆 小功率 价格低廉 布边和泡沫边顺性比较大 相对而言布边更耐环境试验 但是线性不如泡沫边 橡胶边环境试验和线性都很好 但价格昂贵 密度也较大 复合边常见的形状一般有凸边 凹边和W边 为了获得合适的频响曲线 我们会根据需要在复合边上涂覆一层阻尼胶 2020 3 22 38 防尘帽 防尘帽 顾名思义 其作用就是防止灰尘等异物进入到音圈磁隙 它还有一个更总要的作用就是拓展扬声器的高频曲线 一般来讲 外径越小 对高频的延展越宽 其材料大致和纸盆相同 设计的时候要注意贴合面弧度和纸盆匹配 大功率时还要注意贴合面的宽度 2020 3 22 39 扬声器参数 计算公式及测试方法等解析 我们在评价一款扬声器的好坏时 除了主观的聆听外 更多的还是依据一些客观的参数 比如低频下限f0 高频上线fh 声压级SPL 额定功率Pr 失真THD 指向性Q等 下面我们就以上提到的参数给大家逐一讲解一下 f0 我们知道扬声器有一个从低到高的有效的频响范围 那么f0就是我们常用来描述扬声器低频性能的一个重要参数 f0的中文名称是共振频率 在阻抗曲线上表现为第一个峰值所对应的频率点 其公式是f0 1 2 CmsMms Cms由弹波顺性Cd和复合边顺性Cs共同决定 其公式是1 Cms 1 Cd 1 Cs 而Mms 音圈质量Mv 纸盆振动质量Mc 空气随动质量MAfh 作为扬声器高频设计的经验公式 在设计扬声器时具有很好的参考意义 对于一般的锥形扬声器而言 fh Et 1 Mc 1 Mv cos2 sin 2 E 纸盆顶部杨氏模量 t顶部厚度 锥盆顶角 而对应球顶高音而言 fh A 1 0 5Md Mv H D2 E 1 4390t A材料系数 H球顶高度 D球顶直径 2020 3 22 40 SPL 我们一般定义一个扬声器的声压级为dB 1m 1w 通俗的讲就是扬声器在1w功率输入 1m远的轴向距离条件下 麦克风所拾取的声压强度 声压级越高 也可以说是效率 越高 SPL 112 log BLSd 2 2 CMms2Re SPL与距离和功率的关系Lp Lp 1m 1w 20lgR 10lgWPr 额定功率对扬声器是相当重要的参数 客户都会有明确的要求 并且必须要通过功率实验来检验 额定功率没有固定的设计公