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振膜喇叭原理培訓日期 2011年08月1日講者 汪德武 DAVID 1 一 什麼是聲音 二 Mylarspeaker之結構及功能參數介紹三 設計應用及理論支持部分四 耳機測試方法五 問答時間 內容提要 2004 09 20 21 一 什麼是聲音 3 腦 聲音 如果不用音響心理學是說不清的 器官 感覺 檢知項 聲音 受到五種感覺的影响 什麽是聲音 人類的五種感覺 4 從其他器官傳來的刺激 人類的耳朵是超高性能的FFT 以電脈冲信號形式傳播 音源 耳廓對判斷聲音方向性非常重要 空氣震動鼓膜後 通過小耳骨變換成電脈冲信號 外耳道 耳廓 内耳道 小耳骨 鼓膜 神經 大腦 大腦進行FFT分析 頻率分析 以聲音的形式認知 什麽是聲音 檢知聲音的原理 5 波 音 的基本形式 V f 音速 頻率是 波長 在空氣中的傳播速度V 331 5 0 61t 340 m s at4 聲音 是縱波 波的振動方向與前進方向相同 聲音 是疏密波 在介質中振動以反复 疏密 的形式進行傳播 聲音 被變換成電子信號 成為横波的信號 正弦波 來使用 密 密 疏 變換成電信號 什麽是聲音 物理定義 6 重要的是根據目的用各種参數來表達 聲音 什麽是聲音 表示聲音之物理參數 2004 09 20 71 兩者通過数學方法等價變換 根據用途分别使用 在時間領域的表現 在頻率領域的表現 矩形波响應脈冲响應残响特性 頻譜分析相位頻率分析组延遲特性 振幅 a a t H t aSin T 應用實例 振幅 f a H f a FourierTransform 什麽是聲音 聲音在數學上的定義 8 各音區的物理量和能得到的信息 聲音 會随着頻率数而性質 特長發生變化 因此重要的是掌握它 什麽是聲音 音區和信息 2004 09 20 91 聲音三要素 大小 高低 質感 聲音的表現詞滙好 不好 大小有迫力乏力高低單纯有杂音明亮暗淡清澈渾濁正常走調定位性好定位性差形象明確形象模糊有擴展性無擴展性 空間信息 定位 聲音的表現方式隨地域 民族 人種而有不同的詞滙 最理想的是能在公司内及相關公司間统一表達方式 實施比較困難 理解對方詞滙的真正含義公司内部評論詞滙的统一切換到物理量非常重要 音色 聲音的形象 舉例 什麽是聲音 音區和信息 10 聲音隨着時間軸的錯位 相位干涉 波形會發生改變 因此相位的管理非常重要 振幅 振幅 振幅 振幅 振幅 振幅 t t t t t t 正相 逆相 波形增强 波形减弱 什麽是聲音 增強與減弱 2004 09 20 111 反射 與 吸音 是反關系 反射 平面越硬 反射越强 越往低音區 波長較長 越容易反射 吸音 與上述相反 固定波 在相同的平面上產生共鳴的波 不好的影响 防止產生固定波的要点是不造成平行面 不同素材的反射 吸音特性 D 2 n 整數倍 D 残响室 混凝土 木材 地毯 吸音材料 無聲室 毛越長吸音效果越好 f 反射率 1 0 5 0 什麽是聲音 反射與吸音 2004 09 20 121 回折 在音源之外的尖角部位作為起點 產生二次音源的現象 為防止回折效果 不制作尖角 在原來的聲音A上加上二次音源的聲音B 原來的聲音A產生紊亂由於相位干涉 頻响產生紊亂在時間軸上的錯位引起聲音形象的紊亂 形狀 位置 立体聲揚 二次音源的弊端 d1 d1 B A 音箱 音源 二次音源 在尖角處產生二次音源 聽者 圓角處不產生回折波 什麽是聲音 回折效果 2004 09 20 131 二 Mylarspeaker結構及功能參數介紹 2004 09 20 141 概述 微型動圈式喇叭 Electro dynamicspeaker 廣泛應用在微型電子產品 如 數位相機 手機 PDA 通訊及不同類型的大小耳機一般使用Mylar 麥拉 作為振膜 所以稱為MylarSpeaker 麥拉喇叭 2004 09 20 151 動圈式喇叭原理 工作原理 以交變電流通過綫圈 產生交變磁場 在固定磁場產生前後振動 帶動相連之振膜一起垠振動 通過空氣介質將聲音傳播出去 2004 09 20 161 喇叭的结構介绍 護罩PlasticCover音圈VoiceCoil振膜Diaphragm膠壳PlasticHousing華司Washer磁鐵Magnet後蓋BottomBowl底板PCB 2004 09 20 171 喇叭的结構介绍 磁鐵一般材料為NdFeB 釹鐵硼 此前用鐵氧体在充磁時 有先充磁後裝配的 也有先裝配好後充磁的 後蓋a 形成磁回路b 支撐整個主体 有的加上塾圈華司導磁作用 可調整磁路間空隙 使用高導磁材料 如SPCC 振膜振動系统的主要部件 厚度 材質 振動的有效面積 形狀音圈動力部分 音圈的直流電阻 綫徑 高度 左手定則判斷其運動方向 2004 09 20 181 喇叭的结構介绍 壓邊圈固定件 容易解决高頻附近的谷點底板注意焊錫温度 擊穿電壓 可耐氧化時間絨纸 調音紙 a 藍框阻尼b 開孔阻尼 在單体後方框架裝上具音箱性阻力的布料 是降低單体Q值最有效的一種方法 多層布料調校Q值的方法比在導管内增加阻力還要來得直接 可在導管内填入纖維 棉 羊毛 玻璃棉或泡棉 以增加阻力 不透氣的多孔布蓋在開孔的末端也可得到相同的效果 2004 09 20 191 喇叭功能参数 A 頻響 頻響曲綫 指隨頻率之增益變化曲綫 B F0 喇叭振動部份之諧振頻率 C 靈敏度 在1kHz時在指定輸入電壓時喇叭所產生輸出訊號高低 D 直流阻抗 主要是音圈的電阻 還有震蕩回路中的容抗 感抗 E 失真度 輸入喇叭訊號與喇叭訊號輸出之誤差比率 F 額定功率 喇叭承受的連續功率 H 最高功率 喇叭承受的最高瞬間功率 I 相位 喇叭正負两極之連接 J 尺吋 喇叭之直徑及高度 2004 09 20 201 揚聲器的電阻抗特性 揚聲器的额定阻抗一般有8 16 32 64 75 150 等等 一般人以為揚聲器的阻值是一個纯阻或一個恒定值 其實場聲器的阻值是隨頻率而改變的 在不同的頻率點它的阻值有所不同 若將各點的阻值連成的曲綫 見圖1 2004 09 20 211 揚聲器的電阻抗 Z 圖1 Fo諧振頻率 DC電阻 Zmax Fo時阻抗 2004 09 20 221 不同頻率之振動控掣區 質量控制區 當工作頻率f 共振頻率fo 系统的質量對振動起着主要作用 質量愈大 振幅則愈小 因此這一振動區稱為質量控制區或慣性控制區 彈性控制區 當工作頻率f 共振頻率fo 系统的彈性對振動起着主要作用 彈性愈大 順性愈小 振幅則愈小 因此這振動區稱為彈性控制區或勁度控制區 也稱為力順控制區 力阻控制區 當f fo系统的振動主要受力阻控制 這一振動區稱為力阻控制區 力阻愈大 力阻控制的頻率範圍愈寬 2004 09 20 231 揚聲器的電阻相等電路 揚聲器的電阻抗Z之公式 Z Re j L 2004 09 20 241 一般振膜選用之材料 PET 聚對苯二甲酸乙二醇酯polyethyleneterephthalatePEI 聚醚洗亞胺polyethyleneimidePEN 聚苯二甲酸乙二酯polyethylenenaphthalate 2004 09 20 251 PI 聚酰亚胺商品名称KaptonLCP 液晶高分子 液晶聚合物 液晶聚脂LiquidCrystalPolyster LiquidCrystalPolymerPEEK 聚醚酮Polyrtheretherketone 2004 09 20 261 PC 聚碳酸酯PolycarbonatePPS 聚苯硫醚 聚苯乙烯硫化物PolyphenylenesulphidePAR 聚芳酯 2004 09 20 271 三 設計應用及理論支持部分 2004 09 20 281 喇叭設計中的應用 喇叭單元 喇叭零件 結構設計和聲音的關係 2004 09 20 291 喇叭設計中的應用 喇叭單元 喇叭零件 結構設計和聲音的關係 2004 09 20 301 耳機的主要設計和他的特点 喇叭設計中的應用 耳機之基本結構 2004 09 20 311 用小型的驅動结構產生重低音的原因 振膜產生上下運動時 低音區音壓 運動的空氣量 加速度 2 由於外耳道是密封的 運動的空氣質量只要較少就够了 小而輕的振膜運動較快 2 聲場在頭内能够定位的原因 無論使用何種形式 音源是在耳朵的旁邊 因此聲音會在頭内定位 要對立体聲揚進行評價比較困難 模擬錄音 利用人造頭部 使用插入耳朵中的麥克風來錄音的手法 用耳機聽取 能够再現錄音時的立体聲音場 錄音源能够深入空間音場和耳朵的傳達系毁 信息 空間音場 G t A t H t g t 向耳朵的傳達系數g t 麥克風信號G t 錄音源 人工頭部 磁鋼 振膜 與一般的喇叭相比明顯有利 A t H t 喇叭設計中的應用 耳機的特長 2004 09 20 321 失真 失真分為諧波失真 互調失真和瞬態失真三種 指在聲音回放的過程中 增加了原信號没有的成分而導致的失真 諧波失真 是指喇叭重放後的聲音比原有信號源多出許多額外的諧波成分 此額外的諧波成分信號是信号源頻率的倍頻或分頻 互調失真 是一種非綫性失真 它是兩個以上的頻率分量按一定比例混合 各個頻率信號之間互相調制 通過放音設備後產生新增加的非綫性信號 該信號包括各種信號之間的和及差的信号 瞬態失真 瞬態失真又稱瞬態响應 它的產生主要是當較大的瞬態信號突然加到喇叭时由於喇叭的反映較慢 使信號產生失真 2004 09 20 331 諧波失真是指音箱 耳機 在工作過程中 由於會產生諧振現象而導致音箱重放聲音時產生矢真 但由於不可避免地會出現諧振現象 在原始声波的基礎上生成二次 三次甚至多次諧波 這樣在聲音信號中不再只有基頻信號 而是還包括由諧波及其倍頻成分 这些倍頻信號將導致音箱放音時產生失真 對於普通音箱允許一定諧波信号成分存在 但必須是以對聲音基頻信号输出不產生大的影响為前提條件 失真 声压 2f 3f 4f 5f 6f 7f f 基本波 高頻波失真的结構 有害成分 2004 09 20 341 二次諧波及相應的偶數次諧波失真 可以從磁路結構 振膜形狀以及工藝组裝的對稱性 平衡性交考慮 如果以機械波的相關理論去分析 通常改變振膜的形狀 弧度 實際上是既改變了振膜局部的勁度 力順 同時也改變了振動點的相對位置 這相當於改變了聲源到振動點的距離 將此距離與不同頻率波的波長结合起夾考慮 就可以解釋振動曲綫將會在哪些部分形成諧振的峰和谷 在聽音上 可以設法適富加一些二次諧波 諧波太少 會使聲音疲軟 太多則會使聲音顯得没有力度 没有個性 三次諧波及相應的奇數諧波可以埰用最新的SLMM superlinearmagneticmaterial 理論 從磁路結構入手 在磁体中間部分取小孔填入另外的導磁性差的材料 這樣三次諧波可降低5 10dB 瞬態失真 對此 可選用合適的胶水改變瞬態响應 失真 2004 09 20 351 四 耳機之測試方法 2004 09 20 361 音質評價法 绝對評價 相對評價 例 10阶段評價法 適合於聲音的熟練者詩論家意見 需要绝對質感 一般的手法造就 音神 達成共識性 例 對照比較法 適合於多人 要考慮試臨方法 群组比較法 比較基准 評價順序 順序效果 前後顛倒做2次 調整音量 排除音量效果的干擾 選擇合適的評價方法和選擇與培養被測試者非常重要 耳機之測試方法 聽音 2004 09 20 371 耳機之測試方法 聽音 通常 150Hz左右綫性失真較大 100 200Hz諧振大就會有很强的嗡嗡聲 200 300Hz處 若力度足够 聲音聽起來會很濃 聲音單薄 是缺少了中 低頻 3K 4K處若是聲音發悶 有嚴重的裹感 則是混响不合適 低頻能量過多 到此處有明顯的裹感 5K 6K處若能量足 混响適合 失真小 听起來声音就會明亮 高頻峰處提升過多會使聲音易脆 聽起來發炸發破 綜合聽音可從群感 立体感 環境感和豐滿度 真實度等數方面衡量 測試時 選擇合適的功率 保持聲源不受空調音及談話聲的干擾 合適的信噪比 這樣顯示出的曲綫會更接近耳機原來之持性 2004 09 20 381 聽音的方式 同响度波形 人耳的靈敏度根據不同頻率而改變的 一般人對高音及低音靈敏度較差音量越低 這種感覺越强烈 頻率 聲壓 2004 09 20 391 分貝 Decibel 方 Phon 宋 Sone 2004 09 20 401 IEC 318及HATS測試方法 IEC 318人工耳測試架 HATS模擬人頭 2004 09 20 411 IEC 318及HATS曲線比較 測試耳機 SENNHEISERMX 400小耳機