扬声器产品介绍和测试方法

2020 4 20 1 深圳联创宏声电子有限公司 ShenzhenLianchuangHongshengElectronicsCo Ltd 扬声器产品介绍和测试方法 2020 4 20 2 第一章产品分类介绍第二章基本工作原理第三章电声测量分析第四章笔记本扬声器简介第五章笔记本扬声器设计重点与选用第六章技术难点分析与解决第七章新材料新技术应用第八章产品发展趋势 2020 4 20 3 扬声器的定义 扬声器 从字面上理解 扬 扬出 发出之意 声 指声音 器 器件 合起来即发出声音的器件 但大家都知道 扬声器本身并不能发音 它是在给它通以信号电流的时候才会将电流信号转换出声信号的 因此它是通过能量转换来实现的 所以扬声器是指将电信号转换成声音信号的电声换能器 第一章产品分类介绍 2020 4 20 4 扬声器的分类 扬声器的种类繁杂多样 我们可以用三种方法来给予分类 分别是按驱动方式 按振动板或辐射器的形状 按用途等三种方式分类 1 按驱动方式即是怎样把电信号加在振动板上使之变换成机械力进而产生振动的 如下表 2020 4 20 5 2 按振膜或辐射器的形状分类按振膜或辐射形状分类主要有圆锥形 平板形 球顶形 号筒形 带状形 薄片形等 2020 4 20 6 3 按用途分类若按用途进行扬声器分类 主要他为全频扬声器 低音扬声器 中音扬声器 高音扬声器四种 全频带扬声器 英文 FullRange简称FL 能够同覆盖系统 高低频段的扬声器叫全频带扬声器 这种扬声器的振膜振动可产生从低音到高音的全频带声音 在全频带扬声器中 有单振动板的全频带扬声器 双振动板型和同轴型扬声器 双振动板和单振动板扬声器一样 是一个整体结构 所以用起来很方便 但同轴型扬声器实际上是把两个扬声器做在一起 是一种多声道器件 2020 4 20 7 低音扬声器 英文Woofer简称WF 低音扬声器是为在低频段重放而设计的低间性能很好的扬声器 其重放频带下限应尽量的低 振动板振幅容许值尽量大些 因此振动板口每项应尽量大些 为了提高振动板的振幅 要采用软而比较宽的支撑边 一个良好的低音喇叭需具备如下条件 要有强而有力的磁气回路 振动板的直径要大 档板和振动的凸缘边要柔软 而且在大振幅时仍保持良好的直线性 振动系统不能太单薄 弹性要好 长时间振动不疲劳 2020 4 20 8 中音扬声器 英文Midrange简称MID 在三分频以上的多分频扬声器系统中 用以专门重放中音段的单元叫中音扬声器 作为中音扬声器最重要的性能要求是声压频率特性曲线应平坦 失真小 指向性好 以及频率高等到 这种单元所用表状 除圆锥型扬声器外 也常用球顶型和号角型 2020 4 20 9 高音扬声器专门承受高频段重放的单元叫高音扬声器 高音扬声器的一般工作频段范围在1 5KHZ以上 这种单元主要性能要求 除同于中音单元之外 还要求重放频段上限要高和输入容量要大 高音扬声器有圆锥形 平顶 球顶型 号筒型 带状和薄片型等多种形式 一个良好的高音喇叭应具备如下条件 振动板的口径要小且轻 高频特性平垣且伸展宽广 高频失真小 指向性良好 音圈直径小 线径细 输入容量大 2020 4 20 10 电动式扬声器工作原理 当垂直于磁场的导体有电流的话 导体就会在垂直于磁场及电流的方向上受到力作用 这个力的方向可用佛来明左手定则判定 见图1 有了这些知识 对电动型扬声器的工作原理就能容易描述 在扬声器的磁气回路的间隙有一个各处同性的环状磁场 线圈的卷巾就位于这个间隙内 当外界的信号电流发生改变时 根据佛来明左手定则 线圈就会随着电流的大小和方向受力运动 推动与音圈连在一起的鼓纸向外辐射声音 见图2 第二章基本工作原理 2020 4 20 11 电动式扬声器结构图 2020 4 20 12 扬声器测量条件 A 标准大气条件B 测量信号C 声学环境D 扬声器与传声器的测量位置E 测量装置F 测量标准障板与安装G 预负荷处理测量条件 参照 GB T9396 1996 4 16 第三章电声测量分析 2020 4 20 13 消声室 2020 4 20 14 消声室测试鉴定报告 2020 4 20 15 B K声学测试系统 阳光电声测试系统 NTI声学测试系统 测试仪器 2020 4 20 16 FO测试仪 音频扫描仪 极性测试仪 测试仪器 2020 4 20 17 扬声器的主要特性解释与测试方法 1 阻抗 Impedance 扬声器单元的阻抗包括直流阻抗 DCR Re 和交流阻抗 ACR a 指直流阻抗 即DCR Re 不受频率的影响 静态 亦即音圈线的阻抗 它在阻抗特性上表现为一条直线 b 交流阻抗 即ACR 是指经过频率测定之公称阻抗或叫额定阻抗 动态 测量方法 参照 GB T9396 1996 18 2 2阻抗曲线测量方法 2020 4 20 18 2 最低共振周波数或谐振频率 FO 是指扬声器从低音域开始振动时 振动板最强烈振动所在点对应的频率 在测量扬声器单元阻抗特性时 阻抗曲线上阻抗值第一次达到最大值时 即Zmax 所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率 简称FO 共振 即策动力的频率与振动物体的固有频率相等时 振动物体的振幅最大 此种现象称为共振 测量方法 参照 GB T9396 1996 21 2 2共振频率测量方法 2020 4 20 19 3 出力音压 SPL 英文 OutputSoundPressureLevel是指输出音压基准 又叫效率或灵敏度或声压级 中国国家标准 GB T9396 1996 规定扬声器的出力音压是指在指定的频带或功率上 馈给扬声器1W的输入功率 在参考轴上距离参考点1m处的声压极的平均值 通常取频率特性曲线上的4个点的平均值 用dB表示 测量方法 参照 GB T9396 1996 22 3 2指定频带内的特性灵敏度测量方法 原则 要求曲线平坦 低频 高频均不可过高或者过低 2020 4 20 20 4 实效周波数带域 EfectiveFrequencyBand 实效周波数带域又叫实效频宽或有效频宽 就是频率响应的有效范围 通常是从低音谐振Fo到高音域的有效部分 按照中国国家标准 GB T9396 1996 规定 从Fo到中频段 平均声压级向高频段延伸并下降10dB处的频率止 这个频率定义为扬声器的有效重放频率范围 通常简称重放频率范围 测量方法 参照 GB T9396 1996 23 2 2有效频率范围测量方法 2020 4 20 21 5 额定功率与最大功率英文 PetedPowerInputMaxPowerInputA 定格入力亦称标准额定输入功率 就是指扬声器的额定承受标准功率 是指扬声器能保证长时间连续工作而不产生明显失真的输入平均功率 又称额定功率 扬声器工作于额定功率时 音圈不会产生过热及机械振动过载现象 发出声音没有明显失真 在实际音乐信号中 峰值脉冲功率会超出额定功率很多倍 3 10倍 由于脉冲持续时间很短 不会损坏扬声器 但要得到好的音质 必须使这些峰值脉冲不出现失真 因此扬声器必须留有充分的功率余量 在畸变试验和连续负载试验中 都有依拟此项额定输入功率为基准来进行了 对应解释 参照 GB T9396 1996 19 3额定正弦电压 2020 4 20 22 5 额定功率与最大功率B 最大输入功率是指喇叭所能承受的最大功率 一个扬声器在某一瞬间所能承受的最大功率 一个扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率 称为最大功率或峰值功率 亦即突然输入时间极短 一般为几个周波 的正弦波信号而不损坏扬声器的最大输入电功率 一般扬声器能承受的最大输入功率约为标称功率的1 5 4倍 要获得好的音质 输入给扬声器的平均电功率应小于扬音器的标称功率 物理公式 P UI U2 R测量方法 参照 GB T9396 1996 19 4 2输入电压测量方法 2020 4 20 23 6 失真 Distortion 亦称高调波歪率 从扬声器辐射出去的声音 理应只有所加信号的重现 但实际上辐射出来的声音中除基频信号声外 还有其它频率的声音出现 使声音听起来有异常的感觉 这种现象叫失真 失真率一定要定量的音压输出作比较才能正确 但则以不超过5 为准 失真率 多余成分 纯音 100 失真主要起因于驱动力 磁束分布不平的电流变形 输入超过额定输入功率 支持部分 弹波与振动板的凸缘部分 振动板活塞运动与分割运动等三个重要原因 失真包括 1 非线性失真 非线性失真又包括谐波失真互调失真 2 瞬间失真 2020 4 20 24 6 失真 Distortion 谐波失真 一般由扬声器磁场不均匀及振动板系统的非线性畸变引起 通常在低频时产生 因为低频时振幅大 音圈纸盆 弹波等容易产生非直线性畸变 2020 4 20 25 6 失真 Distortion b 互调失真 是两种不同频率的信号 同时加入到扬声器上时 互相调制而引起的 互调失真会造成音调上的失真 当互调失真较大时 会使合唱拍手等重放音质显著变坏 当扬声器同时重放使音圈作大振幅振动的低频信号F1和音圈作小振幅振动的高频信号Fh时 重放声中除了有F1 Fh及其谐波成分外 还会出现 nF1 Fh 的新的频率成分 其中n 1 2 3 这种失真称为互调失真 C 瞬态失真 这是由于扬声器的振动系统跟不上快速度变化的电信号而引起的输出波形失真 这种失真与频率响应曲线的平滑程度有关 在振动板的每个共振点 相当于频响曲线的峰谷处 这种失真更为严重 测量方法 参照 GB T9396 1996 26 2 2总谐波测量方法 2020 4 20 26 1 笔记本扬声器定义 为实现笔记本电脑娱乐影音功能 根据笔记本电脑自身结构 特殊性能量身定做的一种扬声器 第四章笔记本扬声器简介 2020 4 20 27 2 笔记本扬声器特点 笔记本电脑用扬声器区别于传统扬声器一般会有以下特点 1 外型尺寸量身定做 而且存在不规则形状 2 体积小 薄 重量轻 便于安装 3 全频 要求频带宽 为了追求更好的低频往往会装音箱 4 功率相对较大 耐温高 连续使用寿命长 5 相对传统小扬声器音量大 失真小 声音柔和丰富 2020 4 20 28 第五章笔记本扬声器设计重点与选用 尺寸结构 合理利用安装空间并兼顾声音效果低频设计 小口径实现低频重现 解决低FO的瓶颈承受功率 小口径实现长时间连续使用寿命防震防护 大音量 重低音情况不影响笔记本正常工作 1 设计重点 2020 4 20 29 灵敏度相对高一般笔记本扬声器SPL 74 78dB1W 1M 频率范围大一般单体在550Hz 20KHz 箱体250Hz 20KHz 频响曲线平坦有效频率范围内控制在 3dB 信耐性要求高 连续使用寿命长 通常是以标称输入功率用杂音信号发生器给予信号 在连续多少小时试验后 放置2小时 检测无异常之现象 一般连续负荷所使用的标准有白色噪音 WhiteNoise 粉红噪音 PinkNoise 或音乐信号等 连续试验时间一般100小时 2 如何选用好的笔记本扬声器 2020 4 20 30 形状不规则 第六章技术难点分析与解决 1 结构设计与音效处理结构特点 体积小 薄 形状不规则 性能影响 灵敏度 承受功率 低频特性 结构影响 模具设计较复杂 生产工艺难度增加 2020 4 20 31 解决方案 灵敏度 增大扬声器的振膜振动面积 使用高性能磁铁 承受功率 耐高温钕铁硼内磁式 采用磁液 MAGNETICFLUID 改善了音圈散热条件 增强了抗过载能力 低频特性 为了实现更好的低频响应 扬声器一般都用复合边并导相式音箱设计 结构 扬声器无波定位设计或扬声器支架与音箱壳一体设计压缩整体高度 2020 4 20 32 2 散热处理笔记本连续使用时间长 对散热要求高 同时也对笔记本扬声器提出了更严格的要求 音圈骨架 BOBBIN 常用杜邦Kapton和散热性能好的铝骨架 这种材料的导热系数比常规材料大2倍 而且能承受更高的温度 确保音圈在高温时仍能正常工作 同时根据需要采用U铁外露 铝振膜等配合散热 较大笔记本电脑 低频扬声器的磁极芯相当粗 磁极芯为空心的 上面镶有线切割成型的镶片 这种特殊设计的磁极芯可以减轻扬声器的重量 利于散热 旨在提高功率承受能力 2020 4 20 33 3 防震处理当笔记本电脑工作时 任何的振动对其运行速度的影响都是不容忽视的 如播放低频节奏较快的音乐 扬声器安装位置尽量不要紧靠硬盘扬声器安装孔增加橡胶套扬声器与笔记本紧密结合处周边增加防震垫合理控制扬声器Q值 防止FO共振对处理器的读写速度 防震垫 橡胶套 调音布 2020 4 20 34 第七章新材料新技术应用 1 新材料应用 振膜新材料应用 运用各类高性能复合振膜 如 PU 美国高泡 铝 钛 PEI PEEK 蚕丝 玻纤等 2020 4 20 35 4轴织品的扬声器振动板应用 采用2轴织品生产的传统扬声器振动板 因具有不易发生共振等特点而得到广泛应用 但却存在强度在0 方向和45 方向上不同的技术难题 与仅由横线和纵线织成的普通2轴织品相比 4轴织品又添加了斜向交叉的两条线 特点是强度更加均衡 普通的2轴织品 4轴织品 4轴织品采用芳纶纤维制造 作为扬声器的振动板使用 由于强度均衡可以忠实地表现输入信号 因此有望提高音质 振动板背面利用发泡材料等予以加强 确保了较高的内部损失和刚性 2020 4 20 36 采用4轴织品的扬声器振动板 4轴织品 2轴织品 THD对比测试结果 2020 4 20 37 音圈新材料应用 用杜邦Kapton做音圈材料 音圈骨架 BOBBIN 常用杜邦Kapton和散热性能好的铝骨架 这种材料的导热系数比常规材料大2倍 而且能承受更高的温度 确保音圈在高温时仍能正常工作 新型音圈导线采用特制的方形截面铝合金导线 加上特别配方的绝缘漆皮 使音圈既轻又密 提高了功率容量 也提高了声压灵敏度 扁线音圈作为一种先进技术 最初用在低音扬声器上 后来高音扬声器也普遍采用 铝线和铜线均有 扁线占空系数高 磁空隙利用率高 旨在提高灵敏度 根据测试 在同一磁路中 扁线音圈比圆线音圈可提高灵敏度约1dB 2020 4 20 38 其它新材料应用 磁路系统采用航天材料 磁液 改善音圈散热 增强了抗过载能力 磁液是用普通顯微鏡看不見的磁性粒子懸浮於一種潤滑油中 最初是在太空總署的科研中製造成功的 Ferrofluidics公司成立於1968年 它從美國太空總署獲得許可 研究並開發磁液技術的市場 2020 4 20 39 2 新技术应用 模拟设计软件 FINECone模拟设计运用CAD网格 元素和约束等模拟扬声器驱动自动完成设计扬声器的参数设计 通过有限元模型 1 定义几何2 扬声器组件定义材料特性3 电气参数定义4 集总参数定义5 声学参数定义6 定义的频率范围 S 7 是否在实际频率计算范围8 计算结果显示 后处理 2020 4 20 40 音效处理技术 BONBASS是一种低音加强的技术 其针对喇叭的特性 并参照生理声音学的原理 让聆听者可以透过小型喇叭享受到低频的声音 克服小喇叭的无法充分提供低频响应的物理限制 并避免低频讯号饱和所引起喇叭输出失真提供可调整的方式 方便应用于不同特性之喇叭系统 MOBILESURROUND改善 串音问题 可以从手持产品无法呈现立体声铃听效果的两个喇叭中 展现出非常逼真的立体环绕音场效果 让聆听者也可以在小型产品享受到Hi Fi效果 小尺寸产品的聆听问题声音从左边喇叭传递出来后 也会传到聆听者的右耳 反之亦然 因此 串音cross talk 现象需要被适当消除以重置正确的音场 2020 4 20 41 第八章产品发展趋势 1 品种结构与应用变化趋势扬声器与音箱一体化设计 无弹波设计 异型磁路 音圈 振膜的普及趋使笔记