扬声器设计与分析

扬声器设计与分析 喇叭-扬声器设计与制作分析 1. 扬声器常用国家标准 GB/T9396-1996 扬声器主要性能测试方法 GB/T9397-1996 直接辐射式电动扬声器通用规范 GB7313-87 高保真扬声器系统最低性能要求及测量方法 GB12058-89 扬声器听音试验2. 扬声器主要电声特性 额定阻抗 Znom 总品质因数 Qts 等效容积 Vas 共振频率 Fo 额定正弦功率 Psin 额定噪声功率 Pnom 长期最大功率 Pmax 额定频率范围 Fo-Fh 平均声压级 SPL 3. 扬声器主要零部件尺寸设计 3.1 扬声器口径 3.2 支架 支架外形尺寸及安装尺寸应能满足客户需要，除此之外还需考虑鼓纸、弹波、华司等尺寸选择与配合问题，一般大功率低频率的扬声器要求支架有效高、底高、弹波接着径、华司铆接径等均较大。 3.3 磁体 磁体尺寸优选常用系列值，具体尺寸需按性能要求确定。 常用铁氧体尺寸： 32*18*6,35*18*6,40*19*8,45*22*8,50*22*8,55*25*8,60*25*8,60*32*8, 65*32*10,70*32*10,80*40*15,90*40*15,100*45*18,100*60*20,110*60*xx0*60*20,130*60*20,140*62*20,145*75*20,156*80*20,180*95*20, 220*110*20 常用标准： SJ/T10410-93 永磁铁氧体材料 3.4 音圈 音圈中孔尺寸优选常用系列值，具体尺寸(如卷宽、线径)需按性能要求确定，骨架高度还需考虑到与鼓纸、支架的配合。 常用音圈中孔尺寸： 13.3 14.3 14.7 15.4 16.3 18.4 19.4 20.4 25.5 25.9 30.5 35.5 38.6 44.5 49.5 50.5 65.5 75.5 80.0 100.0 127.0 3.5 各种零件的尺寸配合 支架、磁体、音圈等零件的主要尺寸确定后，其他零件的主要尺寸选择余地就受到限制，因为各种零件的尺寸必须相互配合，同时其性能参数也要相互配合。 3.5.1 支架与鼓纸 鼓纸外缘与支架胶合面一般需大于2 mm (微型扬声器不受此限制，下同)，鼓纸外径必须小于支架内径 1 mm以上，鼓纸次外径不能小于支架次外径 3 mm 以上、也不能大于支架次外径 2 mm 以上，鼓纸有效高必须小于支架有效高 0.5 mm 以上。 3.5.2 支架与弹波 弹波外缘与支架胶合面一般需大于 2 mm ，弹波外径必须小于支架的弹波接着径 0.5 mm 以上，弹波有效高必须小于支架有效高与鼓纸有效高的差值 0.5 mm 以上。 3.5.3 支架与华司 配合尺寸主要取决于支架与华司的铆接工艺，总的要求铆接应牢固，内铆支架尤其要注意材料厚度。 3.5.4 音圈与鼓纸 鼓纸中孔尺寸一般要大于音圈骨架外径 0.20.9 mm ，小口径、小音圈取值小些。 3.5.5 音圈与弹波 弹波中孔尺寸一般大于音圈骨架外径 0.10.4 mm ，太大会漏胶、太小难装配。 3.5.6 音圈与T铁 音圈中孔尺寸一般大于T铁中柱外径 0.30.6 mm ，小音圈取值相应小些。 3.5.7 音圈与华司 华司中孔尺寸(内铆的为铆后尺寸)一般要大于音圈最大外径(为绕线部位) 0.30.6 mm ，间隙太小容易碰圈、影响到装配合格率，间隙太大又会降低磁性能、从而导致灵敏度下降。 3.5.8 鼓纸与弹波 鼓纸中孔与弹波中孔的距离，中小口径的扬声器以 0.52 mm 为佳，大口径可以加大到 25 mm ，距离大些定位效果会更好、更能承受大功率，只是鼓纸中心胶和弹波中心胶需分开打。 4. 扬声器关键零部件的性能设计 4.1 磁路 4.1.1 磁路设计的目的与方法 声学和扬声器基础知识教学大纲 一、要求:掌握音频声学的基础理论和电磁机械学中与喇叭有关的基本知识,了解扬声器测试的要求和T/S参数的计算的原理和方法. 二、文化基础要求:高中 三、内容与学时安排： 第一章 音频声学基础 1.1 声波的产生 1.2 描述声学的物理量 1.3 声级,分贝及运算 1.4 声波的传播特征 第二章 人耳听觉特征 2.1 响度与频响曲线 2.2 音调与倍频音程 2.3 音色 2.4 波的分解,付氏解析法 2.5 失真与失真察觉 2.6 哈斯效应 2.7 屏蔽效应 第三章 电、磁、机械振动基础 3.1 电学基础知识 3.2 磁场与电磁感应 3.3 交流电路中的电容 3.4 交流电路中的电感 3.5 复阻抗 3.6 谐振电路 3.7 机械振动 3.8 电机类比 第四章 扬声器结构与参数测试 4.1 喇叭结构,名称(磁场,间隙,短路环,音圈,锥盒,指向性,防尘帽,音架,弹 波,边,磁流液) 4.2 Thiele和Small参数测试类比电路图 4.3 扬声器阻抗曲线及其物理解释 4.4 阻抗测试 4.5 质量测试 4.6 BL测试,力顺测试 4.7 品质因素Q的计算 4.8 等效容积 Vas 的计算-P67 4.9 效率与灵敏度的测试 4.10 扬声器基本参数及T/S参数汇总 4.11 基于PC的扬声器测试信号,相位,clio, Sound check,Klippel, LMS. 第五章 音箱,分频器的设计计算 5.1 音箱的设计 5.2 无限平板上的喇叭负载 5.3封闭音箱中的喇叭 5.4 填充物的作用 5.5 倒相音箱的设计和计算 5.6分频器的种类与计算 第一章 音频声学的基础 1.1波动和声波 1.1.1波动的数学描述 振动产生波，如绳子的振动能量以波的形式传播。常用绳子多点的位移来描述绳子波的传动，一个波动可用正弦函数来表示。 正弦函数：y = A sin ? A为最大振辐 （m） ?为角度 (相位角)。 在x-y 坐标系里，若x代表角度，y代表振幅，画出的波形图叫正弦曲线。一般在电学、声学里，角度都用弧度表示：2=360度，/2 = 90度。有时，x轴取为时间，y轴为振幅，则可表示振幅随时间的变化，这时，正弦函数要写成： y = A sin(t) 叫角频率 = 2/T T 为振动一次所需的时间，又叫周期。 当 t = T, t = 2; 当 t = T/2, t = , 当 t = T/4, t = /2 所以 t就相当角度。T 的倒数，1/T = f, 叫频率，表示单位时间(1秒)震动的次数。 有时， x轴取为距离，y轴为振幅，则可表示振幅随距离的变化，这时，正弦函数要写成： y = A sin(x) 叫角频率 = 2/ 为振动一次所的长度，又叫波长。x 就相当角度。 在使用表达式 y = A sin(t) 的时候，往往碰到在t = 0 时振幅不为 0的情况，这时，要把表达式改写成 y = A sin(t + ?)，? 角可正，可负。也常把它称为相位角。周期T, 波长和频率f , 它们之间的关系是： f=1/T, （波速） C =/T =f = C / f 如： 1Hz 声波 波长为344m 10Hz 声波波长为34.4m 100 Hz 声波 波长为3.44m 1000Hz 声波 波长为0.344m 1.1.2 声波的形成 (波的形成和传播) 横波:振动方向与传播方向垂直 纵波:振动方向与传播方向平行 声波是一种纵波 例如，受活塞作用,空气密度增加,压力加大,增大的压力在管内传播,就形成波动,在声波传输的介质里的某固定点，压力随时间的变化可写成: P =P0 sin(t + ? ) P0代表空气密度增加时，气压的最大增量。 1.2 描述声波的物理量 1.2.1 声压Sound Pressure 声波的传播就是大气压增压在弹性介质(空气)中的传播。 P = P0 sin(t + ? ) P0为声压振辐 ，单位是帕斯卡Pa (N / m2) 一个大气压为1.0325*105 Pa即 1000 hPa。 ?与交流电一样,常用有效值（RMS）（Root-Mean-Square）表示声压. ?如果声波 与交流电一样,常用有效值（RMS）（Root-Mean-Square）表示声压. ? 如果声波 的最大振幅为 P0? ， Prms = 0.707 P0, 即 2/2 P0 ， Prms = 0.707 P0, 即 2/2 P0 以后我们提到声压如无特殊说明,都是指声压有效值.?人耳能分辨的最低声压为20 Pa (当频率为1000Hz时) 人耳能分辨的最低声压为20 Pa (当频率为1000Hz时) ?两人面对面交谈声压为2*10-2 Pa 两人面对面交谈声压为2*10-2 Pa ?织布车间噪声声压为2Pa 织布车间噪声声压为2Pa 20Pa时,人耳有痛觉 最低声压20Pa是由弗来彻和芒森确定的(1000 Hz),500 Hz时,还要低,当频率超过1000 Hz时,灵敏度会提高,最灵敏的频率是3.5K Hz 1.2.2 频率f 声源每秒振动的次数称频率,单位是Hz, 声音的频率可听范围是20Hz - 20kHz 20000Hz为超声 1.2.3 声速 声音可在不同介质中传播。固、液、空气，速度在不同介质中不同。 速度: 固体 液体 气体 在空气中,声速c = 331.6 + 0.6t (m/s), 此处t指环境温度。 可见15度时,c为340 m/s左右. 声速与空气质点运动速度是不同的概念，大声说话时，声压为0.1Pa, 质点的运动速度是 p/( 1.2.4 波长 声波在传播过程中,相邻的同位相之间的距离为波长。 C, f, 的关系为: C=*f 空气中声音是非色散波(不同频率波速相等),因此,频率与波长成反比,频率低的波长长. 1000Hz波长 0.34 m 100Hz波长 3.4 m 10Hz波长 34m 1Hz波长340 m 不同波长传播时会发生不同物理现象.当遇到障碍物时,障碍物线度比波长小,会有绕射发生,声波可自由传播.当障碍物与波长相当时,发生散射,在声波入射方向散射波声强增加.其他方向减弱,出现指向性.当障碍物线度 波长,声音被反射回去,障碍物后出现声影区. 0 C0 ) 为2.5*10-4 m/s . 空气的30 C0为415 N.S/m, 声学和扬声器基础知识教学大纲 一、要求:掌握音频声学的基础理论和电磁机械学中与喇叭有关的基本知识,了解扬声器测试的要求和T/S参数的计算的原理和方法. 二、文化基础要求:高中 三、内容与学时安排： 第一章 音频声学基础 1.1 声波的产生 1.2 描述声学的物理量 1.3 声级,分贝及运算 1.4 声波的传播特征 第二章 人耳听觉特征 2.1 响度与频响曲线 2.2 音调与倍频音程 2.3 音色 2.4 波的分解,付氏解析法 2.5 失真与失真察觉 2.6 哈斯效应 2.7 屏蔽效应 第三章 电、磁、机械振动基础 3.1 电学基础知识 3.2 磁场与电磁感应 3.3 交流电路中的电容 3.4 交流电路中的电感 3.5 复阻抗 3.6 谐振电路 3.7 机械振动 3.8 电机类比 第四章 扬声器结构与参数测试 4.1 喇叭结构,名称(磁场,间隙,短路环,音圈,锥盒,指向性,防尘帽,音架,弹 波,边,磁流液) 4.2 Thiele和Small参数测试类比电路图 4.3 扬声器阻抗曲线及其物理解释 4.4 阻抗测试 4.5 质量测试 4.6 BL测试,力顺测试 4.7 品质因素Q的计算 4.8 等效容积 Vas 的计算 4.9 效率与灵敏度的测试 4.10 扬声器基本参数及T/S参数汇总 4.11 基于PC的扬声器测试信号,相位,clio, Sound check,Klippel, LMS. 第五章 音箱,分频器的设计计算 5.1 音箱的设计 5.2 无限平板上的喇叭负载 5.3封闭音箱中的喇叭 5.4 填充物的作用 5.5 倒相音箱的设计和计算 5.6分频器的种类与计算 第一章 音频声学的基础 1.1波动和声波 1.1.1波动的数学描述 振动产生波，如绳子的振动能量以波的形式传播。常用绳子多点的位移来描述绳子波的传动，一个波动可用正弦函数来表示。 正弦函数：y = A sin ? A为最大振辐 （m） ?为角度 (相位角)。 在x-y 坐标系里，若x代表角度，y代表振幅，画出的波形图叫正弦曲线。一般在电学、声学里，角度都用弧度表示：2=360度，/2 = 90度。有时，x轴取为时间，y轴为振幅，则可表示振幅随时间的变化，这时，正弦函数要写成： y = A sin(t) 叫角频率 = 2/T T 为振动一次所需的时间，又叫周期。 当 t = T, t = 2; 当 t = T/2, t = , 当 t = T/4, t = /2 所以 t就相当角度。T 的倒数，1/T = f, 叫频率，表示单位时间(1秒)震动的次数。 有时， x轴取为距离，y轴为振幅，则可表示振幅随距离的变化，这时，正弦函数要写成： y = A sin(x) 叫角频率 = 2/ 为振动一次所的长度，又叫波长。x 就相当角度。 在使用表达式 y = A sin(t) 的时候，往往碰到在t = 0 时振幅不为 0的情况，这时，要把表达式改写成 y = A sin(t + ?)，? 角可正，可负。也常把它称为相位角。周期T, 波长和频率f , 它们之间的关系是： f=1/T, （波速） C =/T =f = C / f 如： 1Hz 声波 波长为344m 10Hz 声波波长为34.4m 100 Hz 声波 波长为3.44m 1000Hz 声波 波长为0.344m 1.1.2 声波的形成 (波的形成和传播) 横波:振动方向与传播方向垂直 纵波:振动方向与传播方向平行 声波是一种纵波 例如，受活塞作用,空气密度增加,压力加大,增大的压力在管内传播,就形成波动,在声波传输的介质里的某固定点，压力随时间的变化可写成: P =P0 sin(t + ? ) P0代表空气密度增加时，气压的最大增量。 1.2 描述声波的物理量 1.2.1 声压Sound Pressure 声波的传播就是大气压增压在弹性介质(空气)中的传播。 P = P0 sin(t + ? ) P0为声压振辐 ，单位是帕斯卡Pa (N / m2) 一个大气压为1.0325*105 Pa即 1000 hPa。 ?与交流电一样,常用有效值（RMS）（Root-Mean-Square）表示声压. ?如果声波 与交流电一样,常用有效值（RMS）（Roo