扬声器基础知识与设计黄汉雄

扬声器基础知识第一节声音的概念和基本特征第二节扬声器基本结构与性能参数第三节扬声器命名方法第四节扬声器零部件命名第五节扬声器基本装配流程及零部件质量第一节声音的概念和基本特征一、声音的产生和传播二、声压、声强和声级三、声频带和声谱四、音调、音色和音品五、声波的反射、折射、绕射和吸收第二节扬声器基本结构与性能参数一、扬声器简介二、电动式扬声器的工作原理三、电动式扬声器的基本结构四、电动式扬声器的性能参数一、扬声器简介扬声器是一种电声换能器，它通过某种物理效应把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理效应有很多，因此，按物理效应的不同，可以把扬声器分成若干类型。如利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间的相互作用来实现电声能之间的转换的，称为电磁式扬声器；利用压电体的反向压电效应来实现电声能之间的转换的，称为压电扬声器；利用电容器极板之间的静电力来实现电声能转换的，称为电容式扬声器；利用磁场对载流导体的作用来实现电声能转换的，就称为电动式扬声器，如果将磁场中的导体做成线圈的形式，则又称为动圈扬声器，等等。上述各种扬声器中，电动式扬声器结构简单，性能良好，品种繁多，使用最为广泛，是当前扬声器生产的主流。引线音圈支片接线板防尘帽磁芯组磁钢盆架前夹板音盆组二、电动式扬声器的工作原理通过接线板组输入电讯号到音圈，音圈产生一个交变磁场与磁路系统提供的恒定磁场相互作用，推动音盆产生振动，音盆推动空气振动形成声音。其过程是一个能量的转换过程：电能→磁能→动能→声能。三、电动式扬声器的基本结构电动式扬声器的基本结构如下图所示。扬声器的各种部件，按其作用的不同，可分为磁路系统、振动系统、辅助系统三大部分。磁路系统。磁路系统提供策动音圈所必需的磁场，它包括前夹板、磁钢（永磁体）、磁芯组（磁屏蔽型扬声器还包括导磁碗）。振动系统。通过音圈在磁场中运动，激发振动系统的机械振动，从而向空气辐射声波。它包括音圈、音盆、引线、定心支片、防尘帽。辅助系统。辅助系统为前面两系统实现系统功能提供条件，以便使扬声器更可靠、美观。它包括盆架、接线板组、垫边。四、电动式扬声器的性能参数额定阻抗：等于音圈直流阻抗+音圈感抗共振频率Fo：是指扬声器固有谐振频率，决定于扬声器的振动质量和顺性。在这个Fo时振动速度最快的，往往也是振幅最大的时候，在扬声器的阻抗曲线看，是指从低频数起第一个峰值的频率点。灵敏度：是指扬声器在规定的测试距离和输入功率下，有效频率范围内的平均声压级，有效频率范围：是指扬声器的频率响应曲线低于平均声压级10dB的左右两端之间的频率。额定长期功率：在100小时周期内根据承受专门噪声信号的扬声器试验结果所规定的功率。额定最大功率：这是一种在给定频带内专门规定的噪声信号功率。扬声器承受此功率在1分钟内不会引起永久性毁坏的机械损伤（每两分钟时间间隔试验重复10次）极性：按IEC标准，当扬声器的正、负极街上电池的正、负极时，音盆会朝与盆架相反的方向移动。阻抗曲线频响曲线GGEC11/26/0511:33:4251016510804at2.8V/1M50-500HZ85.5dB+60+100+65+70+75+80+85+90+95dBrA2020k501002005001k2k5k10kHzGGEC11/26/0511:33:4251016510804at2.8V/1M50-500HZ85.5dB+60+100+65+70+75+80+85+90+95dBrA2020k501002005001k2k5k10kHz第二节扬声器的命名方法扬声器及其系统产品的型号构成全部采用数字化编码的方式，由11位数字分成两段，共三个部分组成，每一部分的位数固定不变，依序排列。具体的构成模式如下：□□□□□□□□□□□①②③①产品分类码②产吕尺寸码③产品序号码一、产品分类码产品分类码：采用两位数字，第1位数代表产品的类别；第2位数代表该产品的最主要的识别特征或用途等。产品分类码由这两数字按产品的不同，组合而成。第1位产品类别代码低音扬声器1中音扬声器2高音扬声器3全频带扬声器4超低音扬声器5耳机扬声器6扬声器系统7其它0第2位产品最主要特征和用途代码锥形1球顶形2号筒形3平板形4磁屏蔽形5汽车用6壁挂、天花板用7其它0举例锥型低音扬声器的产品分类码为“11”；球顶高音扬声器的产品分类码为“32”；汽车扬声器系统的产品分类码为“76”；特殊情况，当产品分类码的第一位，或第二位代码无法表述或不属此列时，可用‘0’代替。二、产品尺寸码产品尺寸码：用四位数码表示，即圆形扬声器以其直径尺㎜表示，椭圆或跑道形的以其长、短轴尺寸㎜表示（先短后长），号筒扬声器及球顶扬声器以其音圈直径尺㎜表示；扬声器系统以其低音扬声器直径尺寸㎜表示；例：Ф165㎜的扬声器，其尺寸代码为：‘0165’；100*160㎜的扬声器，其尺寸代码为：‘1016’；25㎜音圈的球顶扬声器，其尺寸代码：‘0025’；三、产品序号码产品序号码：用五位数码表示，其中前三位为盆架型号代码，后两位是该产品的唯一区别代码。例：一个完整的扬声器产品编码：11016500560第三节扬声器零部件命名软硬件名称代号音圈VC音盆CN复合边CE垫边GK定芯支片DM防尘帽CP音膜DP软硬件名称代号高音杯WH盆架FM磁芯组PL/BP前夹板TP导磁碗YK接线板TM举例定心支片定心支片型号所表示的内容如下：DM26-2-11－表示支片指标序号（同一热压模，不同频率要求时变化序号）；2－表示在此规格时不同尺寸变化序号；26—表示定心支片的规格；DM—表示定心支片的代号。音圈音圈型号所表示的内容如下：VC14-3-22—表示在同一个骨架时，不同线材、线径变化序号；1－表示在此规格时，不同骨架材料及尺寸变化序号；14—表示音圈的规格；VC—表示音圈的代号。接线板组接线板组所表示的内容如下：TM29-1-22—表示同一接线板，不同焊片时变化序号；1－表示同一规格，不同尺寸变化序号；29—表示接线板长边尺寸规格；TM—表示接线板的代号。盆架盆架型号所表示的内容如下：FM100-88—表示盆架在此规格时的序号；100—表示盆架规格；FM—表示盆架的代号。前夹板前夹板型号所表示的内容如下：TP14-3030—表示前夹板在此规格时序号；14—表示前夹板中孔规格；TP—表示前夹板的代号。磁芯组磁芯组型号所表示的内容如下：PL25-1/BP70-31－表示磁芯在此规格时的序号；25—表示磁芯规格；PL—表示磁芯的代号；2－表示后夹板在此规格时的序号；70—表示后夹板的规格；BP—表示后夹板的代号。第四节扬声器装配基本流程及零部件质量一、扬声器的装配流程二、扬声器各零部件对质量的影响一、扬声器的装配流程一装工段：磁路系统装配二装工段：振动系统装配三装工段：引线焊接四装工段：辅助系统装配、喇叭单元组合包装工段：检验工序、包装工序质检工段产品入库一装工段：磁路系统装配磁体磁芯组（丁子、T铁）前夹板盆架组（含接线板组）二装工段：振动系统装配音圈支片音盆垫边防尘帽（三装工段装配）三装工段：引线焊接音圈线焊接引线焊接戴防尘帽四装工段：辅助系统装配、喇叭单元组合导磁碗粘结导线连接包装工段：检验工序、包装工序检验工序－－极性检测f0检测外观检验纯音检听包络线检测包装工序－－打商标、日期印产品包装质检工段QA抽检产品打包产品入库包装运输二、扬声器各零部件对质量的影响一、磁路系统二、振动系统三、固定支撑系统一、磁路系统磁路系统由前夹板.磁钢.T铁.导磁碗组成,磁路系统分为屏蔽磁路及非屏蔽磁路。屏蔽磁路及非屏蔽磁路的设计主要决定于扬声器的使用环境，例如：扬声器应用于彩电、电脑、多媒体音响系统上，则所设计的扬声器必须采用屏蔽磁路,防止漏磁影响电子束偏转方向而使色彩变化,一般整机及音响系统则用非屏蔽磁路,以降低喇叭成本。N主磁导磁碗N后磁T铁（屏蔽磁路）SS前夹板SN（非屏蔽磁路）T铁前夹板磁钢前夹板一般由含碳量低的钢板制成；即是导磁率高的材料制成，在磁气隙中获得一定磁感应密度，前夹板厚度、中孔一般由所选用磁钢退磁曲线上的最佳工作点决定，前夹板外径D=（0.88~0.96）D磁钢外径。质量控制点前夹板中孔圆度、粗糙度。使气隙形成一个均匀磁场区，减少失真。前夹板平面度、凸钉尺寸，保证磁路粘结及铆合的可靠性。磁钢由磁性材料经磨研、压坯、烧结、打磨加工而成，其作用是在气隙中产生恒稳磁场，磁钢特性由其本身剩磁表面密度Br，矫顽力Hc及最大磁能积(Bm×Hm)max所决定,设计一种磁路结构目的，就是以体积最小，价格最廉的磁钢，在气隙中产生既定的磁感应密度为根本，为了更好利用磁钢，一般磁路设计工作点（气隙）选择在退磁曲线上的最佳工作点,使此点有最大能量输出。BxBrDHcHx0质量控制点磁钢剩磁感应密度Br.，矫顽力Hc及磁能积(Bm×Hm)max。磁钢横裂纹、纵裂纹影响磁场分布，使气隙磁感应密度下降，影响扬声器性能。磁钢中孔崩缺、粘料，是直影响扬声器振音主要原因。粘料纵裂纹崩缺横裂纹T铁与前夹板材料一样，一般由含碳量低的钢材制成，外径D=（0.88~0.96）D磁钢外径，T铁厚度、磁芯径、磁芯高度都是在设计磁路时在磁钢的退磁曲线上的最佳工作点决定。质量控制点磁芯垂直度、椭圆度是影响喇叭工作碰芯机率。后板粘结面不平度会影响喇叭磁路系统粘结可靠性（脱头）。磁芯有效高度偏矮，影响磁场分布，使喇叭失真及SPL下降。导磁碗选用材料与前夹板、T铁一样，都是含碳量低的钢板制成，其作用借助娇正磁（后磁）将主磁向外辐射的磁场（漏磁）回收屏蔽，从而达到防磁目的。质量控制点导磁碗有效高度必须大于或者等于前、后夹板厚度加主、后磁厚度之和，否则漏磁会增加。导磁碗内后磁要对正。导磁碗内底应平整，后磁紧贴主磁T铁，以保证与娇正磁的粘结可靠。内径导磁碗二、振动系统振动系统由音盆、支片、音圈、防尘帽组成。音盆扬声器的频响特性主要由音盆特性所决定。音盆材料的要求音盆材料所使用的材料密度ρ要小——内阻尼大，音质好。材料的机械强度要大，即材料的杨氏模量E要大——扩展频率范围，提高输出声压。具有适当的内部阻尼——可以抑制音盆的分割振动，减少中频谷，使频响特性比较平坦。音盆形状对扬声器性能影响直锥音盆（指音盆的母线为直线）。当音圈运动时，作用于音盆母线的纵向力使纸盆上、下弯曲，从而引致扬声器的分谐波失真。F——音圈作用于音盆的作用力Ft——音圈作用于音盆的纵向力Fl——音圈作用于音盆的横向力F(直锥音盆）FlFt曲线音盆（指音盆的母线为曲线）不论音圈前、后运动，作用于音盆母线上的纵向力始终都是向母线弯曲的一面弯曲，从而避免了扬声器的分谐波失真。(曲线音盆）FlFtF不论直锥音盆或曲线盆，为改善高、低频重放，从音盆顶部向基部的厚度渐薄，并且要求基部支撑部位有较大的柔顺性。前面提到音圈作用于垂直于音盆母线的横向力使音盆作活塞运动时产生横向振动，从音盆顶部向基部传播，至折环处又反射回来，使入射波和反射波互相叠加而形成驻波，产生波节圆。当频率很低时（λ=C/f波长要比音盆母线的长度大得多）。音盆上各点振动为同相振动，随着频率升高，横波波长与音盆母线长度较接近时，音盆上各点就以不同振幅和相位振动着，这就是扬声器频率响应曲线上出现峰和谷的原因。音盆质量控制点音盆重量对扬声器性能，尤其SPL有直接影响Lp=20lgPr/Po-10lgW/Wo+20lgr/roPr=Bg.Ln.U.Sn.ρo/2лr(Rg+Re).mLp——扬声器在r处距离测得的声压级Pr——扬声器在ro处产生的声压W——输入扬声器的电功率Wo——输入扬声器的参考功率（1瓦）Pro——扬声器在1米处产生声压Bg——气隙磁感应密度⒒Ln——音圈导线长度U——等效容积速度Sn——等效辐射面积ρo——空气密度r——r距离Rg——内阻Re——音圈直流阻m——振动系统质量推算ΔLpα20lgm2/m1重量越大，SPL下降越严重。音盆厚度、刚性要求：影响音盆振动机械强