转 喇叭设计 扬声器设计与制作分析

转 喇叭 扬声器设计与制作 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》 GB9400-88《直接辐射式扬声器尺寸》。 GB7313-87《高保真扬声器系统最低性能dDdtt 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 扬声器口径必须ssbbww.c om符合客户dDdtt ，若客户没有具体dDdtt ，则优先采用国家标准GB9400-88《直接辐射式扬声器尺寸》。 3.2支架 支架外形尺寸及安装尺寸应能满足客户需要sSbBwW.cOm，除此之外还需考 虑鼓纸、弹波、华司等尺寸选择与配合问题，SsbbwW.com大功率低频率的扬声 器dDdtt 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dDdtt 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*20 120*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dDdtt 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，8ttt8零件的主要尺寸选择余地就受到限制，8 Tt t8.com各种零件的尺寸必须ssbbww.c om相互配合，ssbbww.com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SsbbwW.com需大于2 mm(微型扬声器不受此限制，下同)，鼓纸外径必须ssbbww.c om小于支架内径1 mm以上8 ttt 8.c om ，鼓纸次外径不能小于支架次外径3 mm以上8 ttt 8.c om 、也不能大于支架次外径2 mm以上8 ttt 8.c om ，鼓纸有效高必须ssbbww.c om小于支架有效高0.5 mm以上8 ttt 8.c om 。 3.5.2支架与弹波 弹波外缘与支架胶合面SsbbwW.com需大于2 mm，弹波外径必须ssbbww.c om小于支架的弹波接着径0.5 mm以上8 ttt 8.c om ，弹波有效高必须ssbbww.c om小于支架有效高与鼓纸有效高的差值0.5 mm以上8 ttt 8.c om 。 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，总的dDdtt 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SsbbwW.com要大于音圈骨架外径0.2~0.9 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SsbbwW.com大于音圈骨架外径0.1~0.4 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SsbbwW.com大于T铁中柱外径0.3~0.6 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)SsbbwW.com要大于音圈最大外径(为绕线部位)0.3~0.6 mm，间隙太小Dddtt 碰圈、影响到装配合格率，间隙太大又会降低磁性能、从而www.d dd tT.com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0.5~2 mm为佳，大口径www.ssbbww.com加大ssbbww到2~5 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 磁路设计的目的主要有两种:一是给定磁体规格(已知材料性能和尺寸),设 计出磁路结构,使其工作气隙磁感应密度Bg值为最大,Bg值的大小对扬声器的 灵敏度及电气品质因数Qes影响很大;二是给定Bg值,设计出磁路结构,使所用 磁体尺寸为最小,从而达到节约成本的目的。 磁路设计的方法有多种，这里采用的是经验法。 4.1.2磁路设计基本公式 Kf*Bg*Sg=Bd*Sm(1) Kr*Hg*Lg=Hd*Lm(2) 相关说明如下: Bg:工作气隙中的磁感应密度 Bd:磁体内部的磁感应密度 Sg:工作气隙截面积 Sm:磁体截面积 Kf:漏磁系数(总磁通与工作气隙磁通之比) Hg:工作气隙中的磁场强度 Hd:磁体内部的磁场强度 Lg:工作气隙宽度 Lm:磁体高度 Kr:漏磁阻系数(总磁阻与工作气隙磁阻之比) 这里8 tt t8.com单位均采用国际单位制,即千克、米、秒制。 4.1.3 8tt t8.com 参数的选取与设定 对于内磁结构的磁路: Kr=1.1~1.5 Kf=1.8~2.5 导磁板厚度:Tp=5*Lg 导磁板直径:Dp=4.1*Tp 对于外磁结构的磁路: Kr=1.1~1.5 Kf=2.0~4.0 华司厚度:Tp=5*Lg 中柱外径:Dp=4.3*Tp 华司外径=磁体外径-磁体厚度/2 Sg=π*(Dp+Lg)*Tp Bg=mo*Hg(3) mo=4π*10-7 H/m为真空磁导率. 根据磁体材料退磁曲线和最大磁能积曲线,www.ssbbww.com确定最佳工作点的Bd和Hd值,在此工作点,磁体体积最小(给定Bg值时),工作气隙中的磁感应密度最大(给定磁体尺寸时)。 Bg2=(mo*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg)(4) 4.1.4磁路设计的验证 选择了一种磁路结构后，验证很方便，只需将磁路充磁，测量其工作气隙中的磁感应密度Bg就行。 磁感应密度Bg的测量方法有两种:一是用带超薄霍尔探头的特斯拉计(高斯计)直接测量;二是用带标准线圈的韦伯(磁通表)测量磁通φ,8ttt8.com换算成磁感应密度,Bg=φ/S,这里的S为标准线圈在磁场中切割磁力线的有效面积。 4.2音圈 4.2.1音圈主要参数设计 音圈的直流电阻ReSsbbwW.com要预先设定，或按额定阻抗Znom确定: Znom=(1.05~1.10)*Re 音圈的直径Dvc根据磁路结构确定，ssbbww.com要考虑功率见大功率大口径扬声器的音圈卷宽及华司厚度均需较大。 根据导线的电阻率或电阻系数及所需直流电阻,www.ssbbww.com很Dddtt 地算出音圈线长Lvc=Re/电阻系数，则绕线圈数n=Lvc/[π*(Dvc+2*骨架厚度+层数*线径)]，卷宽Tvc=n*1.03*线径/层数，此处线径指导线的最大外径。 4.2.2音圈材料性能与选择 4.2.2.1音圈骨架材料常见ssbbww的有牛皮纸(Kraft Paper)、杜拉铝(Aluminium Duralumin)、NOMEX、TIL、KAPTON等。主要特性如下: 牛皮纸(Kraft Paper) 采用最高连续工作温度180 oC的电缆纸(牛皮纸)，其特点为质轻、绝缘好、价格低廉。其厚度有: 0.03 0.05 0.07 0.10 0.13 0.17 杜拉铝(Aluminium Duralumin) 采用加以表面硬化及清洁8tTt8的合金铝箔，最高连续工作温度200 oC，具有耐高温、强度高等特点。铝箔有黑、白两种，黑色铝箔更具有绝缘性能佳、传热快等优点。其厚度有: 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 0.10 0.12 NOMEX 采用芳香族聚酰亚胺制成箔膜，最高工作温度300 oC，具有绝缘、质轻、耐高温、粘接力强等优点。用它制成的扬声器音色柔和圆润、悦耳动听。其厚度有: 0.03 0.05 0.08 0.12 TIL 采用玻璃纤维为基材，上面加聚酰亚胺合成，最高连续工作温度230 oC，其特点为耐高温、材料强度高、刚性好、不易变形。 KAPTON 采用聚酰亚胺箔膜，最高连续工作温度220 oC，具有绝缘、质轻、强度高、耐高温、不易燃烧等特点。KAPTON有褐色、黑色两种，黑色KAPTON还有散热快、表面硬度高等优点。 4.2.2.2导线材料常见ssbbww的有LOCK线、SV线、CCAW(铜包铝线)、扁线等，其主要特性如下: LOCK线 使用温度在140 oC，为溶剂型，SsbbwW.com用于小型低功率扬声器。 SV线 使用温度在200 oC，为溶剂型，特点为固化后粘接性能很强，是音圈生产中最常用的线种之一。 CCAW(铜包铝线) 比铜线质轻、比铝线导电率高且拉力强，其高频时阻抗与铜线相仿，用它制成的扬声器瞬态特性好、灵敏度高，是高灵敏度扬声器中常采用的材料。 扁线 磁场利用www.8 tt t8.com 率较圆线大(圆线磁场利用www.8 tt t8.com 率为78%~91%,扁线为96%)，特点为换能效率高，适于制作大功率扬声器，扁铝线更常用于专业扬声器(大功率、高灵敏度)。 4.3鼓纸(振动板) 鼓纸特性直接影响着扬声器各种电声参数、音质和使用寿命。鼓纸的性能主要取决于使用材料、设计形状、制造工艺等。 鼓纸材料SsbbwW.com dDdtt 具有下述三种基本特性: 1)质量要轻，即dDdtt 材料密度要小，这www.ssbbww.com提高扬声器的效率、ssbbww.com改善瞬态特性。 2)强度要高，即dDdtt 材料杨氏模量E要大，这www.ssbbww.com改进扬声器的效率、瞬态特性，拓宽高频响应。 3)阻尼wWw.ssbbww.com ，即dDdtt 材料内部损耗适中，这www.ssbbww.com有效地抑制分割振动，藉以降低高 ssbbww.com改善失真。 频共振的峰谷，使频率响应平坦、过渡特性ssbbww.Com， 锥盆常用的鼓纸材料有纸、聚丙烯(PP)、杜拉铝、玻璃纤维、碳纤维等，球顶高音用振动板材料有丝、铝、钛、MYLAR、PEI等。 鼓纸的形状SsbbwW.com为锥形，球顶高音及中音则为半球形。 因材料所用不同，其制造工艺也各有不同。纸盆工艺比较特殊，需经打浆、抄制、热压或烘干等各道工序，代表性的有紧压、半松压、非压等三种类型。 聚丙烯盆制作工艺有两种:吸塑成型、注塑成型。MYLAR、PEI、丝膜等均为热压成型，丝膜还需预先上胶。 无论使用何种材料，或多或少均需添加8ttt8材料，作增强或提高内部阻尼8tTt8。材料特性总的说来很www.dDdtt.com ，很难定量描述，SsbbwW.com只有通过反复试验才能确认其是否满足使用dDdtt 。 鼓纸与电声特性直接相关的定量参数主要有重量、厚度、顺性、杨氏模量等，重量、顺性等决定了扬声器的低频特性，重量、厚度、锥顶角度、杨氏模量等则决定了高频特性。 对于锥型扬声器，低频共振频率Fo和高频上限频率Fh可由下列公式确定: (2πFo)2=1/(Mms*Cms)(5) (2πFh)2=(Mm1*Mm2)/[(Mm1+Mm2)*Cmh](6) 相关说明如下: Mms为扬声器的等效振动质量,且有Mms=Mm1+Mm2+2Mmr,其中Mm1为音圈质量,Mm2为鼓纸等效质量,Mmr为辐射质量。Mmr=2.67*ρo*a3,其中ρo=1.21kg/m3为空气密度,a为扬声器等效半径。 Cms为扬声器的等效顺性，且有Cms=(Cm1*Cm2)/(Cm1+Cm2),Cm1为鼓纸顺性、Cm2为弹波顺性。此顺性即是sSBbWw所称的变位，只是单位需换算为国际单位制:m/N, 而变位www.ssbbww.com用变位仪直接测量，或通过测量鼓纸、弹波的共振频率来换算。 若鼓纸的共振频率为F1、测试附加质量为M1，弹波的共振频率为F2、测试附加质量为M2，则有 (2πF1)2=1/[(M1+Mm2+2Mmr)*Cm1] (2πF2)2=1/(M2*Cm2) Fo=SQR{[(M1+Mm2+2Mmr)*F12+M2*F22]/(Mm1+Mm2+2Mmr)}(7) 频率)，和弹波的顺性可见，扬声器的低频共振频率由鼓纸的质量、顺性( (频率)、音圈的质量等确定。 公式(6)中，Cmh为鼓纸根部(锥顶部)的等效顺性，且有 Cmh=sinθ/(π*E*t*cos2θ)(8) 其中，E为鼓纸材料的杨氏模量，t为鼓纸根部厚度，θ为鼓纸的半顶角。 可见，扬声器的高频上限频率由鼓纸的质量、音圈的质量，鼓纸根部厚度、半顶角及杨氏模量等确定。 4.4弹波(定位支片) 弹波主要作用有二:一是固定音圈的中心www.d dd tT.com，使音圈保持在磁间隙www.8ttt8.com，避免音圈与磁路碰触;二是控制扬声器的低频共振频率，限制音圈的最大位移，避免音圈跳出磁路，ssbbww.com对振动系统提供wWw.ssbbww.com 的阻尼，改善低频响应及品质因数。SsbbwW.com dDdtt 弹波应该具有很大的径向刚性和很大的轴向顺性，以保证ssbbww.Com的机械强度和较低的共振频率及较小的失真。 弹波常用材料有棉布、筛绢、人造丝、NOMEX纤维布等，SsbbwW.com都是浸渍酚醛树脂酒精溶液后热压成形。常用的形状为波纹形。布的编织方式、经纬密度、纱支粗细、浸胶浓度、成形热压温度及时间等，均对弹波的强度、顺性、抗疲劳性能有很大的影响;另外，弹波的尺寸、形状、波纹数等对其性能也有影响。 弹波主要的参数www.8ttt8.com其顺性Cm2(或频率F2)，由公式(7)可知其对扬声器的共振频率影响较大，ssbbww.com此值又是www.ssbbww.com测量验证的，从而www.ssbbww.com控制。弹波顺性的经验公式如下: Cm2=(A*n*L3)/(E*b*h)(9) 其中，A为修正系数(其值视波纹形状而异)，n为波纹数，L为波纹深度，b为折环所形成的圆周长度，h为材料厚度，E为杨氏模量。 由公式(9)可知，波纹数越多、波纹越深、材料越薄，则弹波的顺性越大。而杨氏模量既与材料本身的材质(纤维及其编织方式、经纬密度、纱支粗细)有关，又与上胶浓度有关，8 Tt t8.com酚醛树脂是热固性材料，加热后变性变硬，由此而改变了材料的强度、硬度。 因受支架、音圈等材料尺寸的限制，弹波的尺寸选择余地较小，最终其形状及参数必须ssbbww.c om结合材料工艺等试验的结果,根据扬声器整体性能设计dDdtt 而确定。 5.扬声器主要参数综合设计和分析 扬声器性能是电学、力学、声学、磁学等物理参数共同作用的结果，由鼓纸、弹波、音圈、磁路等关键零部件的性能共同确定，其中8 tt t8.com 参数相互制约相互影响，因而必须ssbbww.c om综合考虑和设计。 扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下: 5.1直流电阻Re 由音圈决定，可直接用直流电桥测量。 5.2共振频率Fo 由扬声器的等效振动质量Mms和等效顺性Cms决定，见公式(5)，Fo可直 接用Fo测试仪测量或通过测量阻抗曲线ssbbww。 5.3共振频率处的最大阻抗Zo 由音圈、磁路、振动系统(鼓纸、弹波)共同决定，可用8ttt8替代法测量 或通过测量阻抗曲线ssbbww。 Zo=Re+[(BL)2/(Rms+Rmr)](10) 5.4机械力阻Rms 由鼓纸、弹波的内部阻尼及使用胶水的特性决定，可由测量出机械品质因 数Qms后通过下列公式计算: Rms=(1/Qms)*SQR(Mms/Cms)(11) 这里SQR()表示对括号()中的数值开平方根，下同。 5.5辐射力阻Rmr 由口径、频率决定，低频时可忽略。 Rmr=0.022*(f/Sd)2(12) 5.6等效辐射面积Sd 只与口径(等效半径a)有关。 喇叭设计-扬声器设计与制作分析文章阅读次数: 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