扬声器设计入门 - 自由交流室 - 声学楼论坛

扬声器设计入门之一 p1/6

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要求及测量方法》

GB12058-89 《扬声器听音试验》

扬声器设计入门之二

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

扬声器设计入门之三

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，这里采用的是经验公式法。

2. 磁路设计基本公式

Kf*Bg*Sg = Bd*Sm

Kr*Hg*Lg = Hd*Lm

Kr = 1.1~1.5 p2/6

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 =μ_o* Hg

μ_o= 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,可以确定最佳工作点的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= (μ_o*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg)

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表(磁通表)测量磁通φ,然后换算成磁感应密度, 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。

扬声器设计入门之四

1.音圈主要参数设计

音圈的直流电阻Re一般要预先设定，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，同时要考虑功率承受能力以及扬声器的灵敏度、品质因数等电声参数。音圈直径太小,则其功率承受能力必然有限,因为线径决定了其允许通过的电流大小,同时T铁中柱太小又影响到其散热能力；音圈直径太大,则导致其质量加重,同时Bg值下降,从而导致灵敏度降低,并且增加了材料成本。

音圈的卷宽Tvc亦需根据磁路结构确定, 同时也要考虑功率承受能力以及扬声器的灵敏度、品质因数、最大振幅、失真等电声参数。一般低音单元均采取长音圈结构,即音圈卷宽Tvc=(1.4~3.0)*Tp,则有最大线性振幅Xmax=(Tvc-Tp)/2=(0.2~1.0)*Tp,可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,可以很容易地算出音圈线长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。

2 音圈材料性能与选择

2.1音圈骨架材料常见的有牛皮纸(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处理的合金铝箔，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： p3/6

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。

2.2 导线材料常见的有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，一般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

磁场利用率较圆线大（圆线磁场利用率为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）。

扬声器设计入门之五

1.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。

鼓纸材料一般要求具有下述三种基本特性：

1）质量要轻，即要求材料密度要小，这可以提高扬声器的效率、同时改善瞬态特性。

2）强度要高，即要求材料杨氏模量E要大，这可以改进扬声器的效率、瞬态特性，拓宽高频响应。

3）阻尼适当，即要求材料内部损耗适中，这可以有效地抑制分割振动，藉以降低高频共振的峰谷，使频率响应平坦、过渡特性良好，同时改善失真。

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。

鼓纸的形状一般为锥形，球顶高音及中音则为半球形。

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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，或多或少均需添加其它材料，作增强或提高内部阻尼处理。材料特性总的说来很复杂，很难定量描述，一般只有通过反复试验才能确认其是否满足使用要求。

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)

(2πFh)²= (Mm₁*Mm₂)/[(Mm₁+Mm₂)*Cmh]

主题：扬声器设计入门

Kr = 1.1~1.5 p2/6

Kf = 1.8~2.5

Kr = 1.1~1.5

NOMEX

TIL

KAPTON