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扬声器的材料
发布日期:2021-2-4   点击次数:
      扬声器喇叭厂属材料组装型企业,故开发的关键就是原材料的选择。原材料的好坏很大程度上决定的产品品质,同时直接决定了产品的成本。


动圈式圆锥形外磁型扬声器主要材料包括:支架、铁片、铁心、磁铁(后磁铁)、后壳、鼓纸、垫片(背面垫片)、弹波、音圈、防尘盖、端子、锦丝线等十多种,见图1-1,


扬声器的材料,你知道多少?


1、盆架(FRAME)


亦称BASKET,是安装振动部分零件,磁气回路和其它零件的母体。小型SPK的支架都是钢板,材质为SPCC(S:STEEL钢铁 P:板钢 C:COLD冷锻 C:硬度区分)。钢板的材质厚度为0.5~1.2MM冲压成型,表面通常处理有五彩电镀,烤黑、电黑,加以防锈。大口径的磁气回路特别强劲笨重,钢板材质会使用1.0MM甚至更厚。但高级HI-FISPK也有用铝铸的支架,此外用塑料成型的支架亦很多, 防水喇叭及头机最常用。塑料框的材质多为ABS或ABS加纤以增高耐热及强度。有些游艇上使用的塑料框的材质为ASA料,可以延长塑料框受紫外线照射而变颜色的时间。铁框材质的厚度除对SPK承受压力有影响外,同时对SPK的安装后能否承受一定的振动不致变形亦有影响。此外,SPK工作频繁振动时,支架可能会在某些频率产生共振而影响音质。


开发设计选用支架时,应注意三点:


平面度:鼓纸EDGE,弹波EDGE与框接着处需平坦,充分严密才安全。对于鼓纸EDGE为凹边时,还需考虑SPK工作振动时EDGE是否碰着框面。


高度设配:结合弹波、鼓纸有效高来设计或选用合适之铁框,三点接着处鼓纸与弹波间需有少许空隙,一般为0.3~0.8MM为宜,过紧穿鼓纸后使颈部胶外分,与音圈不能很好接着,严重者使压鼓纸困难造成CI、B声、胴体翘高度不一、弹波下陷、A声不良机率增加等诸多不良。另外弹波面到底部的高度及内部空间,对于功率大,振幅大的SPK,若此高度不够,振动时弹波颈部会碰着铁片或铆接浮凸点,而造成一种类似AB不良的致命缺点。


散热设计:扬声器工作时音圈产生的很高热量,热空气主要集中于弹波以下的腔内。若铁框底部和弹波之间的内部空间不够,令热量积累无法扩散,会增加音圈的老化速度而致使功率达不到,故开发设计时需周密考虑。可以使铁框的底部空间适当加大或在铁框的底部边缘设计为有孔型。如果是塑料框,铁片产生的过高温度会使塑料软化变形而产生不良。这时除框的底部边缘设计为有孔型外还要考虑塑料的耐热性而来选用材质,或在铁片和塑料框间增加隔热材料。


2、铁片(WASHER/PLATE)


铁片又叫铁板、华司或上片,在磁气回路中,铁片与铁心都起了导磁作用,它们能将磁铁的N极与S极通过回路集中到间隙,使间隙产生较强的磁场,而音圈的卷幅刚好位于间隙正中,故铁片的内径、厚度非常重要。一般功率比较大,或振动时冲击力大的扬声器,铁片与铁框都是以铆接固定在他们的接合处再用胶补强,以防止扬声器在工作时气流从铆接之间的缝隙内挤出,产生气流声不良即漏风。如果磁气回路很重的扬声器,一般使用铁片攻牙锁螺丝的形式。铆接或锁螺丝可以承受大冲击力,一般破坏试验都可承受。一般铆接浮凸点或螺丝孔有4~6个。塑料框和铝铸框不能铆接,一般以螺丝锁紧,结合处同样以胶补强,螺丝锁紧后,需在螺丝头与框底结合处点胶,以防止SPK频繁振动而松弛至脱落。有些塑料框在注射成型时,铁片就成型于其中,可以降低成本,许多小型SPK铁片通过内铆固定于铁片框上,与框体形成一个整体,不需再铆接加工,结合处一般也需全周补强,防止因铆合不牢而脱落。故内铆式要还应中孔径精确,内铆式的弱点是不能承受破坏试验,不能承受太大的冲击力,仅适合于磁铁外径在Φ45mm以下的扬声器。优点是扬声器生产作业时方便省时,可适当降低扬声器的成本。铁片的材质为SPHC(S:STEEL钢铁 P:板钢 H:HOLD热锻 C:硬度区分),一般表面五彩电镀或镀锌。


开发设计选用铁片时,根据SPK的用途客户要求的性能来设计或选用铁片,铁片的内径是扬声器磁气回路间隙的外围,而线圈就在间隙内振动,故铁片的厚度与内径非常重要,一般低音扬声器振幅大,振动系统重,这就要求磁气回路强劲有力,铁片厚度此时不能太薄弱。强振动的扬声器发热快且温度高,磁场幅度较宽,散热快,周波数特性衰减快,同时还可降低低音谐振Fo有利于低音。相反铁片薄时,间隙磁束尖锐,散热慢,适合高音振幅小之类型选用,但必须了解的是铁片导磁象水管一样,当磁力到一定程度,铁片的导磁性能饱和,即使磁铁再加大,磁力再加强,铁片的导磁性能不会再加强,尤其是铁片厚度小者,导磁更容易饱和。


3、铁心(YOKE)


铁心又名T铁,在磁气加路中起导磁作用。铁心实际上应称为轭,英文Yoke,根据其形状可分为U形轭与T形两种,由下图1-3我们可以了解到轭在磁气回路中的作用(带斜线部分为磁铁)。


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开发设计选用铁片时,根据扬声器的用途、功率、性能要求不同而异,铁心中心径是扬声器磁气回路间隙的内缘,而线圈就在间隙内振动,故铁心中心径尺寸至关重要。铁心中柱高、铁片厚度、音圈卷幅等对振幅大的扬声器是否产生AB不良都有影响。如果磁铁与铁片厚都固定,扬声器不能承常受应有的功率,振动碰底,这就必须采用冲沟或车沟形式的铁心,以底板背凸形式来补赏底板的厚度。


4、磁铁(MAGNET)


要了解磁铁,先必须掌握磁场的有关知识。磁体周围存在磁场,磁体之间的相互作用力是通过磁场发生的,磁场和电场一样是一种物质。磁场有方向,磁力线在磁场中任意一点,小磁针北极的受力方向亦即小磁针静止时,北极N所指的方向就是那一点的磁场方向。直线电流的磁力线方向与电流之间的关系可用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定(见图1-7)。


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通电螺线管外部的磁力线和条形磁铁外部的磁力线相似,也是从北极N出来进入南极S的,其内部亦有磁场,内部磁力线与螺管的轴线平行,方向由南极指向北极,并和外部磁力线连接形成一些闭合曲线。通电螺线管磁力线方向与电流之间的关系亦可用安培定则来判定(见图1-8),在磁场中,垂直于磁场的通电导受到的磁场的作用力,跟电流的强度I和导线的长度L的乘积IL的比值,叫通电导线所在处的磁感应强度。


扬声器的材料,你知道多少?


用B表示磁感应强度,则B=F/IL& B单位是特斯拉,国际单位是T & 1特=1牛/安米,磁力线的疏密反映了磁感应强度的大小。


磁铁的重量计算方法:

Ferrite: MC=(D+d)·(D-d)×t×0.003927

AlNiCo:MC= D2h ×0.00568

NdFeB: MC= D2h ×0.00584

单位:g x g÷28.3= y OZ或x g×0.03527= y OZ


磁铁大致可分为:

1,Alnico系永久磁石

2,Ferrite系永久磁石

3,稀土类钴系永久磁石


5、磁液(MagneticFluids)


磁液(也被称为铁磁流体或磁性流体)是一种呈棕黑色的液态的磁体,它由直径约为10纳米左右的超细磁性微粒均匀悬浮于合成油载体中而形成。


磁液的作用:

明显提高扬声器承受功率,延长扬声器寿命;

改善频响特性,减少失真;

平滑扬声器在f0处频响曲线;

磁液有中心定位作用,能防止音圈在大振幅时产生的擦圈现象。

磁液用量计算公式:

V=3.5A(E2+C2-B2-D2) 单位ml 所有变量单位CM

A:铁片厚度 B:铁心中柱半径 C:音圈内径的半径 D:音圈最大外径的半径 E:铁片内径的半径


6、后壳(SHIELDCOVER)


后壳又叫后磁壳或后盖,它的主要作用是防磁,防止磁铁向外辐射磁场。


设计后南时要根据扬声器的用途或客户要求防磁情况来选择材质,材质厚时,防磁效果要好,但成本高,后壳与铁片的套合尺寸亦需严格,且后壳与主磁之间的距离需控制适当距离,太近会影响磁气回路的磁场,使间隙磁场减弱,距离太远会使后壳的尺寸加大、成本增加,为了达到最佳状态,应不断实践。有些音箱的复杂结构可能对后壳的设计有一定空间要求,后壳可能会设计为以下几种形状。当然铁心有通孔时,后壳底部亦需通孔,而且通孔的大小要大于或等于铁心中柱通孔的尺寸。我们利用高斯计可检测漏磁情况。后壳的各种形状见下图。


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7、鼓纸(CONE PAPER)


鼓纸又叫振动板、纸盆,它是扬声器的主要零件之一。对SPK的性能和音质有决定性的影响,极端说来没有好的鼓纸就做不成好的喇叭,足见其重要性。


鼓纸大致可分为3种类型:

A、反抛物线形(Paracurved) B、直线形(Straight) C、抛物线形(Parabolic)

鼓纸的材质和形状对扬声器有很大的影响。

总之,开发设计扬声器时,鼓纸的选择与设计是难关,它对音质及特性有着决定性的影响,故平时多多实践摸索、积累经验。


8、垫片(Gasket)


垫片又叫垫圈、垫边、矢纸。垫片的作用是贴合在振动板之上,使振动板与支架密切粘接,在振动时不致脱落,消除因部分粘接不牢,在振动时发出B声,同时有保护凸缘edge之作用,有些垫片直接加工于振动板的贴边之上,可以使贴边凸缘弧度不易变形,方便扬声器之加工业。


垫片的材质多为纸,EVA,PEF和橡胶等。


9、弹波(Damper)


1、弹波又叫档板,阻尼器,它有制动作用和中心保持作用。弹波的外缘和支架粘在一起,弹波的颈部和音圈bobbin及鼓纸的颈部粘在一起,它可以使音圈在磁隙内运动时,不致磁到铁片或磁铁,也使音圈和鼓纸正确连接保持中心,故亦有称之为中心保持器的。

弹波的性能和鼓纸的凸缘相似,对低音谐振fo产生影响,且对振动板的连接有适度的弹性辅助作用,并可控制振动板的模方向的运作。弹波的弹性(柔软度)与鼓纸的凸缘配合可适宜调整低音谐振fo,通常要在实验中求得。


弹波的作用有:

制动作用。

音圈定位之功能(中心保持作用)。

影响扬声器的性能曲线。如:失真、fo、Q值等技术参数。

2、弹波的分类

按材料分:

棉布系列,标示时用 CW:漂白布 CY:胚布。

Conex系列,标示时用“N”。

Conex与棉混合系列,标示时用“NC”。

其它材料系列如麻、人造丝等。


3、弹波的物理参数——弹性系数即变位

弹波的变位指在弹波中心放置夹具,并在夹具上加定质量之砝码,弹波中心部位发生的位移量称为该质量下的变位。测试方法常有投影法,转盘测试法等多种,但目前最先进的测试法为“激光测量法”,激光测量法采用无触点测量,因此最准确可靠。


4、材质的性能

a、弹波Conex系列,Conex又称Nomex,英文Polyfiber。

Conex材料性能特点:

耐高温,阻燃性好,可以在260℃的高温下使用。

耐有机溶剂和酸类试剂,稳定性好,而老化。

尺寸稳定。

耐磨耐曲折,即耐疲劳性好,弹性好。

耐温、耐湿、耐候,受天气影响小。

用Conex制成的弹波保持了Conex材料的性能特点具体表现如下:

变位稳定,耐疲劳。

弹波线性区域宽。

耐温、耐燃、耐候受天气影响小。

缺点是:

与胶水的结合力低,故中心胶最好采用环氧树脂。

材料组织困难。

成本高。


b、弹波的棉布系列,棉布系列弹小波,指以棉布为基材加工而成的弹波。

棉布系列弹波的优点:

成本低,取材方便。

耐温、不易老化。

与胶水的结合力强。

表现在弹波的变位稳定性差。

目前棉布系列弹波是使用时间最长,用量最大的品种,主要用于中低档的扬声器。

棉布系列弹波的缺点:

耐疲劳性相对Conex弹波差;

耐湿性差,由于棉布易吸潮,因此耐温度差。具体表现在弹波的变位稳定性差。

目前棉布系列弹波是使用时间最长,用量最大的品种,主要用于中低档的扬声器。


10、音圈(Voice coil)


音圈所用材料的种类

PESVW俗称SV,耐热铜线

CCCAW耐热铝线,

CWA一般铝线

WC一般铜线线管材质

AL一般不耐热铝铂 + Lock线

TSVTill管+SV线

KSV为KAPTON+SV线

ASV耐热铝管,亮片+SV线

PSV耐热纸管+SV线

NSV耐热防潮纸管+SV线

PL耐热纸管+Lock线

PELock线一般纸管

52S经52S处理的耐热铝管+SV线


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音圈的卷线高和重量

把绕制音圈的线绕在bobhin上,绕线部分的幅度就叫做卷线高(或称卷幅),对音圈的性能起决定性作用就是音圈的卷线高和质量。


音圈的质量

音圈的质量,对喇叭的效率有直接的影响,音圈导体的质量是振动系等价质量的一半时,效率最佳,而且铝线要比铜线的效率好。音圈较重时,会使高频响应低落,而使高音域的共振周波数低落,故设计时需对音圈的卷巾与质量兼顾,特别是广频宽的(20~20KHz)。单一振动板扬声器,其特性几乎依赖于音圈的质量比。因此音圈的质量除上述有关效率者外,尤应了解它是对扬声器的音压周波数特性,左右很大的力因素,也是设计上的基本因素之一。


音圈线的质量Mc的简易计算:

Mc = 3.25Rd4×10-6 (SV线)

Mc = 3.18Rd4×10-6 (Lock线)

(式中 d的单位为丝,即0.22线直接用22计算)


11、防尘盖(Dust Cap)


防尘盖又叫帽子,防尘罩。主要是防止灰尘等杂物从振动板前面进入磁隙内而造成异常音不良,同时有补强高音之作用,其材质大都是纸、布、不织布、Mylar,PEI和金属薄膜,但由于纸、Mylar、PEI和金属薄膜都对振动板有补强作用,而且从防尘盖也有声音的辐射,故其大小和形状对周周波数特性都有影响,防尘盖颜色亦是多种多样,设计时需根据客户之要求或外观上的搭配选择,塑料薄膜或金属膜防尘盖盖,因材质本身有一定的弹性,其厚度对声音有影响,一般高功率振动强烈的扬声器,防尘盖的厚度要相应的厚一点,以防止产生共振,同时耐用温要高。太薄时,Power试验高温会使防尘盖踏平。


12、端子(Terminal)


端子的作用是将外界的信号传送到导线,然后进入音圈,使线圈获得电流,同时端子的金具PIN有其标准规格利于外界的插具直接插入。

基板:纸质纤维、PCB、电木板。

叶片:铜或铁,表面镀锡或金

最常见使用之端子叶片有#250,#205,#187与#110四种。


13、锦丝线(Lead Wire)


锦丝线是连接音圈与端子的导线,它的作用是使电流导入音圈,锦丝线的导体材料一般是由铜、纯铜、锡铜合金、镉铜合金、银铜合金等或表面镀锡或镀银而成。


在构造方面一般有三种情况:

a、包线:有1、2、4、6层,其外径小,用于小口扬声器。

b、绞线:(Strand):较软,易开叉,作业性较差。

c、编织(Woven):较硬,不易分叉,作业性强。


处理:锦丝线因为容易氧化,故表面需防氧化处理,有的还在中间过锡,过锡长度一般2.5±1 mm,锦丝线的全长根据扬声器操作及振动实际之需而决定。


14、接着剂(ADHESIVE)


接着剂的分类

1、橡胶系(RUBBER SERIES) ,如1600H/1600HB等

2、合成树脂系(SYNTHETEC RUBBER SERIES),如747H/758HB/769H/303A/318B等

3、压克力系(ACRYLIC SERIES),如520W/105W/501AB/1130AB/G53AB/G55AB等

4、环氧树脂系(EPOXY),如222AB/551AB/554AB等。


上面讲到的几种扬声器基本功材料,需从平时不断的学习,研究中摸索其各自的作用和性能,同时开发设计时,要对各材料的成本、性能全方面评估,寻求最佳状况。

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