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動圈式圓錐形外磁型揚聲器主要材料包括:支架、鐵片、鐵心、磁鐵(后磁鐵)、后殼、鼓紙、墊片(背面墊片)、彈波、音圈、防塵蓋、端子、錦絲線等十多種,見圖1-1,
1、盆架(FRAME)
亦稱BASKET,是安裝振動部分零件,磁氣回路和其它零件的母體。小型SPK的支架都是鋼板,材質為SPCC(S:STEEL鋼鐵 P:板鋼 C:COLD冷鍛 C:硬度區(qū)分)。鋼板的材質厚度為0.5~1.2MM沖壓成型,表面通常處理有五彩電鍍,烤黑、電黑,加以防銹。大口徑的磁氣回路特別強勁笨重,鋼板材質會使用1.0MM甚至更厚。但高級HI-FISPK也有用鋁鑄的支架,此外用塑料成型的支架亦很多, 防水喇叭及頭機最常用。塑料框的材質多為ABS或ABS加纖以增高耐熱及強度。有些游艇上使用的塑料框的材質為ASA料,可以延長塑料框受紫外線照射而變顏色的時間。鐵框材質的厚度除對SPK承受壓力有影響外,同時對SPK的安裝后能否承受一定的振動不致變形亦有影響。此外,SPK工作頻繁振動時,支架可能會在某些頻率產生共振而影響音質。
開發(fā)設計選用支架時,應注意三點:
平面度:鼓紙EDGE,彈波EDGE與框接著處需平坦,充分嚴密才安全。對于鼓紙EDGE為凹邊時,還需考慮SPK工作振動時EDGE是否碰著框面。
高度設配:結合彈波、鼓紙有效高來設計或選用合適之鐵框,三點接著處鼓紙與彈波間需有少許空隙,一般為0.3~0.8MM為宜,過緊穿鼓紙后使頸部膠外分,與音圈不能很好接著,嚴重者使壓鼓紙困難造成CI、B聲、胴體翹高度不一、彈波下陷、A聲不良機率增加等諸多不良。另外彈波面到底部的高度及內部空間,對于功率大,振幅大的SPK,若此高度不夠,振動時彈波頸部會碰著鐵片或鉚接浮凸點,而造成一種類似AB不良的致命缺點。
散熱設計:揚聲器工作時音圈產生的很高熱量,熱空氣主要集中于彈波以下的腔內。若鐵框底部和彈波之間的內部空間不夠,令熱量積累無法擴散,會增加音圈的老化速度而致使功率達不到,故開發(fā)設計時需周密考慮?梢允硅F框的底部空間適當加大或在鐵框的底部邊緣設計為有孔型。如果是塑料框,鐵片產生的過高溫度會使塑料軟化變形而產生不良。這時除框的底部邊緣設計為有孔型外還要考慮塑料的耐熱性而來選用材質,或在鐵片和塑料框間增加隔熱材料。
2、鐵片(WASHER/PLATE)
鐵片又叫鐵板、華司或上片,在磁氣回路中,鐵片與鐵心都起了導磁作用,它們能將磁鐵的N極與S極通過回路集中到間隙,使間隙產生較強的磁場,而音圈的卷幅剛好位于間隙正中,故鐵片的內徑、厚度非常重要。一般功率比較大,或振動時沖擊力大的揚聲器,鐵片與鐵框都是以鉚接固定在他們的接合處再用膠補強,以防止揚聲器在工作時氣流從鉚接之間的縫隙內擠出,產生氣流聲不良即漏風。如果磁氣回路很重的揚聲器,一般使用鐵片攻牙鎖螺絲的形式。鉚接或鎖螺絲可以承受大沖擊力,一般破壞試驗都可承受。一般鉚接浮凸點或螺絲孔有4~6個。塑料框和鋁鑄框不能鉚接,一般以螺絲鎖緊,結合處同樣以膠補強,螺絲鎖緊后,需在螺絲頭與框底結合處點膠,以防止SPK頻繁振動而松弛至脫落。有些塑料框在注射成型時,鐵片就成型于其中,可以降低成本,許多小型SPK鐵片通過內鉚固定于鐵片框上,與框體形成一個整體,不需再鉚接加工,結合處一般也需全周補強,防止因鉚合不牢而脫落。故內鉚式要還應中孔徑精確,內鉚式的弱點是不能承受破壞試驗,不能承受太大的沖擊力,僅適合于磁鐵外徑在Φ45mm以下的揚聲器。優(yōu)點是揚聲器生產作業(yè)時方便省時,可適當降低揚聲器的成本。鐵片的材質為SPHC(S:STEEL鋼鐵 P:板鋼 H:HOLD熱鍛 C:硬度區(qū)分),一般表面五彩電鍍或鍍鋅。
開發(fā)設計選用鐵片時,根據SPK的用途客戶要求的性能來設計或選用鐵片,鐵片的內徑是揚聲器磁氣回路間隙的外圍,而線圈就在間隙內振動,故鐵片的厚度與內徑非常重要,一般低音揚聲器振幅大,振動系統(tǒng)重,這就要求磁氣回路強勁有力,鐵片厚度此時不能太薄弱。強振動的揚聲器發(fā)熱快且溫度高,磁場幅度較寬,散熱快,周波數特性衰減快,同時還可降低低音諧振Fo有利于低音。相反鐵片薄時,間隙磁束尖銳,散熱慢,適合高音振幅小之類型選用,但必須了解的是鐵片導磁象水管一樣,當磁力到一定程度,鐵片的導磁性能飽和,即使磁鐵再加大,磁力再加強,鐵片的導磁性能不會再加強,尤其是鐵片厚度小者,導磁更容易飽和。
3、鐵心(YOKE)
鐵心又名T鐵,在磁氣加路中起導磁作用。鐵心實際上應稱為軛,英文Yoke,根據其形狀可分為U形軛與T形兩種,由下圖1-3我們可以了解到軛在磁氣回路中的作用(帶斜線部分為磁鐵)。
開發(fā)設計選用鐵片時,根據揚聲器的用途、功率、性能要求不同而異,鐵心中心徑是揚聲器磁氣回路間隙的內緣,而線圈就在間隙內振動,故鐵心中心徑尺寸至關重要。鐵心中柱高、鐵片厚度、音圈卷幅等對振幅大的揚聲器是否產生AB不良都有影響。如果磁鐵與鐵片厚都固定,揚聲器不能承常受應有的功率,振動碰底,這就必須采用沖溝或車溝形式的鐵心,以底板背凸形式來補賞底板的厚度。
4、磁鐵(MAGNET)
要了解磁鐵,先必須掌握磁場的有關知識。磁體周圍存在磁場,磁體之間的相互作用力是通過磁場發(fā)生的,磁場和電場一樣是一種物質。磁場有方向,磁力線在磁場中任意一點,小磁針北極的受力方向亦即小磁針靜止時,北極N所指的方向就是那一點的磁場方向。直線電流的磁力線方向與電流之間的關系可用安培定則(也叫右手螺旋定則)來判定(見圖1-7)。
通電螺線管外部的磁力線和條形磁鐵外部的磁力線相似,也是從北極N出來進入南極S的,其內部亦有磁場,內部磁力線與螺管的軸線平行,方向由南極指向北極,并和外部磁力線連接形成一些閉合曲線。通電螺線管磁力線方向與電流之間的關系亦可用安培定則來判定(見圖1-8),在磁場中,垂直于磁場的通電導受到的磁場的作用力,跟電流的強度I和導線的長度L的乘積IL的比值,叫通電導線所在處的磁感應強度。
用B表示磁感應強度,則B=F/IL& B單位是特斯拉,國際單位是T & 1特=1牛/安米,磁力線的疏密反映了磁感應強度的大小。
磁鐵的重量計算方法:
Ferrite: MC=(D+d)·(D-d)×t×0.003927
AlNiCo:MC= D2h ×0.00568
NdFeB: MC= D2h ×0.00584
單位:g x g÷28.3= y OZ或x g×0.03527= y OZ
磁鐵大致可分為:
1,Alnico系永久磁石
2,Ferrite系永久磁石
3,稀土類鈷系永久磁石
5、磁液(MagneticFluids)
磁液(也被稱為鐵磁流體或磁性流體)是一種呈棕黑色的液態(tài)的磁體,它由直徑約為10納米左右的超細磁性微粒均勻懸浮于合成油載體中而形成。
磁液的作用:
明顯提高揚聲器承受功率,延長揚聲器壽命;
改善頻響特性,減少失真;
平滑揚聲器在f0處頻響曲線;
磁液有中心定位作用,能防止音圈在大振幅時產生的擦圈現象。
磁液用量計算公式:
V=3.5A(E2+C2-B2-D2) 單位ml 所有變量單位CM
A:鐵片厚度 B:鐵心中柱半徑 C:音圈內徑的半徑 D:音圈最大外徑的半徑 E:鐵片內徑的半徑
6、后殼(SHIELDCOVER)
后殼又叫后磁殼或后蓋,它的主要作用是防磁,防止磁鐵向外輻射磁場。
設計后南時要根據揚聲器的用途或客戶要求防磁情況來選擇材質,材質厚時,防磁效果要好,但成本高,后殼與鐵片的套合尺寸亦需嚴格,且后殼與主磁之間的距離需控制適當距離,太近會影響磁氣回路的磁場,使間隙磁場減弱,距離太遠會使后殼的尺寸加大、成本增加,為了達到最佳狀態(tài),應不斷實踐。有些音箱的復雜結構可能對后殼的設計有一定空間要求,后殼可能會設計為以下幾種形狀。當然鐵心有通孔時,后殼底部亦需通孔,而且通孔的大小要大于或等于鐵心中柱通孔的尺寸。我們利用高斯計可檢測漏磁情況。后殼的各種形狀見下圖。
7、鼓紙(CONE PAPER)
鼓紙又叫振動板、紙盆,它是揚聲器的主要零件之一。對SPK的性能和音質有決定性的影響,極端說來沒有好的鼓紙就做不成好的喇叭,足見其重要性。
鼓紙大致可分為3種類型:
A、反拋物線形(Paracurved) B、直線形(Straight) C、拋物線形(Parabolic)
鼓紙的材質和形狀對揚聲器有很大的影響。
總之,開發(fā)設計揚聲器時,鼓紙的選擇與設計是難關,它對音質及特性有著決定性的影響,故平時多多實踐摸索、積累經驗。
8、墊片(Gasket)
墊片又叫墊圈、墊邊、矢紙。墊片的作用是貼合在振動板之上,使振動板與支架密切粘接,在振動時不致脫落,消除因部分粘接不牢,在振動時發(fā)出B聲,同時有保護凸緣edge之作用,有些墊片直接加工于振動板的貼邊之上,可以使貼邊凸緣弧度不易變形,方便揚聲器之加工業(yè)。
墊片的材質多為紙,EVA,PEF和橡膠等。
9、彈波(Damper)
1、彈波又叫檔板,阻尼器,它有制動作用和中心保持作用。彈波的外緣和支架粘在一起,彈波的頸部和音圈bobbin及鼓紙的頸部粘在一起,它可以使音圈在磁隙內運動時,不致磁到鐵片或磁鐵,也使音圈和鼓紙正確連接保持中心,故亦有稱之為中心保持器的。
彈波的性能和鼓紙的凸緣相似,對低音諧振fo產生影響,且對振動板的連接有適度的彈性輔助作用,并可控制振動板的模方向的運作。彈波的彈性(柔軟度)與鼓紙的凸緣配合可適宜調整低音諧振fo,通常要在實驗中求得。
彈波的作用有:
制動作用。
音圈定位之功能(中心保持作用)。
影響揚聲器的性能曲線。如:失真、fo、Q值等技術參數。
2、彈波的分類
按材料分:
棉布系列,標示時用 CW:漂白布 CY:胚布。
Conex系列,標示時用“N”。
Conex與棉混合系列,標示時用“NC”。
其它材料系列如麻、人造絲等。
3、彈波的物理參數——彈性系數即變位
彈波的變位指在彈波中心放置夾具,并在夾具上加定質量之砝碼,彈波中心部位發(fā)生的位移量稱為該質量下的變位。測試方法常有投影法,轉盤測試法等多種,但目前最先進的測試法為“激光測量法”,激光測量法采用無觸點測量,因此最準確可靠。
4、材質的性能
a、彈波Conex系列,Conex又稱Nomex,英文Polyfiber。
Conex材料性能特點:
耐高溫,阻燃性好,可以在260℃的高溫下使用。
耐有機溶劑和酸類試劑,穩(wěn)定性好,而老化。
尺寸穩(wěn)定。
耐磨耐曲折,即耐疲勞性好,彈性好。
耐溫、耐濕、耐候,受天氣影響小。
用Conex制成的彈波保持了Conex材料的性能特點具體表現如下:
變位穩(wěn)定,耐疲勞。
彈波線性區(qū)域寬。
耐溫、耐燃、耐候受天氣影響小。
缺點是:
與膠水的結合力低,故中心膠最好采用環(huán)氧樹脂。
材料組織困難。
成本高。
b、彈波的棉布系列,棉布系列彈小波,指以棉布為基材加工而成的彈波。
棉布系列彈波的優(yōu)點:
成本低,取材方便。
耐溫、不易老化。
與膠水的結合力強。
表現在彈波的變位穩(wěn)定性差。
目前棉布系列彈波是使用時間最長,用量最大的品種,主要用于中低檔的揚聲器。
棉布系列彈波的缺點:
耐疲勞性相對Conex彈波差;
耐濕性差,由于棉布易吸潮,因此耐溫度差。具體表現在彈波的變位穩(wěn)定性差。
目前棉布系列彈波是使用時間最長,用量最大的品種,主要用于中低檔的揚聲器。
10、音圈(Voice coil)
音圈所用材料的種類
PESVW俗稱SV,耐熱銅線
CCCAW耐熱鋁線,
CWA一般鋁線
WC一般銅線線管材質
AL一般不耐熱鋁鉑 + Lock線
TSVTill管+SV線
KSV為KAPTON+SV線
ASV耐熱鋁管,亮片+SV線
PSV耐熱紙管+SV線
NSV耐熱防潮紙管+SV線
PL耐熱紙管+Lock線
PELock線一般紙管
52S經52S處理的耐熱鋁管+SV線
音圈的卷線高和重量
把繞制音圈的線繞在bobhin上,繞線部分的幅度就叫做卷線高(或稱卷幅),對音圈的性能起決定性作用就是音圈的卷線高和質量。
音圈的質量
音圈的質量,對喇叭的效率有直接的影響,音圈導體的質量是振動系等價質量的一半時,效率最佳,而且鋁線要比銅線的效率好。音圈較重時,會使高頻響應低落,而使高音域的共振周波數低落,故設計時需對音圈的卷巾與質量兼顧,特別是廣頻寬的(20~20KHz)。單一振動板揚聲器,其特性幾乎依賴于音圈的質量比。因此音圈的質量除上述有關效率者外,尤應了解它是對揚聲器的音壓周波數特性,左右很大的力因素,也是設計上的基本因素之一。
音圈線的質量Mc的簡易計算:
Mc = 3.25Rd4×10-6 (SV線)
Mc = 3.18Rd4×10-6 (Lock線)
(式中 d的單位為絲,即0.22線直接用22計算)
11、防塵蓋(Dust Cap)
防塵蓋又叫帽子,防塵罩。主要是防止灰塵等雜物從振動板前面進入磁隙內而造成異常音不良,同時有補強高音之作用,其材質大都是紙、布、不織布、Mylar,PEI和金屬薄膜,但由于紙、Mylar、PEI和金屬薄膜都對振動板有補強作用,而且從防塵蓋也有聲音的輻射,故其大小和形狀對周周波數特性都有影響,防塵蓋顏色亦是多種多樣,設計時需根據客戶之要求或外觀上的搭配選擇,塑料薄膜或金屬膜防塵蓋蓋,因材質本身有一定的彈性,其厚度對聲音有影響,一般高功率振動強烈的揚聲器,防塵蓋的厚度要相應的厚一點,以防止產生共振,同時耐用溫要高。太薄時,Power試驗高溫會使防塵蓋踏平。
12、端子(Terminal)
端子的作用是將外界的信號傳送到導線,然后進入音圈,使線圈獲得電流,同時端子的金具PIN有其標準規(guī)格利于外界的插具直接插入。
基板:紙質纖維、PCB、電木板。
葉片:銅或鐵,表面鍍錫或金
最常見使用之端子葉片有#250,#205,#187與#110四種。
13、錦絲線(Lead Wire)
錦絲線是連接音圈與端子的導線,它的作用是使電流導入音圈,錦絲線的導體材料一般是由銅、純銅、錫銅合金、鎘銅合金、銀銅合金等或表面鍍錫或鍍銀而成。
在構造方面一般有三種情況:
a、包線:有1、2、4、6層,其外徑小,用于小口揚聲器。
b、絞線:(Strand):較軟,易開叉,作業(yè)性較差。
c、編織(Woven):較硬,不易分叉,作業(yè)性強。
處理:錦絲線因為容易氧化,故表面需防氧化處理,有的還在中間過錫,過錫長度一般2.5±1 mm,錦絲線的全長根據揚聲器操作及振動實際之需而決定。
14、接著劑(ADHESIVE)
接著劑的分類
1、橡膠系(RUBBER SERIES) ,如1600H/1600HB等
2、合成樹脂系(SYNTHETEC RUBBER SERIES),如747H/758HB/769H/303A/318B等
3、壓克力系(ACRYLIC SERIES),如520W/105W/501AB/1130AB/G53AB/G55AB等
4、環(huán)氧樹脂系(EPOXY),如222AB/551AB/554AB等。
上面講到的幾種揚聲器基本功材料,需從平時不斷的學習,研究中摸索其各自的作用和性能,同時開發(fā)設計時,要對各材料的成本、性能全方面評估,尋求最佳狀況。
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