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  • 喇叭是日常活中离不开的电子产品,今天力莱星电子科技为您说道说道喇叭生产的相关知识。

    A.工作原理

    音圈的驱动力 F=Bli

    B-磁间隙中的磁场强度,单位为韦伯/米2。l--音圈导线(铜线)的长度,单位为米。

    i--流过音圈的电流,单位为安培。

    这是喇叭驱动的公式。

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    基础知识

    Fo( Lowest resonant frequency;最低共振频率) =

    Mo = 振动系的重量;包括鼓纸(振膜)、音圈、弹波的附加、防尘盖、胶。

    So = 振动系的柔顺性;包括鼓纸(含鼓纸的边缘Edge)、弹波。

    测Fo值是在【自由音场】下测得,在我们实际的量测时,务必注意喇叭的前后不可有障碍物挡住,而影响气流的流动,否则所得的值就不正确了。


    比较正确的测试方式为用阻抗曲线测出的值,较准确。通常测定Fo的电压为1V,但我们会碰上喇叭的功率不足1V的情形,在这种情况下,我们会改用0.5V测,但必须载明于规格书上。

    测试的电压愈高,所测得Fo的值会愈低,所以必须要定出一个共同的规范。

    Q值:代表在谐振点Fo的谐振质量因素

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    Q值,和电子电路的Q值定义一样,可以从阻抗曲线上来求得。Q愈高表示曲线愈尖锐,以振动的现象来说,是振动不易停止,所以听起来,低音会变得浑浊。

    但在小喇叭的情况来说,因为低音都不易做好,所以Q值都高一些。

    Q质的最大用处在于设计音箱时,音箱设计的着手点都从Q开始。当然我们也可以透过其它方法来调整Q值。

    响应曲线

    喇叭对于(输入)不同频率的电讯号,所产生音压的大小。通常将X轴设定为频率;对数刻度,Y轴为音压;线性刻度。主要作为判断一支喇叭好坏的重要依据,理想的曲线为一条直线,就是对任意频率输入的电讯号喇叭响应为一致的输出。

    音压(db  Decibel):

    定义为 db = 20 log

    压力的单位为 Newton / m2

    2 x 10  Newton / m  (或 2 x 10  Dyne / cm ) 是人耳能听到的最低界限,我们拿来当音压位准(0 db)。

    注意:db是一个比较值,不是单位,所以我们可以改变【位准、或参考值】的值来从新定义db。常用的位准值如1 伏(V),称为dbV (常用在麦克风的感度上)。 另外以600瓯姆消耗1mW的功率(相当0.7745 V)为参考位准值的,我们称为dbm (m : mW)。

    频率:每秒钟振动的次数,单位为 Hz (Hertz)。惯称 K (Kilo = 10 ) 、M (Mega = 10 ) Hz。

    有效频率范围: Fo  ~  (Average SPL - 10db)。这是JIS、CNS规范的标准。

    中音谷:在1000 ~ 3000 Hz的中音范围,当一个讯号送到鼓纸的固定边,反弹回来,恰好碰上后来赶上来的讯号,产生一个抵消的作用,在曲线上会有一个下跌的山谷形状,这叫中音谷,是我们工程师努力要解决的工程问题。

    在鼓纸折环(锥缘或叫Edge)利用不产生反弹的形状、能吸收振动的材质、涂怖吸震的胶等为有效解决此问题的对策。

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    失真

    当喇叭收到一个纯音的电讯号,鼓纸相应的震动并非如预期的只产生该讯号的震动,会有它一倍、二倍频率或1/2倍、1/4倍….等等的震动,这些震动产生的声音,我们称为【谐波Harmonic】。

    失真 = 你不得不知道的喇叭基础知识(珍藏版)x 100%

    P : 基本波、P :二次谐波….P :n次谐波

    把谐波的总能量和全部能量之比,我们称为失真,也惯称为THD (Total Harmonic Distortion)。

    增加鼓纸本体的钢性、均匀的驱动力,可以减少失真的现象。

    功率

    没有仪器能一下就测定出喇叭的承受功率是多少,通常的方式都是用寿命试验来决定。

    详细关于喇叭的寿命试验,请参照【喇叭的寿命试验】有详细的说明。

    功率大并不表示声音就大,详细的关系参照它项说明。注意 【功率】 和 【效率】 意义上的不同。

    功率:是指以电的讯号送给喇叭,消耗在喇叭上的电功率。

    效率:喇叭是一个换能器件,将电能转换为声能,效率是指这个转换的比值。简单的指标参数就是db/W M。

    喇叭效率都不高,依我们现生产的产大概都不超过10%,其它的能量大部分都转换成热能和动能了。

    正常功率(Normal):是指长时间工作没有问题的功率。

    最大功率(Maximum):短时间,非连续性,喇叭还能正常工作的功率。

    功率、距离和音压的关系

    Sc (SPL换算值) = (SPL测试值) + 20 - 10、:分别为测试距离、计算距离、: 测试功率、计算功率

    注:如原以0.2W、0.5M测得SPL为80db,现功率不变,距离改以1M测,则,

    80+20Log(0.5/1)-10Log(0.2/0.2) = 74 db.

    如原以0.2W、0.5M测得SPL为80db,现距离不变,功率以0.4W测,将得,

    80+20Log(0.5/0.5)-10Log(0.2/0.4) = 83 db.

    整理出功率、距离和音压的关系如下:

    极性

    以电池加在喇叭标示的正端,鼓纸是向前推出;在双声道以上的设备里,对极性的要求就很严谨。

    环境试验

    包括: 高温、低温、高湿、冷热循环、冷热冲击;震动、落下;盐雾。

    各零件功能及材料

    a.框体

    塑料:ABS、ABS+GF、PBT+GF、ABS+PC等。ABS+GF为塑料合金可以改善物性。加FG (Fiber Glass)改善钢性及耐热性。

    铁材:以低碳的铁材冲压而成,碳会增加磁阻,不利于导磁性。 理想的喇叭框体材料是,轭铁部分良好的导磁,框体部分不导磁,磁力线才不至于分散。

    b.端子板

    用冲剪纤维板后铆上铆钉而成。主要做为讯号引入的端点。

    印刷电路板(纸质板或玻璃纤维板上贴铜箔)蚀刻出接点。

    c.棉丝线

    以铜箔围着纤维纱卷绕而成。功能在提供一个缓冲的空间,音圈的震动不会直接传递到端子的固定点,否则此引线会因拉扯而断裂。 纱也以耐热性及耐疲劳度而分等级。

    铜箔可以分一股(一片铜箔)、两股…等卷绕,依须要是否镀上锡等。


    d.垫片

    主要用来垫高喇叭和机壳间的距离,以免鼓纸碰撞了机壳。其它还有减震、防止漏气、防水等功用。

    材质有纸、EVA、CR、橡胶等,设计要考虑不能碰触鼓纸的边缘,可能使喇叭的Fo增加,失去原始设计的值。


    e.轭铁、华司

    做为磁气回路的一部分,必须尽量的减少磁阻,磁饱和系数大,防锈良好。和框体的铁料一样。


    f.弹波

    用布材经树脂含浸,再热压定型而成,最近的产品也有以PI冲剪成型或用Mylar成型者。我们取其恢复性、耐疲劳性。

    主要的功用在支撑音圈,在音圈受驱动时,其运动时能在我们设定的间隙内,不去碰撞金属件。

    基本上是一个对喇叭特性供献很小的零件,没有弹波,特性还更好,但没有弹波的产品,量产有很高的难度。


    g.Bobbin 线轴

    在纸上涂怖耐热及能和漆包线接着的树脂而成。对于须要较高的耐热等级,有不同的材质因应,包括树脂及纸管的材料。纸管主要的功用在于使音圈能正确的在其工作的位置。此外,为了减轻重量及增进散热,可以在纸管上打孔。

    在纸管的材料上有牛皮纸、铝箔、PEI的押出管、PI卷绕管(见膜片说明)、Nomex的织物等。列举两种常用的涂布材及其特性。


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    h.防尘盖

    防止异物落入音圈内。通常这样功能的防尘盖是用不织布仿弹波的做法做的。

    另外可以用Mylar或钛合金等轻质的材料做,用于调整高音的特性,注意正或倒过来贴其特性会有所不同。

    在低音喇叭里,也可以适当的设计防尘盖的形状及材质,来消除高音。


    i.音圈、自融漆包线

    是喇叭的引擎,主要材料为铜线,先被覆一道绝缘层,再涂上一道遇醇复活或受热溶合的树脂而成。

    大部分我们所用的漆包线为醇类复活性,当线材沾过醇后,会恢复黏性,从而使铜线黏在一起形成线圈。基本上此树脂的性质和纸管上涂怖的材质类似。和纸管一样,对不同温度的要求,树脂的涂层也不一样,尤其在大功率时会产生高热,树脂更是严格要求。

    在生产在线,会用不同比率的水和甲醇参和,以达到最佳的接着效果。

    为了减轻音圈的重量,有内心部分是铝线再包覆一铜层,再经过绝缘、上树脂等做法的线材,称为铜包铝线CCAW。

    其它为了增加单位长度下线圈的匝数,把铜线扎成方形者,称扁平线。

    近来厂商有推出【高张力】的漆包线,目的是要改善音圈的可靠度。


    线圈的阻抗:

    阻抗是由下式决定阻抗公式

    其中 为铜线的电阻系数,l为线的长度,A为线的截面积。实际操作时,我们也不以上式来计算,而是由厂家提供的数据来制作,厂商会提供 Ω/㏎的数据,我们据以计算线圈的长度。

    已有用完善Excel做的线圈公式可用。

    漆包线的涂布树脂对环境非常敏感,必须存放在除湿间里,妥善保存。


    j.磁铁

    就像手机的电池一样,是提供喇叭动能的源头。

    有下列的材料在市场使用,但主流是Ferrite及NdFeB,因为成本较低。


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    在使用上,铁氧铁没有温度的问题,就是说工作温度到100度也没有很大的问题。但NdFeB就有温度的问题,见下列曲线:


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    第一象限为磁铁充磁的曲线,当H(磁场强度;单位为Oe  Oersted)增加到一定程度后,B(磁束密度Gs  Gauss高斯,10 Gs =1 mT )不再增加,到此为磁铁的饱和点,移去H,曲线会回落到Br点,此点为剩磁点。当我们转为负的H时,B会像第二象限的曲线,当H达-i Hc (矫顽力)时,Br降为零。

    喇叭的应用在磁铁的第二象限,Br的高低决定磁铁的总能量;叫磁能积,单位为 GsOe,因单位都很大,通用为M Gs Oe (既K x K为M,10 )。

    iHc影响磁铁的耐热特性,通常来说,必须要达到17K Oe才能在85度工作。另外要注意磁铁受热导致磁性能的降低为不可逆的特性,也就是说,移去热源后,磁性能也不会恢复。

    磁铁表面的强度并不是均匀分布的,所以以高斯表去测磁铁的表面场强,必须测几点然后去平均,在间隙里的情形是一样的。

    另外NdFeB的基本素材中,Nd和Fe都是很活泼的金属,很容易氧化,我们电镀上一层保护层,才能使NdFeB的磁铁长期工作。

    有参考书可参考做精确的磁路设计。


    k.Mylar

    决定喇叭特性最重要的关键器件。

    形状、基材厚度、成型温度等都会影响整体硬度,工程师也就是在解决跟寻求最适值。

    制作方式:热压成型,材料依耐热性能的不同而有如下数项材料可选用。

    Polyester film(PET,Dupont商名叫Mylar) 最高可工作到70℃。

    Poly-ether-imide (PEI):主要为三菱化学出产的薄膜材料。最高可工作到90℃。

    Poly-imide (PI):主要应用在电子电路的软性PCB(printed circuit board)上,生产厂商有调质后的特定型号,可以热压成型,可工作到100℃。


    l.鼓纸

    纸浆经吸盘吸起后再热压成型,这是传统鼓纸的作法。

    为了改善低音和瞬态响应,把鼓纸的边切去,贴上不同材质的边。相对于鼓纸的膧体来说,已经是没有边了,因此又被惯称为Free Edge。

    用来当贴边的材料有【布、海棉、PU、橡胶…等】,当然还有更多更新的材料在加入。

    编织材料的流行,膧体本身也在变,纸浆已经不再是很普遍的材料了,最大的缺失在吸湿性。编织材料没有这些缺点,常见的编织材料有碳纤、玻璃纤维、Nomex(Dupont的一种材料商名)等。


    m.胶

    可以说,喇叭全都用胶黏出来的。

    我们常用的胶有:

    橡胶系,像4001 ~4005 (氯平橡胶系),耐热性好,价平。

    合成树脂系,像747H、768等,接着性好,可惜不耐热。

    以上为溶剂型的胶,通常溶剂均为甲苯,必须严格管控加入甲苯的比率,过高的甲苯,将使胶失去黏性。

    AB胶,为变性压克力树脂,固成份(指硬化反应完后剩余的体积)100%,快速硬化,不须精确比率而能作业,对金属敏感(不能储存在金属容器里),是专为金属接着使用的胶。

    厌氧胶,也适用在金属的接着,在没有氧气时硬化,通常须添加加速剂使用,价高,比较不使用在喇叭的行业里。

    环氧树脂(Epoxy),固成份100%,严格要求比率跟均匀的搅拌,适用在金属和三点(鼓纸、音圈、弹波)的接着及电子零件的绝缘填平用。

    近来有做成单液型的环氧树脂,是把硬化剂做成微小颗粒状,遇热融解而达到硬化接着的目的。

    其它还有树脂乳化以水为溶剂的胶,我们用在海棉或其它对甲苯敏感的材料使用的胶。

    基本上,鼓纸和框体接着的部分可比较不用考虑胶的耐热性,但中心三点(鼓纸、音圈、弹波,或音圈+膜片)的接着就非常重要,因为音圈一工作会产生高热。此外,中心胶还要比重轻,太重了,全音域的喇叭在高音部分就没法提升。

    磁铁的接着胶,必须考虑【耐冲击性】,简单的说就是,经得起落下试验。

    胶在使用上,可以用浓稠度、放置接着物的时间等来做最适当的应用。必须随时注意周遭环境的变化,做最佳的调整。加温可以使溶剂活性,来要带走溶剂还是要借助风力,效果才比较明显。


    n.焊锡

    最适比例的锡为60~63% 铅40~37%,心蕊包助焊树脂而成。近年电子业的变化,延伸出一些新的产品,诸如免洗锡丝、无铅锡丝等。注意外径愈细,单价会较高。

    尤其是无铅锡丝,各国对环境保护观念的兴起,日本已经禁用含铅锡丝,欧洲也逐步禁用,必定是全世界的趋势。


    o.线材 Harness

    分为两部分,一是电子线,指负载小电流的电线。另一部分为连接器部分,大部分都依知名厂商(如 Molex、AMP、JST、Hirose…)的连接器母座当编号(如 Molex 51021-0200等)。

    电子线, 线蕊的部分,市场上都依美国线规(AWG:American Wire Gauge )的规定订定。线皮部分,因牵扯到安全规定(简称安规,如UL、CSA、…),也都以UL安规的案号来命名,例如: UL 1571 AWG# 26。

    你不得不知道的喇叭基础知识(珍藏版)

    厂家是把电子线用模具打在端子上,然后插入母座上而成,我们要注意线材在端子上的压着力,太过,可能使铜线断裂,不足,将使线材脱落。

    热缩套管,顾名思义就是加热后会缩紧的线套,目的在使线能靠紧一起,便利于成品的组装。比较知名的厂商为Sumitube,为Sumitomo住友商事旗下的一家公司。

    总观线材,我们必须注意:整体线径的大小、端子压着力的大小、端子和母座的拉拔力、热缩套管热缩后的外径、电子线的长度、电子线在母座上安排的顺序。

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