你不得不知道的喇叭基础知识Word文件下载.docx
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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
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=20log
压力的单位为Newton/m2
2x10
Newton/m
(或2x10
Dyne/cm)是人耳能听到的最低界限,我们拿来当音压位准(0db)。
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0.7745V)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
~
(AverageSPL-10db)。
这是JIS、CNS规范的标准。
中音谷:
在1000~3000Hz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。
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=
x100%
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(TotalHarmonicDistortion)。
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/WM。
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)=74db.
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)=83db.
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。
各零件功能与材料
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(FiberGlass)改善钢性与耐热性。
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。
纱也以耐热性与耐疲劳度而分等级。
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
在纸上涂怖耐热与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,包括树脂与纸管的材料。
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,为了减轻重量与增进散热,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与其特性。
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与材质,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
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与NdFeB,因为成本较低。
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:
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,10Gs=1mT)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-iHc(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MGsOe(既KxK为M,10)。
iHc影响磁铁的耐热特性,通常来说,必须要达到17KOe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。
Polyesterfilm(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(printedcircuitboard)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FreeEdge。
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)的接着与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Molex51021-0200等)。
电子线,线蕊的部分,市场上都依美国线规(AWG:
AmericanWireGauge)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:
UL1571AWG#26。
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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