微型扬声器知识.docx

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微型扬声器知识

微型扬声器知识讲义

编著整理：

游少林

随着通信事业的发展，近几年以来我国通讯终端产品产量增长很快。

扬声器越来越趋向微型化，而微型扬声器体积小，质量轻，所以在性能设计上有很大的局限性，设计一款优秀的微型扬声器，给消费者带来优质的听觉享受，是我们电声工程师孜孜不倦的追求。

根据电声前辈们积累下来的精华结合本人对微型扬声器的实践经验，编写了本讲义。

不妥之处敬请各位批评指正。

一．微型扬声器的结构

主要由这几部分组成（盆架，磁钢，极片，音膜，音圈，前盖，接线板，阻尼布等）

耳机喇叭结构如下图：

外径为15mm

手机喇叭结构如下图：

外径为20mm

手机受话器结构如下图：

外径为11*7mm，高为2.6，外磁式。

二微型扬声器的发声原理

1应用的基本原理-------电，磁，力

带有电流的导线切割磁力线，会受到磁场的作用力。

导线在磁场中的受力方向符合左手定律。

作用力大小F=BLI（B为磁感应强度，L为导线长度，I为电流）

2微型扬声器的发声原理

A扬声器的磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场（磁感应强度的大小与方向处处相同的磁场）。

B.扬声器的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜。

C.音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力，带动振膜一起上下运动，振膜策动

空气发出相应的声音。

D.整个过程为：

电—力---声的转换。

3馈入信号与发出声音的对应

A.磁场恒定，音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化，

B.音圈在磁间隙中来回振动，其振动周期等于输入电流周期，振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱。

B.音圈有规则的带动振膜一起振动，策动空气发出与馈入信号相对应的声音。

三微型扬声器磁路的设计

1.1磁场的产生

A，安培分子电流假设：

在原子、分子等物质微粒内部，存在一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两极相当于两个磁极。

B，磁场的产生：

从宏观上看，磁场是由磁体或电流产生的；从微观上看，磁场是由运动电荷产生的。

理解：

⑴磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷产生的。

⑵一切磁现象都可以看成是运动电荷和运动电荷之间通过磁场发生相互作用。

C，磁性材料：

1.2，磁场的描述。

磁场最基本的特性是对放入其中的磁体或电流有磁场力的作用。

A.磁感应强度：

用来描述磁场的强弱和方向。

定义：

在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的比值。

大小：

方向：

磁场的方向，用放在磁场中的小磁针N极受力方向表示。

注意：

⑴，B是磁场本身的性质，只与产生磁场的磁体或电流有关。

⑵，通电导线不能太长。

⑶，通电导线必须与磁场相垂直。

⑷，B是矢量，方向就是磁场的方向。

⑸，用磁感线描述磁场的分布。

⑹，在国际单位制（SI）中磁感应强度单位是特斯拉1T=1N/A﹒m=10KGs等于10的四次方高斯产

⑹，磁感应强度的测量：

（一般采用特斯拉计）

B．磁感线：

用来形象地描述磁场强弱和方向的假想曲线。

常见磁场的磁感线分布：

特点：

⑴，磁感线的疏密表示磁场的强弱。

⑵，磁感线的切线方向表示磁场的方向。

⑶，任意一条磁感线都组成一闭合曲线。

⑷，任意两条磁感线都不相交。

C．磁通量，可形象地表示为通过磁场中某个面的磁感线的条数。

匀强磁场中

其中

为面积在垂直磁场方向上的投影。

单位：

韦伯（Wb）1Wb=1T﹒m2

由于

，B可表示为单位面积上的磁通量，称为磁通密度。

1.3微型扬声器的磁路形状主要有：

根据磁钢的数量来分：

单磁与双磁

根据磁钢的位置来分：

内磁与外磁

内磁：

磁体置于音圈中心，周围有磁罩环绕。

这种结构漏磁小。

外磁：

磁体位于磁路处，在音圈的外面。

这种结构漏磁较多。

一般用于体积小的受话器磁路。

1.4，微型扬声器的磁路设计与工艺要领

1.磁钢+极片的高度一般与U杯（磁罩）的内高相等。

2.极片的外径要比磁钢的外径大0.1mm。

3.一般采用的是钕铁錋磁铁（有N35，N38，N45等）。

4.双磁作业时要分开充磁，充好磁后再粘贴。

不能先把两磁钢粘好后再充磁。

5.微型扬声器的磁路单边间隙一般为0.2-0.3mm。

6.胶水一般采用AB胶粘贴磁路。

1.5．设计低失真的磁路

四.微型扬声器音圈的设计

音圈是扬声器振动系统的重要组成部分，可以说是扬声器的心脏。

音圈的名称来自“通过音频电流的线圈，

简称“音圈”。

音圈的性能会影响扬声器的声压频率特性﹑效率﹑失真﹑承受功率和寿命﹑瞬态特性﹑音质。

承受功率使音圈不因过热而损坏。

4.1音圈的作用

1．当处在磁隙中磁场强度为B的音圈通过电流I时，受到的力为F=BIL，受力方向按左手定则。

如下图

2.当振膜以速度V振动时，会在音圈内产生感应电压BLV，其方向符合右手定则，起阻尼作用。

3.音圈的质量影响扬声的谐振状况。

4.音圈与磁路关系非常密切，特别是失真，如下图所示，由于磁通密度分布不均匀面产生非线性失真。

当音圈通过音频电流时，会产生交变磁场，由于磁性材料的非线性会出现电流失真。

4.2音圈的结构

1.有骨架音圈的结构。

一般用于多媒体扬声器，笔记本扬声器（∮36，∮40，4028等）它由以下几个部分组成：

1.绕线管（线圈骨架）。

它是支持线圈的骨架，通常由纸，耐热塑料，铝箔等组成。

2.绕线。

由漆包铜线，铝线，铜包铝线组成。

3.压线纸。

可以是绕线管的一部分，也可以是单独的压线纸。

4.引出线和引线。

引出线是导线的一部分，引线由别外的编织线组成。

如下图a是间接引线型，在

扬声器装配中还要另加引线。

如下图b是直接引线型，在装配过程中不再另加引线。

2.无骨架音圈的结构。

一般用于手机扬声器，手机受话器，耳机喇叭等。

它只由一根漆包线绕制而成

1.根据形状来分：

圆形音圈与跑道形音圈。

2.根据引线位置来分：

相邻引线型与中心对称引线型形。

中心对称引线型形音圈一般用于弹片式受话器。

4.3．音圈导线介绍

1.导线的结构：

由导体，绝缘层，粘接层组成。

2.按导体材料分：

铜线，铝线，铜包铝线等。

3.按材料形状分：

圆线，扁线，空心线。

：

4.按绝缘厚度分：

圆线：

薄漆膜-1厚漆膜-2加厚漆膜-3。

5.按粘着方式可分为:

酒精线--------在酒精作用下自行粘合的线材（如:

Lock）.

　　热风线--------经过热的作用下自行粘合的线材（如:

PEI）.

　　双用线--------在酒精或热的作用下自行粘合的线材

6.按绝缘材料分：

聚氨酯和聚酯两类

聚氨酯导线的漆膜以聚氨酯树酯为主体。

在焊接时漆膜易熔，焊接容易。

另一个优点是容易着色。

缺点是

耐磨擦性能差，耐溶剂性弱。

音圈的耐热温度约为160℃。

聚酯漆包线的漆膜以聚酯树酯为主体。

其焊接性能差，耐磨擦性与耐溶剂性强。

音圈的耐热温度约为180℃

7.漆包线的检验：

包括外观和尺寸的检验测量，性能的测试。

其中性能包括：

机械性能，化学性能，热性能和电性能。

7.1．漆包线表面（外观）应光洁，色泽均匀，无粒子，无氧化，发毛，阴阳面，黑斑点，脱漆等影响性能的缺陷，排线应整齐，平整紧密，地绕在线盘上，不压线，收放自如影响表面的因素很多，它与原材料，漆料，设备，工艺，环境等因素有关。

7.2机械性能：

包括伸长率，回弹角，柔软度和附着性，刮漆，抗拉强度等项目

7.2.1伸长率反映材料的塑性变性，用其来考核漆包线的延展性。

7.2.2回弹角，柔软度则反映材料的弹性变形：

用其来考核漆包线的柔软度。

伸长率和回弹角，柔软度的好坏反映了铜材质量和漆包线退火程度影响漆包线伸长率：

回弹角主要因素为

（1）线材质量：

（2）外力的影响。

（3）退火的程度有关。

7.2.3漆膜的韧性包括卷绕，拉伸，即漆膜随导体拉伸变形而不破裂的允许拉伸变形量

7.2.4漆膜的附着性包括：

急拉断，剥离，主要考核漆膜对导体的附着性能力。

7.2.5漆包线漆膜的耐刮试验，反映漆膜抗机械刮伤的强度。

7.3．耐热性能；包括热冲击和软化击穿试验

7.3.1漆包线的热冲击是体观漆包线的漆膜在机械应力作用下对热的承受能力。

　　影响热冲击的因素；

（1）漆料的影响，

（2）铜线的影响，（3）漆包工艺的影响

7.3.2漆包线的软化击穿性能是衡量漆包线的漆膜在机械力作用下忍受热变形的能力，即受压力的漆膜在高温下塑化变软的能力。

漆包线漆膜耐热软化击穿性能高低决定于漆膜的分子结构得其分子链间作用力的大小

7.4．电性能；包括击穿电压：

漆膜连续性，直流电阻试验。

7.4.1击穿电压是指漆包线漆膜所承受的电压负荷的能力。

影响击穿电压主要因素：

（1），漆膜厚度：

（2）漆膜圆整度，（3），固化程度。

（4），漆膜中的外界杂质。

7.4.2漆膜连续性试验也叫针孔

　　它主要的影响因素，

（1）原材料的影响：

（2）操作工艺得影响：

（3）设备的影响。

7.4.3直流电阻是指单位长度里所测得的电阻值。

影响电流电阻主要：

（1）退火程度，

（2）漆包设备。

7.5耐化学性能：

包括耐溶剂性能，直焊性。

7.5.1耐溶剂性能指一般漆包线在绕制成线圈后：

要经过浸渍过程，浸渍漆中的溶剂对漆膜有不同程度的溶胀作用在较高的温度下更甚。

漆包线漆膜的耐化学性能主要决定于漆膜本身的特性：

在漆料一定条件下‘漆包工艺对漆包线的耐溶剂性能也有一定的影响。

7.5.2漆包线的直焊性能，反映漆包线在不去除漆膜绕制加工过程中焊锡的能力。

影响直焊性的主要因素为：

（1）：

工艺的影响，

（2）漆料的影响。

4.4具体导线介绍

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140oC，为溶剂型，一般用于小型低功率扬声器。

SV线：

使用温度在200oC，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）。

4.5设计参考

1.导线的选择要根据：

A，扬声器的额定阻抗。

B，扬声器的功率。

C，音圈的高度（一般是音圈高度要大于极片高+音膜台阶高，要小于磁钢高+极片高）。

D扬声器的声学性能（SPL，F0，失真等）

2.微型扬声器音圈的一些设计公式：

圆周长L=2πr音圈导线长=扬声器阻抗/导线的标称阻抗

圈数=导线长/圆周长音圈高H=（圈数/层数）*导线外径

例如：

内径为10mm的音圈，阻抗为7.4Ω，二层，导线用0.056mm。

解答：

根据下表查出0.056的最大外径0.067：

阻抗为6.94

圆周长：

（10*3.1416）/1000=0.031416M音圈导线长：

7.4/6.94=1.066282M

圈数：

1.066282/0.031416=34圈音圈高：

（34/2）*0.067=1.17mm

5.一些漆包线方面的国家标准资料：

五．微型扬声器的膜片设计

膜片设计是微型扬声器设计的核心之一，膜片设计是否合理直接影响到扬声器的特性。

1.微型扬声器膜片的材料介绍：

主要有PET，PEN，PEI，PC，PAR，PEEK，复合材料膜等。

1.1PET

PET是一种热塑性聚酯，化学名称是聚对苯二甲酸乙二（醇）酯，英文名称PolyethyleneTerephalate,简称PET。

其用于振膜的商品名称Mylar薄膜常用作为薄型扬声器，微型扬声器，送受话扬声器，平膜扬声器的振膜，具有一定的弹性，耐磨防潮，厚度均匀，抗化学药品，价谦等优点。

常用厚度有5u6u9u12u16u19u25u38u50u75u100u等。

1.2PEN

PEN化学名称是聚乙苯二甲酸盐，又名2-6奈二甲酸乙（醇）酯，英文名称PolyethyleneNaphthalate,简称PEN,其质量密度小，刚性好，弹性模量比PET高，耐温可达到160℃。

常用厚度有6u9u12u16u19u20u25u30u38u50u75u100u等。

1.3PEI

PEI化学名称是聚醚洗酰亚胺，英文名称Polyetherimide,简称PEI。

于1972年由美国GF公司研发，PEI可用模压，注塑和挤出成型，且容易后处理。

颜色淡黄色。

常用厚度有7u10u13u15u20u25u30u50u75u100u等。

2.微型扬声器膜片的设计主要有两大块：

1.膜片的基础形状的设计。

2.膜片的加强筋（折环）的设计。

这两者相辅相成，共同决定着膜片的特性。

而加强筋（折环）的设计又分为：

加强筋筋脉，加强筋剖面形状，加强筋面形状，加强筋的角度，深度，数量等要素。

2.1膜片的结构：

主要由球顶，折环，加强筋，音圈位，悬边等组成。

2．2折环与加强筋的作用

2．3加强筋筋脉的设计与等效顺性的关系。

A加强筋筋脉深度越深和宽度越宽，其膜片的等效顺越大

B加强筋筋脉的数量越多，其膜片的等效顺越大

C加强筋筋脉角度越小，其膜片的等效顺越大（一般采用0°.30°45°66°四种）

D加强筋的面形状有二种：

一字形加强筋面形状，竹叶形加强筋面形状

竹叶形加强筋膜片的等效顺性大于一字形加强筋膜片。

E加强筋的剖面形状有四种：

U字形，V字形，样条形，弧形。

最好采用样条形

2．4膜片的等效顺性Cmd的计算公式

4

六．微型扬声器前盖的设计，

1.前盖的材质有：

冷扎铁片，塑料

2.前盖的作用：

保护扬声器的振动膜片。

3.前盖的设计产要包括：

前盖高度的设计，前盖上出音孔的设计。

A．前盖高度的设计要合理；前盖太低，膜片振动会碰到前盖导致捐伤膜片与产生异常音。

前盖太高会浪费空间，因为微型喇叭的装配空间是非常有限的。

所以设计时要考虑到：

膜片的最大振幅=音圈高—磁间隙/2，扬声器本体的高度等因素。

B．前盖上出音孔的设计。

1.，出音孔的位置要均匀对称。

2.建议出音孔率23％时比较合适。

七．扬声器的性能参数

1.扬声器的额定阻抗

2.扬声器音圈的直流电阻

音圈的直流电阻均比额定阻抗小，一般为额定阻抗的0.85倍左右。

3.阻抗曲线

4.扬声器的共振频率

5.指定频带内的特性灵敏度（SPL）

6.自由场和半空间自由场下的响应

7.扬声器的功率

8.扬声器的品质因数和等效容积

9．扬声器的振幅非线性（失真）

我们希望扬声器的振动振幅呈线性关系，但由于扬声器的结构，材料，工艺等原因，总会出现振幅的非线性，这就是我们经常讲到的失真，这种振幅非线性有多种表示方法。

9.1总谐波失真系数

9.2N次谐波失真系数

失真也是频率的函数，下图是15.4mm耳机扬声器二次，三次谐波失真曲线。

一般情况下低频部分失真大于高频部分失真。

对于一般的扬声器总谐波失真要求低于7%，对于高保真扬声器总谐波失真要求低于5%

9.3大功率谐波

9.4互调失真

八扬声器的主要技术参数与测量方法

1.极性：

1.1极性标志：

扬声器输入端的极性标志是指在扬声器输入端馈入信号时，扬声器膜片产生运行的方向与输入端所加信号极性之间关系的标志。

1.2测量方法：

按规定馈给扬声器以瞬时直流电压，引起膜片向扬声器前方运行时，与产生正极相连接的输入端为扬声器正极，用红色或符号“+”表示。

也可用极性仪器测试。

：

2.纯音检听：

2.1特性解释：

在额定频率范围内，馈给扬声器以规定电压的正弦信号，检查扬声器的装配质量。

3．额定阻抗

4．额定共振频率

5．频率响应与有效的频率范围

6．额定频带的特性灵敏度级

7．谐波失真

8．额定噪声功率