你不得不知道的喇叭基础知识

hifi536 · 发表于 2009-12-3 15:50:21

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你不得不知道的喇叭基础知识（珍藏版）
基本架构
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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。
下面请看图解:
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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。

hifi536 · 发表于 2009-12-7 12:06:00

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：
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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。
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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。

zgyxwz · 发表于 2009-12-7 14:16:54

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