扬声器设计中的若干问题1

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1、AAC 内部资料 请勿外传第 1 页扬声器设计中的若干问题扬声器设计中的若干问题一、关于音圈的设计音圈导线的截面积和长度的确定音圈应能承受额定功率下的最大电流而不致损坏。 由于额定阻抗是扬声器在工作频带内的最小阻抗； 因此，当扬声器馈以一 定的信号电压时，由额定阻抗所算得的电流，即为该扬声器在其工作频带内 可能出现的最大电流。即nERV ZVI=minmax1式中，minEZ为扬声器在工作频带内的最小电阻抗模值，亦即额定阻抗nR。加于扬声器上的电压V，可由扬声器的额定功率RP的值决定，即nRRPV=2nR RPI=max3根据RP和nR（此二参数的值通常由客户提供）求得maxI后，下一步就是如

2、何确定音圈导线的截面积S(或线径)及音圈导线的长度l。我们知道，额定阻抗nR与音圈直流阻ER之间，有如下之关系：()21CRRRRnEn+=其中：() ()MRMSRRBlR22+=；() ()22 BlMMCMRMD+=；AAC 内部资料 请勿外传第 2 页n为minEZ所对应的频率。对于中等口径的扬声器(如216)，则近似地有EnRR1.1=而SlREE=式中E为音圈导线的电阻率（mmm2）; l为音圈导线之长度（m）; S为音圈导线的截面积（2mm）;SlREn=1.14由于音圈导线所能容许的最大电流密度（每平方毫米截面上通过的电流安培数）决定于漆包线、胶、音圈骨架的耐热程度。因此，导线

3、截面积S的选定，尚依赖于一定的工作经验。例如，对于 SV 线（耐高温线） ，通常其容许的电流密度可高达 1202mmA，而不致损坏。因此， 可据所选导线可容许的最大电流密度I及由3式所算得的maxI， 就可确定导线的截面积S。即：IISmax=5对于大功率扬声器，必须选用： （）耐高温的胶粘剂，以避免音圈在高温时散圈； （）耐高温的漆包线，以保证高温时绝缘层不被烧坏； （）耐高温的音圈骨架，以保证高温时音圈不变形； 除此而外，有时还需采取各种散热措施： （）采用金属（铝、杜拉铝）骨架，以增大散热面； （）芯柱开孔，以增加热的对流； （）灌注磁液，以改善热传导； 以上各种措施的采用，其目的在于尽

4、可能增加音圈导线内的电流密度而不致损坏。 在确定了导线的截面积后，即可算得符合额定阻抗要求的导线长度：SlREE=AAC 内部资料 请勿外传第 3 页 EnEESRSRl=1.15这样， 我们由给定的额定功率和额定阻抗出发，确定了音圈导线的截面积S（或线径）及长度l。应当指出，在作功率负荷试验时，所加信号为噪声信号，并非正弦信号， （噪声信号是 不同振幅的各个频率成份的组合） ，因此，实际试验时，电流密度不会那么大。但作为一种 估计，还是可取的。二、关于灵敏度的设计气隙磁感应密度B的确定对于安装在无限大障板上的扬声器，在离扬声器距离为r处所产生的声压为：CDvrfSp=6图一通常gR0，由等效

5、力学线路可知，MEgCZRBlev=7式中MMMjXRZ+=() MRMS EMRRRBlR22 +=AAC 内部资料 请勿外传第 4 页() MSMRMDMCMMX12+=22 MMMXRZ+=考虑到扬声器在其主要工作频段内，可认为是质量控制的，即 ()MRMDMMMZ2+()MRMDEgD MMRBlerfSp2+=()MRMDEgD MMRBlerS 22+= ()MRMDMMBl 2+8若8式中令1=rm，ge为相当于馈给扬声器 1 瓦电功率时的电压,则p之值即为扬声器的灵敏度（若声压p以分贝表示，则为灵敏度级） 。则由8式可知， 扬声器在振膜面积确定后 （通常客户提出口径要求） 其灵

6、敏度与Bl成正比，而与振动系统的等效质量成反比。我们可利用8式，在已知灵敏度要求的情况下，推算出所需之B值，且 ()pleSMMrRBgDMRMDE+=22 99式中 p为扬声器在主要工作频段（或指定频率）的灵敏度， （即 1m，1W时产生的声压） ；1.1n ERR=（nR的值，由客户提供） ；为空气密度，且1.203mKg；DS为振膜等效面积， （扬声器振膜选定后，即可确定） ；AAC 内部资料 请勿外传第 5 页()MRMDMM2+振膜之等效质量， （振膜确定后，可测得） ； l为音圈之导线长度，在音圈设计时，已经确定；ge为相当于馈给扬声器 1W电功率时的电压， （客户提出额定阻抗后即

7、可确定） ； r为测点离扬声器参考中心的距离，取为 1m；由此可见，准对客户提出的灵敏度要求，即可确定磁隙中所需之B值，从而为磁路设计提供了依据。应当指出，对于长音圈设计，因l并非都在B的均匀区内，故（Bl）值应视为振动过程中的平均值；因此，为保证灵敏度达到要求，B值应取得比9式算得的大一些。三、关于扬声器低频响应的设计0f和TSQ的控制等效线路的方法， 可用于低频响应的设计。 决定低频响应的参数有二个， 即0f和TSQ的值。（）0f的控制振动系统的谐振频率，决定着扬声器工作频带的低限。且()MSMRMDCMMf+=21 21 010由10式可知，改变()MRMDMM2+及MSC均可改变0f的

8、值。但增加质量，会使扬声器的灵敏度下降， （见8式） ， 通常采用增加MSC的值来降低0f。 应当指出，MSC为支撑系统的总力顺，它由折环力顺和定心支片的力顺串联而成；对于复合边扬声器，MSC主要决定于定心片的力顺。因此，更换弹波，对0f的影响较为明显。（）TSQ的控制扬声器总品质因素的大小，决定着0f附近响应曲线的形状，亦即0f处响应的大小。TSffQSPLlg20|0=11TSQ小，表征着谐振时阻尼大，0f处的响应就较低。所以，过低的TSQ值，对低频响应不利。AAC 内部资料 请勿外传第 6 页为了控制低频响应曲线的形状，就必须控制适当的TSQ值。 MM TSRMQ0=12其中：MRMDM

9、MMM2+=() MRMS EgMRRRRBlR22 +=() MRMS EgM TS RRRRBlMQ 220+=通常0=gR； ()MRMSRR2+较小可略；则()()ES MSMEEM TSQCM BlRRBlMQ=220 1313 式显示，TSQ主要决定于电磁阻尼。由13式可知：（）改变MM，MSC之值，虽可改变TSQ之值，但不敏感， （因为在根号内） ；而且，改变此二量会同时改变0f之值。（）改变ER，l等值，则会改变音圈阻抗，所以也不宜变动。（）改变B值，则可明显改变TSQ值（平方关系） ，故通常控制TSQ值之大小， 以控制B值为最好。应当指出，在灵敏度设计时，曾确定过B值，为兼顾

10、灵敏度和TSQ值的需要，应统筹考虑，确定适当的B值。AAC 内部资料 请勿外传第 7 页四、扬声器机械尺寸的配合1、振动系统的“打底”问题，对扬声器尺寸的要求 扬声器在大功率条件下工作时，位移振幅较大，通常会出现定心支片打到上极板或音 圈下端打到下极板的情况。这两种情况都称为“打底” 。见图二。图二图中：cd音圈绕组长度；pd前极板厚度；fd前极板与定心片之间的距离；bd音圈骨架下端与下极板间距离；提到扬声器振动系统的“打底”问题，首先会涉及扬声器在工作过程中可能出现的最 大位移幅值的估计问题。我们知道，振动位移幅值的大小，不仅与驱动电信号的大小有关， 且与频率有关。在一定电信号的驱动下，当扬

11、声器振动系统发生位移共振时，位移幅值将 达最大值，且位移共振频率为MSrQff2110=14式中rf为位移共振频率；0f为振动系统的固有频率，亦即速度共振频率；MSQ为扬声器振动系统的力学品质因数；且 MSMMRMSM MSRM RRMQ00 2+=由14式可知：AAC 内部资料 请勿外传第 8 页（）0ffr；即位移共振频率与速度共振频率并不相等；（）仅当MSQ较大（即力阻尼较小）时，0ffr；因此，我们在估计最大位移振幅时，通常可以把0ff=时的位移幅值，看作是扬声器在工作过程中可能出现的最大位移幅值。因为这样做，计算比较简单而误差则不是太大。 低频时，扬声器的等效力学线路如图一所示。由图

12、可得()()()BleRBlRBleRRRBlRBlevgEEgMRMS EEgffC= +=22 2015应当指出：（）由等效电路可知，当0=gR时，ge即为加到扬声器上的电压；（）加在扬声器上的电压；可据额定功率RP和额定阻抗nR算得：nRgRPe=注意，由电功率算得的电压，均为有效值电压，若将有效值电压代入15式所算得的Cv值亦应为有效值。而我们要算的是振速幅值，所以，必须把电压的有效值代以幅值， 即()()BlRP BlevnRg ffC=220()()max 002220CnRnR ffCxBlfRP BlRPx=1616式中（）RP，nR，0f通常由客户提出，可视为已知；（）()B

13、l之值已经在音圈设计和灵敏度设计中确定，亦为已知；故由16式即可确定maxCx之值。在求得maxCx之后，即可设计有关尺寸： （）对于中、高频扬声器，或对非线性失真要求不高的低音扬声器，取pcdd；AAC 内部资料 请勿外传第 9 页fdmaxCx；bdmaxCx；（）对于高保真扬声器 （a）长音圈设计max2cpcxdd+；fdmaxCx；bdmaxCx；（b）短音圈设计max2ccpxdd+；fdmaxCx；bdmaxCx；2、额定非线性失真对扬声器尺寸的要求 当扬声器所承受的功率较大时，振动位移也较大，从而会产生非线性失真。其原因有 二：（）因B值沿轴向的不均匀性所导致的非线性失真，通常采用长音圈或短音圈设计来加以改善。 （a） 长音圈设计，取max2cpcxdd+； （b） 短音圈设计，取max2ccpxdd+；（）因支撑系统的非线性而产生的失真，通常设法增大支撑系统的线性范围，来改 善失真。（a） 改进轭环的材质和形状，使其线性范围增大至maxCx；（b） 改进定心支片的材质和形状，扩大其线性范围至maxCx；对于大功率扬声器，除了要全面考虑上述要求外，还必须考虑到振膜的机械强度和整 个振动系统的抗疲劳强度。