扬声器设计与分析
篇一：浅谈扬声器设计
浅谈扬声器设计
发布:2009-1-05 09:27 | 作者:廖喇叭 | 来源:本站 | 查看:98次 | 字号: 小 中 大
浅谈扬声器设计
本人从事扬声器及其系统开发已经15年，一个偶然的机会与声学楼结下一段
缘分，于是我驻足良久，想籍此结交一些扬声器个中高手以做切磋，甚而我有更
远大之理想：为提高整个中国之扬声器制造业水平而略尽绵力！我国是世界公认
的电声器件第一生产大国和出口大国，但却不是强国，总体上处于OEM的阶段，
只有少数企业进入ODM阶段这也是长期努力的结果！究竟是什么原因导致我泱
泱大国的扬声器“大”而不“强”呢？我时常苦思这个问题：论市场我们有；论技术
我们有；论廉价劳动力我们也有！可我们的产品却总比不过人家！
我们对自身的素质要求太低啦；
我们的技术交流太少啦；
我们都太保守啦！！！
集多年的研发经验，现将一些心得与诸君分享，以期拋砖引玉：
1．音圈的感抗：音圈的感抗是由于音圈在磁场中上下运动切割磁力线产生感应
电动势，这个感应电动势中的感应电流对音圈的电流产生反作用，从而产生音圈
的感抗。对于一个扬声器来说：感抗弊大于利，固我们在扬声器的开发中都尽量
避免音圈感抗的产生。要消除音圈的感抗最常用的方法有两种：
1．1在T铁的顶部加一个铜套；
1．2在T铁的底部加一个铜环；
2．力撑系统的顺性在阻抗曲线上的表现（列图）：
经验值（相对）：A属于高顺性扬声器
B属于低顺性扬声器
3．产生如下曲线的原因及改进之方案：
经验值：此应为力撑系统的粘接不良产生共振从而产生曲线上的峰谷，改进
之方案应该从制造的工艺上去想办法。
1． 目的：Bm×Hm達到最大值
2． 方案：
2．1 氣隙磁場無漏磁
Bg Ag = Bm Am
Hg Lg = Hm Lm Bm/Hm =Lm/Am Ag/Lg = tgα
Vm = Am Lm = BgAg/Bm HgLg/Hm = Bg2Vg/BmHm
Ld = BgLg√Br/HcBdHd
Ad = BgAg√Hc/Br BdHd
2．2 氣隙磁場有漏磁
FbgAg = BmAm
FHgLg = HmLm
3． 目前我公司採用2.1設計方案。
1． 目的：使震動系統産生極小的橫震動與極大的縱震動。
2． 原理：F = Bli e = BLv
F = αie = αv
3． 方案：
3．1 材料的密度ρ要小
3．2材料楊氏模量E要大
3．3具有適當的內阻尼
3．4採用複合泡沫邊紙盆
3．5採用耐高溫音圈系統
3．6採用絹布彈波系統
2.10电动式扬声器介绍电动式扬声器工作原理、应用、测量，音箱设计和分频器
设计。电动式扬声器是目前主要的扬声器类型，包括低音，中音和高音，基本工作原理如下:
电流通过音圈产生电磁场和磁隙中永久磁场相互作用使音圈受到力的作用，使与之相连的振
动板产生机 械振动，正如JBLMarkGrander指出，要想产生声音，必须移动空气。其
机械构造与电动机相似，只不过电动机的转子被扬声器的音圈振动系统所代替。图2.1是
典型的动圈式 扬声器的剖示图。当永久磁场中的音圈通有电流时，根据右手定则在磁隙永
久磁场内部会产生一个电磁 场，磁场相互作用，由此所产生的机械力使得锥体式振膜或球
顶式振膜沿着垂直于磁缝的方向运动。并带动了振膜两旁的空气运动。
电动式扬声器由三个独立但又组装在一起协调工作的系统组成：
1.驱动系统：由磁体，中心导磁柱，上导磁板和音圈组成。
2.振动系统：由振动板，防尘罩或者球顶振膜组成。
3.支撑系统：由定心支片和折环组成。
2.20驱动系统：驱动系统由五个基本部件组成，包括组成磁隙的上导磁板和导磁柱，磁体，
音圈和后导磁板。上下导磁 板和导磁柱由高导磁材料如纯铁制作，它们为磁场提供一条路
径。磁体通常由钡铁氧体材料类制作，并且形状一般为圆环形状。磁路通过磁隙构成回路。
在磁隙空气中产生非常高的磁场强度。如果交流电流 通过音圈，例如60Hz正弦波，当在
正半周时，通过音圈电流将会使音圈朝一个方向运动，当在负半周时，电流反向，产生电磁
场反向，音圈改变运动方向，这就是两个磁场作用产生推拉的结果。为了准确重放 由正弦
波输入产生的运动，音圈在磁隙两个方向移动应相等。为了保证这点，磁隙磁场的对称性非
常重要，这样在两个不同方向上才能获得相同的驱动力。如果不这样，就会产生信号失真。
如果磁场磁力线被限制在非常窄的磁隙中，可以认为磁场是对称的，不需要考虑它的影响。
但是，磁力线会跑出磁隙空间范围，在磁隙两边产生漏磁场，通常有很多方法可以保证漏磁
场对称，见图2.2。图2.2 中A为普通圆柱型导磁柱，由于结构不对称，所以产生不对称
的漏磁场，虽然应用广泛，但是这种结构最差。图2.2中B为将导磁柱加工成工字形，所
以产生对称的磁场。惠威现在D系列,早期S系列均采用上述磁路结构。图2.2中C为导
磁柱加工成一个角度，同2.2中A相近，但漏磁场对称性要好一些。惠威现在PLUS系 列
采用这个磁路结构。 电流通过音圈产生机械力，用BL值表示。BL为一定圈数的导线长
度L乘以单位面积磁通密度B。BL是衡量 驱动系统强度一个参数，单位用TM/N。怎样测
量BL数值可以参看扬声器测量部份。
2.21磁隙几何形状和BL值：在扬声器中，通常用两种基本的磁隙/音圈几何组合，短音
圈方式和长音圈方式。图2.3的两种方式中，长音圈方式应用要普遍得多。图中Xmax表
示的距离代表音圈朝一个方向可以运行的距离，在这个移动范围内，音圈在磁隙中切割磁场
的音圈匝数没有变化。Xmax等于音圈卷宽减去磁隙高度 再除以2。图2.4显示了两种不
同方式BL值随着音圈位移增加（单向）变化结果。当输入扬声器电压增加时，音圈位移越
来越偏离磁隙，直到超过Xmax。此时，音圈在磁隙中匝数减少，总的BL值减少。一个扬
声器当它的音圈匝数在磁隙中恒定时，称为工作在线性范围内，如果当它的音圈匝数在磁隙
中减少或变化时， 称为工作在非线性范围内。短音圈方式在一个短的距离内，得到相当线
性的驱动力，但是通常同长音圈方式相比，具有比较低的BL值，（因为增加了磁隙高度所
以要求比较强的磁场，短的音圈则意味着轻的音圈 质量）。长音圈方式优点在于合理的线
性范围以及更高的效率（虽然音圈重量增加），所以这种方式受到制造商普遍采用。不同的
音圈卷宽配合不同的磁隙高度，可以获得相同的Xmax。但是当位移超过Xmax时，非线
性表现却不一 样。例如:一个12mm卷宽音圈配合8mm磁隙同一个8mm卷宽音圈配合
4mm磁隙，他们具有相同Xmax=2mm。虽然 他们Xmax一样，但是磁隙高度同Xmax
之比例却大不一样。12mm为4:1。但8mm卷宽音圈只有2:1。音圈位移 超过Xmax
时，这个比值同BL值减少有一定关系。图2.5给出了具有相同Xmax值，但是不同磁隙
高度/Xmax 比例情况下，上述例子BL非线性特性曲线。请看图，BL在超过最大线性位移
Xmax之后，开始逐步下降， 到了大约两倍Xmax时开始急剧下降，当磁隙高度/Xmax
比值大时，同磁隙高度/Xmax比值小的相比，BL值 下降要慢一些。在位移极限位置附近，
也就是当音圈离开磁隙一个很大距离时，当位移变化时，BL值本 身变化不大，曲线变得很
低，并且BL值趋近0。虽然BL值在两倍Xmax之内下降缓慢，但是失真却首先反映出来，在满足失真要求下，音圈最大位移通常在Xmax基础之上再加15%。在增加音圈电压时，通过测量三次谐波失真可以决定最大线性位移。此时，由于位移增加，并且超过Xmax，三次谐波失真开始增加。当三 次谐波失真达到大约3%时，位移量大约在Xmax+15%点上。
2.22短路环和法拉利回路：电流通过音圈同样产生一个附加电流，同扬声器音圈电流相反，也就是大家熟悉的反电动势效应，这个反 电动势在音圈中产生的电流作用就像发电机转子,这个效应产生的电磁场，同扬声器音圈中信号电流产生交 流磁场一起，在磁隙磁场之中产生磁场调制作用。这个现象在1949年由W.J.Cunningham发现，会产生严重 的二次谐波失真。进一步研究表明，这个对磁场调制现象，当音圈向不同的方向运动时，效果是不同的，换句话说，它是一个不对称的磁场调制效应。 产生这个不对称磁场调制效应部份原因就是导磁柱，作用好像变压器铁芯。当音圈变换运动方向时，就会 同步发生磁场调制。并且在音圈单向运动超过Xmax时，部份同步的产生磁场调制。另外发现，音圈磁场同 漏磁场相互作用改变漏磁场形状，这个结论，至少部份的解释了在后面我们讨论的推挽结构的优势。
最简单的解决方法是使用高导磁率材料铁芯，这样靠近音圈部份铁芯总是处于饱和状态，可以获得可以忽略的磁场调制电流。这个技术并不是经常使用，原因在于高导磁率材料非常昂贵。最普遍的技术方法解决 这个磁场调制/涡流问题是采用短路环。或者叫做法拉利环。见图2.6。短路环应用有不同的方法。但都是 通过产生一个同音圈产生的磁场大小相等，方向相反的磁场来达到目的。图中A为将导体材料如铜覆盖 在导磁柱顶部。图2.6中B为在导磁柱上安装一个铜帽。图2.6中C为一个铜柱围绕着导磁柱。图 D为一 个短路环安装位置图，通常由铝制作，放置在导磁柱底部。屏蔽导磁柱方法附带着另外一 个好处是减少音圈电感效应，通常电感效应会引起高频段响应升高。屏蔽罩安装位置和大小可以用来调节和控制扬声器单元中频和高频段频率响应。在导磁柱底部安装一个短路环同屏蔽导磁柱方法一样可以减少 二次谐波失真，但是不能影响音圈电感以及高频单元响应。虽然应用短路法一个主要的好处是可以减少失真，但是控制中频和高频单元响应同样重要。
2.30振动板：解释扬声器振动板物理原理通常通过讨论一个理想的无限大刚性活塞推动空气来理解。同无限大刚性活塞推动空气相比，扬声器单元振动板运动从频率上来讲是有界的。在低端由扬声器谐 振频率决定（在低于谐振频率的频段，扬声器能量转换受到机械限制），而高频则受到空气辐射阻抗特性所限制。空气对运动的阻力为辐射阻抗，辐射阻抗随着频率升高而减少直到某一高端频率点，此后即使升 高频率，辐射阻抗保持不变。 低于这个高端频率点，能量转换显示稳定的衰减，它是空气辐射阻抗和辐射表面积函数。小的辐射表面积同大的辐射表面积相比，可以重放更高的频率。实际上，通常使用不同口径的扬声
器来覆盖重放不同的频 段。现实世界中，振动板不是绝对刚体。并且使用不同的材料制造，形变特性也不一样。振动板形变对单元高频辐射效率，频率响应和指向特性影响很大。虽然
不同的材料具有不同的硬度，同时内部对振动传递速度
2.31振动板谐振模式 ：振动板有两类振动模式：放射型和同心型被应用于分析扬声器振膜振动。由图2.7描绘。放射型振膜振动 从振动板中央扩散到振动板边缘。通常发生在低频段，并且在实际中作用被认为为次要影响的振膜振动。 同心型振膜振动，由围绕振动板中央的一系列波纹或涟漪组成。这些同心型振动模式，通过全息照相可看到波纹数量随着频率不同而变化，并且当改变频率时，一些波纹被反射回到中部，形成干涉图案。这些波纹或涟漪以一种非常复杂形态来推动空气，并且一些同音圈相位相同，另一些则相位不同。在图
2.7中，振 动板正负区域表示他们相位相反。这个复杂的叠加和抵消关系被称作振动板分割振动，在扬声器典型频率响应曲线中，产生很多峰和谷。当频率上升时，振动板有效辐射面积将会减少，所以在很高频率，倾 向于只有在振动板中央才发生辐射。在一些频率点，振动板有效辐射振动质量变小，声输出陡斜下降，被称为高频截止频率。为了获得高的高频截止频率，振动板质量同音圈质量比例越小越好。高频截止频率另外还受到音圈电感影响
2.32振动板指向性 ：当频率升高时，所有扬声器都表现出指向特性，并且高频输出成为一束声波，好像汽车车灯发出的灯光。在声音波长（=c/f）比振动板周长大一些时，辐射为一个球面。当频率上升，波长等于或小于振动板周长 时，辐射图案变得相当尖锐。图0.8给出不同口径振动板-6dB点频率/偏离轴向角度曲线。
2.33振动板形状：不同形状振动板具有不同的响应特性。振动板设计有两种基本形状：圆锥型或平面型，以及凸面形。锥体形状振动板在响应范围高频段，倾向于有一个高的峰。峰的位置部份的由锥体角度决定。同凸面形振动板 相比，它的带宽要宽一些。凸面形振动板趋向具有平滑的频率响应，并且在高端具有一个不太尖锐的峰（意味着高频响应效率低）。但是同锥形振动板相比，带宽要窄一点。通过改变凸面形振动板曲率，可 以改变和控制扬声器频率特性
2.34防尘罩：扬声器的磁隙宽度可以从大口径的几个毫米到小口径高音的一张厚纸那
么小。磁隙宽度尽量越小越好，这样可以使振动的音圈获得最大磁场驱动力，同时容易散热。当音圈同振动板相粘接时，从导磁柱到音圈之 间空间通常采用精密定位填充模具来安装定位。这个装配过程使导磁柱和音圈之间空间对外部灰粒暴露出来。这样，可能会有一些灰粒存留在这个空间之中，产生一些问题。传统解决办法是固定一个封闭罩，也就是防尘罩，来密封这个空间。 将一个防尘罩安装在振动板和音圈粘接部位上方，解决了一个问题，但是，又带来其他问题。安装在振动板上的防尘罩有两种基本类型:固体材料和多孔材料。固体材
篇二：扬声器设计正文
xx学校
五年制高职毕业设计
姓 名：
系 部：
专 业：
指导教师：xx 学 号：xx 电子工程系应用电子 xx 职 称：xx
xxxx 年 xx 月 xx
目 录
第一章实习概况......................................................3
第二章扬声器的简介..................................................4
2.1扬声器的发声原理???????????????????4
2.2扬声器的分类?????????????????????4
2.3扬声器的组成结构???????????????????4
2.4扬声器的主要电声特性?????????????????5
第三章S20K08-A型动圈式手机扬声器的设计与制作????????6
3.1 材料价格成本清单?????????????????????6
3.2 软件部分的操作过程及注意?????????????????7
3.3 硬件部分的操作过程及注意?????????????????11
3.4装配部分的操作过程及注意?????????????????13
3.5成品外观及基本尺寸的在线巡验???????????????18
3.6电声特性的在线巡验??????????????????19
第四章制程工治具的选用和检验?????????20
4.1胶水的作用和用量的选定????????????????20
4.2打胶治具的检验????????????????????20
4.3烙铁温度的品定及检验?????????????????21
第二章制程错误的分析和应对措施?????????22
5.1前推法的实施控制???????????????????22
5.2后推法的实施控制???????????????????22
5.3关键岗位的把关????????????????????22
5.4自检和互检的落实???????????????????22 结束语???????????? ????????????????? 23 总结????????? ????????????????????? 23 参考文献?????????????? ????? ?????????24 致谢??????????????????? ????????????25
1实习概况
本人在厦门冠音泰科技有限公司实习，从事（PE）的工作。厦门冠音泰科技有限公司是一家集研发、制造、销售于一体的微型扬声器公司。公司在注重自身产品的同时还注重对我们这些实习生的培养。
在该公司实习一年期间我学到了许多课本上学不到的知识，无论在动手操作、用眼观察还是与人交际方面的能力都得到了锻炼。我进入车间从一名普通工人做起，对于每一种型号的产品都去熟悉，熟悉产品的材料、结构生产工艺和工序的注意点，特别是对于每道工序都有亲自去操作，在操作过程中发现的问题我会向有经验的师傅请教，在前三个月的实习中自己对扬声器的原理和生产知识有了大步的提高，于是领导调我从事制程在线检验的工作。
工作中用到最多的就是眼，首先确认材料的材质和辅助治具，再对员工的操作步骤及要求进行编写和发行，在保证成品质量的前提下首先要确认所投入生产线的材料的质量是合格的，由于是流水作业所以每道工序都是一样重要，少一不可，而我的工作也就是确保每道工序的产品质量、对异常情况进行排除，然后才在生产过程中对每一个工序进行核对，“细节决定成败”这句话是我时刻提醒自己的，因为在哪道环节出了错就会导致不良品的产生，而这些不良没有在第一时间发现和找出原因，不良品的数量会在单位时间内不断增加直接给公司带来人力和物料的损失，所以在看似简单的工作面前是马虎不得的。
在生产中对操作者错误的作业方法进行纠正也是我的职责所在，而前提是我自身要掌握正确的操作方法。这样才能使操作人员信服，愿意听你的，我不但要纠正错误的操作还要能够向他们详细说明为什么不对、为什么要这样改、这样改的好处是什么，这样不但使别人的对自己的工作更加理解和支持还锻炼了自身的交际能力。
在公司实习期间公司还组织我们进行管理知识方面的培训如:一些质量管理体系（ISO9000）还有一些处理事情的分析法（5W2H），这些知识的学习对于我日常的工作都起到了很大的帮助。
2 扬声器简介
2.1 发声原理
扬声器又称“喇叭”。一种电声换能器件。音频电能通过电磁、压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动周围空气造成音响
图2-1 扬声器
2.2 扬声器的分类
按元件分：动圈式、电容式、晶体式；
按声辐射材料：分纸盆式、号筒式、膜片式；
按纸盆形状分：圆形、椭圆形、双纸盆和橡皮折环；
按频率分：低音、中音、高音；
按音圈阻抗分低阻抗和高阻抗；
按效果分：直辐和环境声等扬声器分为内置扬声器(喇叭)和外置扬声器，而外置扬声器即一般所指的音箱。内置扬声器是指MP4播放器具有内置的喇叭，这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器(喇叭)来收听MP4播放器发出的声音。具有内置扬声器的MP4播放器，可以不用外接音箱，也可以避免了长时间配带耳机所带来的不便。
2.3 结构特性
按外形结构扬声器分为硬件部和软件部分装配部分
硬件部分 华司 磁钢 PCB板 防尘网 盆架
软件部分 音圈 膜片
装配部分 支架 护盖 防尘网 导电网/Poron
2.4 扬声器的主要电声特性
参数主要包括:Z，DCR ,Fo,η0, SPL
以下分别是这几种参数其物理意义：
（1）Z:是指扬声器的电阻值,包括有:额定阻抗和直流阻抗(单位:欧姆/ohm)通常指额定阻抗。扬声器(喇叭)的额定阻抗Z:即为阻抗曲线第一个极大值后面的最小阻抗模值,它是计算扬声器电功率的基准。
（2）DCR扬声器(喇叭)直流阻抗:是指在音圈线圈静止的情况下,通以直流信号,而测试出的阻抗值。 扬声器阻抗是指扬声器输入信号的电压与电流的比值，其单位为欧姆。扬声器(喇叭)的额定阻抗是指扬声器在额定状下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。通俗的说阻抗也是扬声器对电流所呈现出的阻力，阻抗并不等于就是电阻，而是包括电阻和电抗，即低电阻和电感、电容产生的感抗和容抗三个部分，是这三者在向量上的总和。在三者相同的电压下，扬声器阻抗越高电流越小，喇叭阻抗越低电流越大。在功放与输出功率相同的情况下，低阻抗的扬声器可以获得较大的输出功率，阻抗太低了又会造成欠阻尼和低音劣化等现象。通常，扬声器的阻抗越低，便越难于推动。喇叭阻抗并不是一个常数值，随着播放的音乐的频率而不断变化起伏，可能在某频率高到十几欧姆或二十几欧姆，也可能在某频率低到一欧姆或以下，一般以其谐振频率下共振峰之间所呈现的最低阻抗值来作为其标称值。扬声器的额定阻抗有2、4、8、16、32欧等几种。在选购扬声器时，要注意与电路的阻抗匹配问题，其阻抗要在电路功放的负载阻抗范围之内，只有车载功放才能安全工作并提供最理想的功率输出。扬声器(喇叭)的额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的，而扬声器音圈的直流电阻R直≈0.9R额。
（3）Fo(最低共振频率)：是指扬声器阻抗曲线第一个极大值对应的频率（单位:赫兹(Hz) 扬声器的阻抗曲线图是扬声器在正常工作条件下,用恒流法或恒压法测得的扬声器阻抗模值随频率变化的曲线。
（4）η0(扬声器的效率):是指扬声器输出声功率与输入电功率的比率。
（5）SPL(声压级):是指喇叭在通以额定阻抗1W的电功率的电压时,在参考轴上与喇叭相距1m的点上，产生的声压，扬声器的灵敏度（dB/W）通常是指输入功率为1W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大小。灵敏度是扬声器对音频信号中的细节能否巨细无遗地重放的指标。灵敏度越高，则扬声器对音频信号中的细节均能作出的响应，i-Fi扬声器的灵敏度应大于86dB/W。
篇三：扩音器的设计-毕业设计
扩音器的设计
学生：XXX指导老师：XXX
内容摘要：近几年来，计算机技术进入了前所未有的快速发展时期，随着电子信息技术的发展关于音响放大器在电子技术基础中所处的位置越来越重要，它不仅是电子信息专业的一个重要部分，而且在其他类专业工程中也是不可缺少的。放大器电路做为子系统的应用，发展更是迅速，已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件，其现实生活中的运用也是非常普遍和广泛。扩音机电路是把微弱的声音信号放大成能推导尿管扬声器的大功率信号，主要由运算放大器和集成音频功率放大器构成。电路结构分为前置放大，音频控制，功率放大三部分。前置放大主要完成小信号的放大，一般要求输入阻抗攻，输出阻抗低，频带宽，噪音要小，音频控制主要是实现对输入信号高、低音的提升和衰减；功率放大器决定了整机的输出功率大。
关键字：扩音器 功率放大器 音频控制
The design of the amplifier
Abstract: In recent years, computer technology into an unprecedented period of rapid development, the development of electronic information technology for the audio amplifier an increasingly important location in the electronic technology, it is not only an important part of the Electronic Information andin other types of professional engineering is also indispensable. The amplifier circuit as a subsystem of the application, to develop more rapidly and has become indispensable to the core components of a new generation of electronic devices, their use in real life is also very common and widespread. The amplifier circuit is weak voice signal amplification can push the catheter speaker's high-power signal is mainly composed of operational amplifiers and integrated audio power amplifier. The circuit structure is divided into pre-amplification, audio controls, power amplifier parts. The preamp to complete small-signal amplification, and general requirements for the input impedance of the attack, low output impedance, wide band, noise, the audio control to achieve the input signal, bass enhancement and attenuation; power amplifier determines the overall output power
Keywords: amplifier power amplifier tone control
目录
前言 ........................................................................ 1
1 概述 ..................................................................... 2
2 总体设计方案 ............................................................. 2
2.1 前置放大器 ......................................................... 2
2.2 音调控制电路 ....................................................... 3
2.3 功率放大器 ......................................................... 8
3 设计原理分析 ............................................................. 9
4 扩音器的调试 ............................................................ 10
5 结束语 .................................................................. 12
参考文献 ................................................................... 13
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