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小型扬声器音圈的设计

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微型扬声器知识

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。

微电声--微型扬声器标准设计规则(2010)

微电声--微型扬声器标准设计规则(2010)


•d6:音圈底面与磁罩底面之间距;
•d7:磁罩压圈底面轴向包塑厚度; •d8:PCB粘合面塑料厚度; •d9:PCB粘合面与磁罩底端之间距;
•d10:PCB面与磁罩底端之间距;
•d11:极芯片厚度; •d12磁钢厚度.
2010-12-2
2010@， All Rights Reserved
6
5
标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(3)
音圈(Voice coil)
2010-12-2
2010@ All Rights Reserved
4
3
标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(1)
径向尺寸
•Φ0:产品外径; •Φ1: 支架振膜台阶档外径; •Φ2:支架振膜台阶档内径; •Φ3:支架尾端直径; •Φei:振膜音圈档外径; •Φd:振膜音圈档内径; •Φm:磁钢外径; •Φp:极芯片外径; •Φci:音圈内径; •Φco:音圈外径;
3.4 支架尾端转角处的强度: 必须遵循d7>0.50mm, 否则应考虑加上加强型二台
阶, 如下图所示:
2101-12-2
2010@， All Rights Reserved
15
14
机械结构标准化设计—支架及下振动空间设计
3.5 支架尾端包塑厚度d1≥0.30mm, 否则会产生缺塑; 3.6 下振动空间设计: • d5: 对音圈档与振膜粘结档共面的振膜而言, 下振动空间首先通过d5的设计来保 证, 详见表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》; 对音圈档高于振膜粘 结档的振膜,表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》中给出的d5值中可 以减去音圈档高出振膜粘结档的尺寸,作为音膜台阶相对于磁回路平面的高度的设 计值; • 正如2.1中所述的, 下振动空间的另一个重要的设计值是音圈的打底距离 d6≥0.60mm, 这个数值已经将音圈高度的偏差, 振动系统的自重所引起的局部 下垂等都考虑了进去; 3.7 背通气孔: 本规则暂不推荐具体的定量设计值, 只要求孔的分布尽量对称于横 轴和纵轴,以降低THD(低频).
小型扬声器音圈的设计

小型扬声器音圈的设计


通过以上⑤-⑦的计算可以清楚的看到，产品阻抗 8Ω ，采用φ 0.045 的音圈 线,取额定噪声功率为 0.5W 时， ,此时导线通过的电流强度为 150 A/ mm2 。 取 0.7W 时，通过的电流强度为 180 A/ mm2 。取 1W 时，通过的电流强度为 200 A/ mm2 。 这就是目前一些产品的实际情况，音圈的内径在φ 7.3-φ 8.7,音圈内径大的，磁 结构相对大，散热条件也相对好，音圈的承受功率就会高一点。这些产品能够 通过寿命试验是过去想都不感想的，功劳只能归功于音圈线材性能提升的结果， 如：超高张力 215℃线等。也就是说新材料的使用，是小型产品性能突破的首要 条件。 例 2： 产品阻抗 32Ω ， 采用φ 0.025 的音圈线 （音圈内径φ 2） ,额定噪声功率为 10mW,
表 4（采用φ 0.05 线）
表 4 是为今讲课举的例子，是将表 3 中的音圈线径由φ 0.056 线改为φ 0.05 后， (其它参数不变如 f0)分析系列参数共 6 项的变化情况见表 6。
表6 序号 1 φ 0.056 线改为φ 0.05 线 SPL 上升 由 100.38dB 增加到 103.08dB 2 Qes 下降 由 3.51 降到 2.55 3 Qts 下降 由 1.62 降到 1.38 4 Cms 上升 由 1.45mm/N 增加到 1.96mm/N 5 Mms 下降 由 0.04g 降到 0.03g 6 Xm(最大振幅)下降 由 0.49 降到 0.3 电动力 F=BLI, 随着 L 的减小， F 减小。 Xm 也将减小。
2f 0 Mms Re ( BL ) 2
2 0 2 S D C
Qes =
线径细了，Mms 减轻了，虽然 L 小了，但是 Mms 减轻起了主 要作用，所以 Qes 下降 Qts =
微型扬声器结构及振膜设计

微型扬声器结构及振膜设计

微型扬声器结构及振膜设计周静雷;吕玉皎;王梦圆【摘要】参数化建模功能是用基于SolidWorks系统的二次开发,利用Visual Studio平台提供的高级语言,如C#,VB等,通过相应的API接口,驱动SolidWorks 系统,完成微型扬声器单元部件的生成及其装配.通过将模型参数化,可以将振膜、音圈、穹顶等各个部件及组成结构参数进行量化.每一个环节的变量都有明确的定义和说明,这样为修改和调整振膜的结构尺寸提供了依据.通过软件快速地完成扬声器单元振膜图纸的绘制工作,振膜的绘制可以在极短的时间迅速完成.通过将微型扬声器模型参数化,可以极大程度提高其3D图纸的生成效率,也可以为研发人员对其性能优化提供便利.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2017(041)001【总页数】7页(P15-21)【关键词】SolidWorks;微型扬声器;参数化;振膜【作者】周静雷;吕玉皎;王梦圆【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN643如今，微型扬声器产业的迅速发展，使得市场竞争尤为激烈。

激烈的市场竞争要求高质量高速度地推出新产品，产品设计中建立的信息模型要贯穿产品的整个生命周期，为其后续环节如工艺规程设计、加工、制造和检测等提供必要的信息，这些都为实体造型提出了更高的要求[1]。

SolidWorks是基于Windows平台的三维绘图软件，采用特征建模、参数化驱动，可方便地设计和修改三维实体模型[2]，而且已有一些文献为实现复杂的几何实体参数化表达而作出探讨并取得了一些成果[3-4]。

虽然SolidWorks所提供的功能非常强大，但要使其在中国企业中真正发挥作用，就必须对其进行本地化、专业化的二次开发工作[5]。

微型扬声器单元设计系统是一套基于SolidWorks平台的插件软件设计系统。

微型扬声器的设计入门

微型扬声器的设计入门

对于微型扬声器的设计入门可以从以下部件对微型
扬声器特性影响入手:
一、护盖(前盖)的“腔体大小”以及“开孔数量与分布”对扬声器特性的影
响:
1、频响曲线
2、失真曲线
3、前孔的声阻、声质量
二、盆架(腔体大小以及后孔大小以及开孔数量与分布”对扬声器特性的影响:
1、频响曲线
2、失真曲线
3、谐振频率
4、后孔的声阻、声质量
三、阻尼材料对微型扬声器的特性的影响:
1、低频参数
2、频响曲线
3、失真曲线
4、正弦功率
5、阻尼材料的声阻量、声质量
四、膜片对微型扬声器特性的影响:
1、等效顺性
2、形状系数
3、频响曲线
4、失真曲线
5、选材(材质、形状)
6、加强筋
五、音圈对微型扬声器特性的影响:
1、选材
2、线径
3、层数
4、磁路位置
5、失真
6、F0
7、灵敏度
六、磁路对微型扬声器特性的影响:
1、类型
2、高度分配优化
3、平面尺寸分配优化
4、磁间隙优化
5、Bl
6、THD
7、SPL
七、工艺对微型扬声器影响:
1. 胶黏剂(粘接强度,工艺时间,耐温性)
2. 线圈引出方式(悬浮线,爬胶线);以及引出的形状。

有关喇叭的音腔的设计规范标准[详]

有关喇叭的音腔的设计规范标准[详]


SPEAKER常用种类
圆形的：13mm,14mm,15mm,16mm,17mm,18mm,20mm. 椭圆或跑道的: 10*15mm,,10*20mm,12*14mm 12*18mm,13*18,14*20
Speaker与Receiver对比
性能参数 频率响应曲线 有效频率范围 特性灵敏度(SPL) 谐波失真(THD) 谐振频率Fo 额定阻抗 Speaker 0.5W/5cm 600~20KHz 98+/-3dB 1KHz 0.5W/5cm <0.15% 0.5W 900+/-20%Hz 8+/-15%ohm Receiver 179mV 300~3400Hz 110+/-3dB 1KHz 179mV <5% 300~3400Hz 179mV 600+/-20%Hz 32+/-15%ohm
电压（V）
声压级（dB）
F1
F2
频率(Hz)
F1F2频率(Hz) NhomakorabeaSpeaker的关键参数
频率响应曲线 谐波失真 额定功率/最大功率
Speaker频率响应曲线
频响曲线主要从三个方面进行评价：SPL值、低频谐振点f0、平坦度
Speaker频率响应曲线关键参数
SPL(灵敏度)：指输入扬声器单元1W的电功率，在扬声器轴线方向离开1米远的 地方测得的声压级大小。它实质上是一种（转换效率）的体现。 SPL=20log（P/P0）dB 低音共振频率f0的值和 共振锐度Q0(平坦度)的值共同决定了低音域的特性。 低频谐振点f0反映了SPEAKER的低频特性，是频响曲线次重要的指标。平坦度 反映了SPEAKER还原音乐的保真能力，作为参考指标
泄漏孔面积越大，低频衰减越厉害 泄漏孔 应远离SPK。 同时，设计前声腔时，需考虑出声孔的面积，一般情况下，前声腔越大，则 出声孔面积也应该越大。
微型扬声器知识

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。

扬声器的结构设计

扬声器的结构设计

扬声器的结构设计扬声器是将电信号转化为声音信号的设备，其结构设计直接影响到声音的产生效果和音质的表现。

下面，将详细介绍扬声器的结构设计。

1.外壳设计：外壳是扬声器的外部保护结构，它的设计应该具有稳固性和吸音性能。

常见的扬声器外壳设计有封闭式、开放式和反射孔式。

封闭式外壳设计适用于低音扬声器，能够产生更浑厚的声音；开放式外壳设计适用于中高音扬声器，能够产生更明亮的声音；反射孔式外壳设计可增加低音的延展性。

2.振膜设计：振膜是扬声器的重要组成部分，它的设计直接决定了声音的发射效果。

振膜应该具有轻质、坚固和弹性，以便能够准确地模拟声音信号。

常见的振膜材料有纸质、塑胶、金属等，选择合适的振膜材料能够提高扬声器的音质表现。

3.音圈设计：音圈是扬声器的驱动器，它通过电磁感应原理将电信号转化为声音信号。

音圈的设计应注重提高磁场强度和线圈的响应能力，以实现更准确的音质表现。

通常，音圈由导线缠绕而成，导线的选择和缠绕技术都会对音圈的性能产生影响。

4.磁体设计：磁体是扬声器的重要组成部分，它产生的磁场能够驱动音圈振动，从而产生声音。

磁体应具有足够的磁场强度和稳定的磁场分布，以确保音频信号能够被准确地转化为声音信号。

常用的磁体材料有永磁铁、钕铁硼等，选择合适的磁体材料能够提高扬声器的灵敏度和音质表现。

5.阻尼器设计：阻尼器用于减震和减小音圈振动的过冲，以提高音频信号的准确性。

阻尼器的设计应注重提高耐高温性能和减震效果，以确保声音的稳定性和清晰性。

常见的阻尼器材料有橡胶、聚酯纤维等，选择合适的阻尼器材料能够改善扬声器的音质细节。

6.隔振设计：隔振设计旨在减少扬声器与外界的物理接触和共振效应。

通过合理的隔振设计，能够降低各个部件之间的干扰和失真，提高声音的纯净度和音质的表现。

常用的隔振材料有橡胶、泡沫、木材等。

综上所述，扬声器的结构设计对其声音的产生效果和音质的表现有着直接的影响。

合理选用各个部件的材料和设计，能够提高扬声器的音质细节、稳定性和清晰度，从而实现更好的声音效果。

音圈设计

音圈设计

音圈基本设计
一个扬声器的寿命首先决定于音圈的质量，音圈是扬声器的心脏。

1.音圈依内径大小（ｍｍ）分∮１３．２８、∮１４．２８、∮１６．４、∮１９．４３、∮２０．４、∮２５．５、∮２５．９、∮３０．５、∮３８．５、∮３５．５、∮４４．３、∮４９．５、∮５０．５、∮５１．５、∮６０、∮６４．５、∮７５．５、∮７６．５、∮７８．６、∮９９．２、∮１００．２等等。

2.按频响可分为低频、中频、高频扬声器音圈。

3.按音圈的材料分有ＰＬ、ＰＳＶ、ＡＬ、ＡＳＶ、ＫＳＶ等，第一个字母是音圈骨架材料的代号，Ｐ代表纸管，Ａ代表铝片，Ｌ是耐温１３５℃线材，ＳＶ代表耐温１８０℃线材（耐温指线材表面附的胶在此温度下不会失效老化），Ｋ是一种特殊材料（玻璃纤维），英文名是ＫＡＰＴＯＮ，耐温在２２０℃以上。

4.按音圈绕制的层数可分为单层、二层、四层、六层。

音圈的质量，首先从外观看绕制的线材是否平整、干净，有无跳线、松脱、重叠，线的表面绝缘层是否剥落碰伤，线面向上贴纸有无鼓起、翘起，音圈内径壁是否平滑，有无毛刺，另外就是它的阻值是否标准等。

CCAW 指铜包铝，
CCAR 指退火软铜包铝镁圆线。

【DCR×106∕（线径阻抗（查表）×周长×层数）】×最大线径 线圈卷幅计算。

微型扬声器设计(修改)

微型扬声器设计(修改)


最大磁能积 (参考牌号) 磁体重量
备注
标称线径 电阻系数 mm ohm/Km 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055 0.060 0.065 0.070 38600 26800 19690 15080 11910 9650 7970 6700 5710 4920
实际值 mm 0.035 0.041 0.046 0.052 0.058 0.064 0.07 0.075 0.081 0.086
概算重量 Kg / Km 0.0049 0.0070 0.0089 0.0124 0.0157 0.0191 0.0230 0.0275 0.0310 0.0372
单位 mm/N g Hz T m ohm Kg/s
dB/m/W dB/0.1m/0.1W % mm T*m g g g g g mm2 cm2 mm mm ml ohm mm mW mW ohm W A V Hz kg/m3 m/s mm mm g g Gpa kg/m3 mm mm kHz
Cms π α1 α2 h b h/b Pemax 磁路参数 Bg Hg
低频谐振频率 FEMM积分值 VC线全长
机械Q值 电Q值 总Q值
参考效率 最大振幅
同振质量
等效容积 最大阻抗 参考振幅 声功率
高频谐振频率
振膜等效力顺
备注 Kf*Bg*Sg=Bd*Sm Kr*Hg*Lg=Hd*Lm Bg=SQRT((μo*Sm*Lm*Bd*Hd)/(Kr*Kf*Sg*Lg)) Bg =μo* Hg μo = 4π*10-7 H/m为真空磁导率 Kr = 1.1~1.5 Kf = 1.8~2.5 导磁板厚度:Tp = 5*Lg 导磁板直径:Dp = 4.1*Tp
简易扬声器的制作与分析

简易扬声器的制作与分析

简易扬声器
by：张艳华
1、动圈式扬声器（杯子扬声器）
材料：漆包线、小纸杯、大胶杯、强磁铁、鳄鱼 夹、功率放大器、直流稳压电源、手机
制作过程： 1、卷纸圈 2、在纸圈上绕漆包线
3、用砂纸把漆包线两个接头处的漆轻轻刮掉并抽 出纸圈，把纸圈剪成合适的长度
4、把纸圈剪成合适的长度及上端剪成花
5、把花状的纸圈用固体胶或双面胶粘在纸杯底部， 并让纸圈套住磁铁
其他类型的扬声器
矿泉水瓶扬声器
纸片扬声器
2015/9/2
声波的变化
实验一：水中的声波 实验二：看得见的声音
2015/9/2
简易扬声器在教学上的作用
1、了解日常生活中扬声器的基本结构 （如耳塞、音响、喇叭等）及主要功能作用； 2、使学生在做中学，从理论到运用，从运用回归理论； 3、利用日常生活中的材料制作简易扬声器； 4、使学生学会从不同方面探究影响扬声器效果的因素。
动圈式扬声器
工作原理：通电导体(线圈)在磁场中受到力的作用。 （与电动机的原理相似） 手机+AV音频线
交流电信号
音圈 产生方向和大小不断变化的磁场
产排 相 生斥 互 振的 吸 动作 引 用或 ，者
扬声器的振膜和音圈是连在一起的,所 以振膜也振动起来.振动就产生了与原 音频信号波形相同的声音。
振膜
磁 铁
2015/9/2
2015/9/2
2015/9/2
实验验证：11.1欧44Fra bibliotek8欧音量大
音量小
结论：电流对扬声器音量的大小呈正态分布的关系
2015/9/2
3、振动体材料对音效的影响
小纸杯
2015/9/2
中纸杯
大胶杯
纸盘

音圈设计公式共享版

中山国友音响有限公司
音圈設計 設計條件
設計結果
机种 音圈线材质 音圈线属性 音圈內徑 線徑 管材 音圈高度 喇叭額定功率 上余白 下余白 引线长度 未剥离长度 补强纸离顶部 孔徑至音圈底部 孔徑 孔數 阻抗 層數 內側余裕 余裕倍數 捲數 電線長 捲幅 線圈重量 音圈重量 最大外徑 華司內徑 線徑截面積 音圈最大功率
mm mm g g mm mm mm W
注：在线径0.45以上不准，和每个音圈厂所用的线有所不同！和每个供应商的线有关，计算结果有一点不同请注意！！
Hale Waihona Puke 銅扁線與圓線轉換計算公式 扁線已知條件 長度 寬度 線徑 0.5 mm 0.11 mm 0.264628374 mm xjq147@
jinqiang.xie
圓線 制作：naijie.kang
铜线 SV 25.4 0.210 ASV 0.1
mm mm mm mm mm W mm mm mm mm mm mm mm Pcs ohm layer mm
25 50 0.5 0.5 40 0 0.5 0 0 0 7.2
4 0.2 2
172.5890858 13771.99694 10.70052332 4.409063074 4.397836629 27.484 28.284 0.138544234 7.079857664

扬声器的音圈线径参照表

扬声器的音圈线径参照表音圈相关计算公式1) 音圈圈数=直流电阻×1000000÷3.14÷(音圈内径) ÷线径阻抗2) 音圈卷幅=圈数×线径的最大外径÷音圈层数+(系数×线径最大外径)(当线径是铜线时,系数是1.5倍;当线径是CCAW,系数是1.2)3) 音圈最大外径=线径的最大外径×2×音圈层数+2×BOBBIN厚度+音圈内径+系数(当层是小于或等于二层时,系数是0.1;大于二层,系数为0)4) 音圈绕线重量=直流电阻×1000÷线径阻抗×线径比重(单位:克)5) 扁线的计算公式与上公式相同,但其中的变化是:计算卷幅与最大外径随着扁线是立绕或是平绕有一些差别,分别如下:A. 立绕时:1)音圈卷幅=圈数×扁线厚度径的最大外径÷音圈层数2)音圈最大外径=扁线宽度径的最大外径×2×音圈层数+2×BOBBIN厚度+音圈内径B. 平绕时:1)音圈卷幅=圈数×扁线宽度径的最大外径÷音圈层数(当线径是铜线时,系数是1.5;当线径是CCAM,系数是1.2)2)音圈最大外径=扁线厚度径的最大外径×2×音圈层数+2×BOBBIN厚度+音圈内径+0.1 6) 音圈BOBBIN重量的计算公式:BOBBIN重量=BOBBIN长度×BOBBIN高度×BOBBIN厚度÷1000×BOBBIN比重(单位:克)7) 补强纸重量与BOBBIN重量计算方式相同.以上公式中:线径阻抗、线径比重、线径的最大外径、BOBBIN比重均参照相关附表。

举例：音圈规格为：25.4×22×3.6×0.19×ASV/0.07二层圈数=3.6×1000000÷3.14÷25.4÷640.6=70.5卷幅=70.5×0.221÷2+0.221×1.5=8.1外径=0.221×2×2+2×0.07+25.4+0.1线重=3.6×1000÷640.6×0.26=1.46BOBBIN重=25.4×3.14×22×0.07÷1000×2.73=0.34。

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nER V Z V I ==minmax [1]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n R 。

加于扬声器上的电压V ，可由扬声器的额定功率R P 的值决定，即n R R P V ⋅=[2]∴nR R P I =ma x[3]根据R P 和n R （此二参数的值通常由客户提供）求得max I 后，下一步就是如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n R 与音圈直流阻E R 之间，有如下之关系：()21C R R R R n E n ''+'+=ω其中：()()MR MSR R Bl R 22+=' ；()()22Bl M M C MR MD +='；n ω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En R R 1.1=而Sl R E E ⋅=ρ式中 E ρ为音圈导线的电阻率（m mm2⋅Ω）;l 为音圈导线之长度（m）;S为音圈导线的截面积（2mm）;∴ Sl R E n ⋅⨯=ρ1.1 [4]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 ρ及由[3]式所算得的max I ，就可确定导线的截面积S 。

即： I I S ρmax=[5]对于大功率扬声器，必须选用：（ⅰ）耐高温的胶粘剂，以避免音圈在高温时散圈；（ⅱ）耐高温的漆包线，以保证高温时绝缘层不被烧坏； （ⅲ）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：（ⅰ）采用金属（铝、杜拉铝）骨架，以增大散热面； （ⅱ）芯柱开孔，以增加热的对流； （ⅲ）灌注磁液，以改善热传导；以上各种措施的采用，其目的在于尽可能增加音圈导线内的电流密度而不致损坏。

音圈、音圈的制作方法及扬声器[发明专利]

专利名称：音圈、音圈的制作方法及扬声器专利类型：发明专利
发明人：沈芾云,徐筱婷,何明展
申请号：CN201910468590.3
申请日：20190531
公开号：CN112019991B
公开日：
20220401
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种音圈，包括第一基材层及形成在第一基材层相背的两表面上的第一导电线路层及第二导电线路层、形成在第一导电线路层上的第一粘胶层、形成在第一粘胶层上的第二基材层、形成在第二基材层上的第三导电线路层；第一导电线路层包括至少一第一导电线路，第二导电线路层包括至少一第二导电线路，第三导电线路层至少一第三导电线路，第一导电线路及第二导电线路分别呈圈状盘绕在第一基材层上，第三导电线路呈圈状盘绕在第二基材层上；第一导电线路、第二导电线路及第三导电线路沿电流流通方向首尾电连接；第一导电线路、第二导电线路及第三导电线路构成音圈的音腔。

本发明还涉及一种音圈的制作方法及扬声器。

申请人：鹏鼎控股(深圳)股份有限公司,庆鼎精密电子(淮安)有限公司
地址：518105 广东省深圳市宝安区燕罗街道燕川社区松罗路鹏鼎园区厂房A1栋至A3栋
国籍：CN
代理机构：深圳市赛恩倍吉知识产权代理有限公司
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小口径扬声器设计体会

小口径扬声器设计体会熊勇军【摘要】近年来,扬声器发展趋于小口径且薄型化,这对于扬声器开发提出了新要求,设计小口径,大冲程扬声器难度就更大了.以31 mm小口径扬声器为例,从磁路优化,音盆设计,听音对比等方面,阐述设计小口径扬声器的技术体会.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)008【总页数】4页(P27-29,74)【关键词】小口径;磁路优化;音盆设计【作者】熊勇军【作者单位】国光电器股份有限公司,广东广州510800【正文语种】中文【中图分类】TN6431 具体实施方式31 mm小口径扬声器客户提出输入条件是：BL=2.0T×m,Cms>1.75 mm/N。

冲程大于1.75 mm(2.0 V),依据Ts参数相关公式计算知：扬声器F0≤175Hz,SPL=80 dB,Sd=4.3cm2。

(1)(2)(3)(4)式中，Vas为扬声器振动系统顺性的等效容积(L), ρ为空气密度，1.21 kg/m3，Sd为扬声器有效辐射面积(m2),c为声速，通常取344 m/s.经过仿真计算，为了满足Cms>1.75 mm/N、安装高度不大于12 mm(11.66)等要求，31 mm口径扬声器最后选择了单悬挂方案，其总装图如图1所示。

图1 产品总装图2 扬声器部件设计2.1 磁路设计磁路要满足Bl=2.2，采用FEMM软件，经过多次模拟，得到图2所示磁通密度图。

B值和对称性满足要求，磁场宽度为2.5 mm[1-2]。

图2 磁通密度图2.1.1 优化磁路以上是常规磁路设计，磁路含有顶磁，为了改善装配，降低成本，导磁片渐薄设计，取消顶磁，同样可以满足磁路B值(此设计已经申请专利)。

渐薄磁路设计图如图3所示，图4为磁片渐薄去顶磁设计-磁通密度对比图，图5是磁路模拟相关图片。

图3 渐薄磁路设计图图4 磁片渐薄去顶磁设计-磁通密度对比图图5 磁路模拟表1中，Klippel实测参数表明，导磁片渐薄设计，取消顶磁，磁路BL和常规带顶磁设计基本一致，同样可以满足磁路B值。

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微型扬声器音圈的设计
音圈是扬声器的重要部件，其设计合理与否，对扬声器能否满足其客户所 提出的电声指标：如阻抗、功率、灵敏度、失真度和频响等影响甚大。过去对 于音圈的设计是采用定性分析、定量估算和工艺三结合的设计方法。现在有了 计算机设计软件如 Finemotor2.5,实现了扬声器的总体设计， 此软件的应用可以让 我们直观的看到：在调整音圈线径时，音圈在缝隙磁场中的相对位置，以及对 灵敏度和对于 TS 参数的影响。非常快捷。可以说设计软件的应用好比给设计人 员插上了翅膀，加速了新产品的研发进程。 音圈是扬声器的心脏，是承受功率的第一要素，它制约着扬声器的寿命， 它决定着扬声器各项指标中最重要的指标—可靠性。随着使用条件的逐渐升级， 所以音圈要具有相当的热强度，要能承受规定的噪声功率和长期最大功率，同 时它还要具有足够的刚度和精度，并能经受 85℃以上高温、-40℃以下低温和冷 热冲击的考验。可以说对于小型扬声器所使用的音圈的设计提出了极高的要求。 下面分别从阻抗、功率、灵敏度、失真度和频响讨论音圈的设计。 1. 音圈与扬声器的阻抗
2f 0 Mms Re ( BL ) 2
2 0 2 S D C
Qes =
线径细了，Mms 减轻了，虽然 L 小了，但是 Mms 减轻起了主 要作用，所以 Qes 下降 Qts =
Re QesQms = 2 Qes Qms (BL)
Mms Cms
因为 Qts 等于 Qes 和 Qms 的并联值，Qes 减小，Qts 也会随之 减小。
F0 =
1 2 MmsCms
如果 F0 不变，Mms 减小，Cms 必须加大
音圈线细了，音圈质量降低
上式说明：位移=力×力顺×修正因子。 音圈线变细后，修正因子的减小起了主要作用，造成 Xm 下降。
音圈还与扬声器失真关系很大，假设音圈设计合理，音圈置于磁场中，由
于磁场分布是不均匀的，理想的均匀磁场只在一定的范围内，上下漏磁场也不 对称，所以磁感应强度 B 是不均匀的，导致音圈受力的不均匀，因而产生失真。 对于无骨架的音圈，音圈位放到与磁蕊上下对称也是一件难事，往往是在上面 露出的比下面露出的要多，这也是产生失真的因素。 从音圈的设计到工艺， 看起来简单， 但是要想做好是需要大家一起努力的。 要想保证音圈在磁场中正常工作，还必须有良好的产品结构，也就是良好的散 热条件，对于小型产品也是必须认真考虑的。
DS
—
F
X
—
SDHT
比 DHT 张力高的铜合 金线，称超高张力线
—
DHT
5
2
DS
—
F
Y2
—
SDHT
目前使用的音圈线，正像供应商所讲你们用的是最新的材料，我们正是使用 了这些新材料，才做出了最前位的音圈。冠音泰的音圈的制作其自动化程度是 走在世界前列的。但是细节中还存在一些问题，如整线，取音圈的方法和产品 的稳定性方面有待我们去改进和提高。
Z (Ω )
RE fo
fn
f(Hz)
图 1：扬声器等效电路
图 2：扬声器阻抗曲线
根据图 1 的等效电路，扬声器的等效电阻抗为：
Z E = R E +jω L+（
1 1 jCU ） 1 RU jLU
（1）
图 2 是扬声器的阻抗曲线，可知扬声器的阻抗是频率的函数，在每个频 率点它的阻值都是不一样的。国标 GB/T9396-1996 第 18.1 条中规定： 18.1 额定阻抗 特性解释： 扬声器的额定阻抗是一个由制造厂规定的纯电阻的阻值，在确定信号源的 有效电功率时，用它来代替扬声器。 额定阻抗是指阻抗曲线（见 18.2）上紧跟在第一个极大值后面的极小值。 在额定频率范围内，阻抗模值的最低值不应小于额定阻抗的 80%，假如在额定 频率范围以外的任何频率（包括直流）的阻抗小于此值时，则应在说明书中加 以说明。 扬声器所标的阻抗就是 fn 点的数值， 此时， 机械阻抗和声阻抗接近相互抵 消。因此扬声器的阻抗就十分接近音圈的直流阻 Re,这样阻抗的计算问题归结为 直流电阻的计算问题。Re 取决于导线的直径，长度和电阻率，采用公司自编表 格软件可在瞬间求出。Re 的取值一般采取公司统一的规定数值，也就是抗值也 是一定的。音圈的设计便大大的简化了。 2．音圈与扬声器的额定噪声功率 音圈要具有相当的热强度，也就是音圈在工作时，由于音频电流通过会产 生大量的热量，音圈不应变形，粘合不应脱落，漆膜保持完好。我们都知道音 圈的口径正比于热功率容量，音圈的口径越大，承受功率也越大。目前最小的 音圈内径为φ 2（产品的额定噪声功率 30mW）, 常规音圈内径φ 7.3-φ 8.7（产 品的额定噪声功率 0.5-2W,长期最大功率为 2W） ， 利用下式计算一下几款线径的 承受功率情况。
序号 皮膜厚度 2 1 2 2 2 3 2 4 DS — F Y2
洒精型改性鄹酰氨， 烘烤后能在高温下保 持粘性
自融线 DS —
绝缘漆膜 U
130℃以上耐热性 的聚氨基甲酸脂
胶水层 P
鄹乙烯醇缩丁醛树脂 用于热风和洒精粘合
导体材料
DS
—
F
155℃以上耐热性 的聚氨基甲酸脂
X
新材料
—
DHT
铜合金导体 简称高张力线
Pe / R S0 Pe / R d 2
2
所以导线直径： d 2 ①取 J=90 A/ mm2
4 d2 1 8 =0.005
4 Pe / R J
按长期最大功率 1W
90
d=0.07(mm)
②取 J=90 A/ mm2 按额定噪声功率 0.7W
0.7 8 =0.0042 d2 90 4
J
Pe / R S0
(2)
（单位：A/ mm2 ）
式中：J — 音圈允许通过的电流强度
对于目前使用的耐高温的 LOCK 线 J=90-200 A/ mm2
Pe — 扬声器的额定噪声功率
（单位：W） （单位：Ω ） （单位： mm2 ）
R — 扬声器的标称阻抗
S 0 — 音圈裸导线的截面积
例 1： 产品阻抗 8Ω ，额定噪声功率为 0.7W,长期最大功率为 1W，求音圈线径？ 解： 先将（1）式变为： J
0.5 8 =0.0021 d=0.045(mm) d2 150 4
⑥取 J=180 A/ mm2 按额定噪声功率 0.7W
0.7 8 =0W
⑦取 J=200 A/ mm2
1 8 =0.0022 d2 200 4
d=0.045(mm)
X m Bli Cms
2 Qts 2 Qts 0.25
分析
因为扬声器的质量与辐射声功率成反比，音圈质量减轻了灵敏 度上升，下式是中频段的辐射声功率表达式：
WA
2 2 2 eg B l /( R g RE ) 2

B 2l 2 RMS 2 RMR 2 ( M MD 2M MR 2 ( R g RE )
长期最大功率为 30mW，求音圈允许通过的电流强度？按 30mW 计算。
Pe / R S0 Pe / R
J
2
d
2
0.03 32 = = 62 A/ mm2 2 0.025 2
此产品音圈允许通过的电流强度较低，通过功率试验是没有问题的。
3．音圈热容量 对于电动式扬声器而言， 在音响系统开机的瞬间， 是音圈受严酷考验的时刻， 因为总会有人在使用设备后忘记把音量旋钮旋至最小位置上。烧毁音圈多在开 机瞬间发生。烧毁的原因有二个： ① 起始时音圈是冷态的（室温） ，而且是静止的。反电动势为零（BLX=0） ，瞬 间电流很大 I U / Re ，随着音圈运动，反电动势出现，使 I (U BLX ) / Re ，电 流减小，同时随着音圈温升， Re （音圈室温时阻抗）增大，电流也将减小。 此时音圈阻抗 RL 升高，其关系如式（3） 。
4．音圈与扬声器的灵敏度、频响和失真 以上三个问题都是围绕着音圈线的承受功率进行的讨论。音圈参数对电声性 能的影响我们在使用 Finemotor2.5 中，改变音圈的线径后，结果一下就出来了。 请看表 3 和表 4。表 3 是φ 16 标准品采用 Finemotor2.5 的计算情况。
表 3（采用φ 0.056 线）
表 4（采用φ 0.05 线）
表 4 是为今讲课举的例子，是将表 3 中的音圈线径由φ 0.056 线改为φ 0.05 后， (其它参数不变如 f0)分析系列参数共 6 项的变化情况见表 6。
表6 序号 1 φ 0.056 线改为φ 0.05 线 SPL 上升 由 100.38dB 增加到 103.08dB 2 Qes 下降 由 3.51 降到 2.55 3 Qts 下降 由 1.62 降到 1.38 4 Cms 上升 由 1.45mm/N 增加到 1.96mm/N 5 Mms 下降 由 0.04g 降到 0.03g 6 Xm(最大振幅)下降 由 0.49 降到 0.3 电动力 F=BLI, 随着 L 的减小， F 减小。 Xm 也将减小。
d=0.065(mm) 按长期最大功率 1W
③取 J=120 A/ mm2
1 8 =0.0037 d2 120 4
d=0.06(mm)
④取 J=120 A/ mm2 按额定噪声功率 0.7W
0.7 8 =0.0031 d=0.055(mm) d2 120 4
以上这 4 种方法说明：当音圈允许通过的电流强度一定时，功率增大线径就 要加粗。 ⑤取 J=150 A/ mm2 按额定噪声功率 0.5W
此时 RL =1.5 Re ，在加上反电动势的作用可使输入功率减少 1/3。 ②我们知道热量的传递，是通过分子之间相互作用来完成的。空气是热的不良 导体，所以音圈的热量很难在瞬间传递出去，尤其是在开机的瞬间热量还来不 及传递到磁路系统中，只能依靠音圈本身的热容量（Q）储存能力。音圈的热容