GD受话器原理及设备课件

1、 内 容 概 要 扬声器/受话器概况扬声器/受话器基础知识扬声器/受话器基本概念扬声器/受话器基本原理及结构扬声器/受话器主要性能参数扬声器/受话器生产工艺扬声器/受话器在手机中的应用第1页，共97页。第一节 扬声器/受话器概况第2页，共97页。受话器及扬声器习惯统称为喇叭。受话器与扬声器有较大的区别，特别是扬声器不仅原理不同，形态各异，而且加工手法、选材也各具特色。动圈受话器与微型动圈扬声器却有着非常多的相同点：相同的工作原理，相似的材料，相同的加工手法等等。第3页，共97页。扬声器/受话器的制造涉及到金属加工、化工、高分子材料、磁性材料、天然材料和合成材料，以及最近的航天材料，具有加工、工

2、艺、材料的广泛性和多样性。这就要求技术人员拥有多方面、多学科的知识，或者说受话器制造业需要多方面、多学科的支持。第4页，共97页。 材料的性能和加工方法的改变都可能引起扬声器/受话器电声性能和音质的变化。因此每个工艺的环节本身形成一个多元、多因素系统，而且这些因素形成一种错综复杂的局面，难于直观判断。第5页，共97页。常见类型扬声器号筒式压电扬声器电容式扬声器等离子体扬声器动圈式扬声器电磁式扬声器第6页，共97页。常见微型动圈扬声器第7页，共97页。第二节 扬声器/受话器基础知识 第8页，共97页。1、声学的基本概念声学是物理学的一个分支，是研究声音的产生、传播、接收及对人或其他物体的作用的学

3、科。第9页，共97页。 1-1 什么是声音 通常把人耳能感觉到的声振动叫做声音。声音是由物体振动（振源）产生的，它的传播需要介质（媒介）。真空中不能传声。第10页，共97页。 音调、响度和音色称为声音的三要素。正是这三者的不同配合，人耳才感觉到世界上千差万别的声音。声音的三要素第11页，共97页。 A、音调：声音的音调是由振动的频率决定的，频率越高，音调也越高；频率每增加一倍，相当于音调提高一个八度音阶。人耳可听的2020000HZ的频率范围相当于10个八度音。第12页，共97页。 B、响度：声音的强弱与振动的幅度大小有关，当发声体（声源）振动的幅度大时，单位时间内传播出的能量也大。单位时间内

4、，声波通过垂直于传播方向上的能量，叫做声强。声强是声音的客观强度。而人感受声音强弱的程度叫做响度，也就是说，响度是人的主观感觉，服从对数律。人们将1000HZ时人能听到的最少声压级20uPa定为响度的基准单位。 第13页，共97页。 C、音色：又称音品或音质。表明声源的发声特点（即声音的特色）。它决定于和基音（基波）同时发声的泛音（谐波）的数目、频率、振幅。不同的乐器以同样响度演奏同一首曲子，人耳感觉是不一样的，这主要是乐器的音色不同配合。第14页，共97页。纯音：声音中只含有一个频率成分。是单一波形正弦波。基音：声音分解后，其中频率最低、幅度最大的纯音。谐音: 声音分解后，那些频率比基音高，

5、而且是基音频率的若 干 整 数倍 的声音。也叫谐泛音。泛音：声音分解后，那些频率比基音大的声音统称为泛音。泛音的频率可以是基音频率的整数倍，也可不是。单音：由基音与其谐泛音组成的声音。叫做单音。复音：由基音与其泛音组成的声音。叫做复音。乐音：能使人愉悦的声音，叫做乐音。噪音：使人烦躁或不受人欢迎的声音。 声 音 解 释第15页，共97页。1-2声波、次声波、超声波 物体振动对周围介质产生压缩、膨胀作用，这种压缩与膨胀的传递称为声波。 频率低于20赫兹的声波，叫做次声波，人耳无法感受，但鲸鱼、海豚之类的海生动物可以感受到；频率超过20000赫兹的声波叫超声波，超声波人耳也感受不到，但蚊子、蝙蝠、

6、猫、狗和家畜等能听到。 第16页，共97页。 1-3 频响范围 频率：每秒振动的次数。用“f”表示。单位：赫兹 (Hz) 人听觉的声音频率范围是2020000赫兹，这使人能欣赏各种乐器发出的优美声音。但人的声带发声范围却很窄，男低音不低于100赫兹，女高音不高于11000赫兹。正弦波是最简单的声波，但人类语音的波形，是一个很复杂的非正弦波，是由基波和许多谐波组成的，而基波频率一般为801200赫兹，谐波可高达10千赫兹以上，因此组成话音频率的范围为8010000赫兹，该范围称为话音频带。 第17页，共97页。 声音的自然传播有一定距离，距离声源太远，声音会衰减得很小，人耳就无法听到了。 但为了

7、信息的交流，人们非常需要进行远距离的语音传送。随着电子技术的发展，这一要求得以实现。首先将声音变为电信号，利用无线电波或电线远距离传送到对方，对方再将相应的电信号转变为声信号，从而达到目的。为了研究声与电的相互转换，将声学与电子学相互结合便形成了电声学。 2. 电 声 学第18页，共97页。 语音经声电变换后，需要再进行电声反变换，将语音恢复还原，才能被接收，这种将电信号变为声信号的装置叫扬声器、受话器。通常人们又按照使用场所的不同分别叫作受话器、耳机、扬声器等等。它们的主要变换原理是利用电磁感应和压电效应，另外也有利用电容器原理的电容式耳机。不同的要求，其功率差万倍。有的达几千瓦，而有的仅几

8、毫瓦。第19页，共97页。第三节 扬声器/受话器的基本概念第20页，共97页。声 波 物体作振动时，对周围介质产生的压缩与膨胀的作用，这种压缩与膨胀的传递称为声波。第21页，共97页。声 压 由于声波在介质中的压缩与膨胀所产生的附加压力，用Pa表示。第22页，共97页。声 压 级 待测有效声压P和基准声压Pr的比值取以10为底的对数，再乘以20，用db计。5声压级(SPL)1.3m3Fepr: 参考声压的有效值，空气中可以取=r10ppplog 20LPa 0.00002 Pa 102p5r=-p: 实际声压的有效值声压级的单位：分贝，dB第23页，共97页。第24页，共97页。频 率每秒钟振

9、动的次数。单位：赫兹（Hz）第25页，共97页。磁 场 （国际电工委员会IEC的定义）电磁场的组成部分，采用磁场强度H和磁通密度B表示其特征。 （我国国家标准定义）磁场是一种场，其特征可用在场内运动着的带电粒子所受的力来确定，这种力源于粒子的运动及其所带电荷。第26页，共97页。磁 通 量 磁通量是表示穿过磁场中与磁感应强度B垂直的单位面积上的磁力线数目，用表示。 电磁单位是麦克斯韦（Mx） 国际单位制中是韦伯（wb） 第27页，共97页。磁通密度 单位面积具有的磁通量叫做磁通密度，用B表示。 单位是特斯拉（T）。第28页，共97页。磁场强度 在磁场中每一点都具有大小和方向，因此可以用向量H表

10、示该点磁场的大小，即磁场强度，方向与磁力线方向一致。 单位是安培/米（A/M）。第29页，共97页。磁滞回线 铁磁体从正向到反向，再到正向反复磁化到技术饱和一周，所得到的B与H的闭合关系曲线。第30页，共97页。磁滞回线第31页，共97页。矫 顽 磁 力带上磁性的磁体，加上反向磁场强度，使其自身剩磁为零，这时的反向磁场强度就称为矫顽磁力，单位是：A/m。当反向磁场强度消失时，磁体的磁感应强度仍可能因内部磁畴的矢量和不为零而恢复部分剩磁，因此，只有在反方向磁场强度增加到一个较大值时，才有可能使内部的磁畴在外加磁场强度撤销后，能彻底的消磁，此时的磁场强度称为磁体的内禀矫顽磁力。第32页，共97页。

11、磁 能 积 永磁体退磁曲线上任意一点的磁感应强度与磁场强度的乘积称为磁能积，单位为：kj/m 退磁曲线上可以求出一点，在这一点上BH相乘，其值最大，成为最大磁能积。第33页，共97页。 第四节扬声器/受话器工作原理及结构第34页，共97页。受话器 扬声器受话器：是语言通信中把电信号转换成相应的声信号而紧密耦合于耳朵的一种电声换能器，它的频率范围一般为300-3400Hz。 扬声器：是将电能转换成声能并将它辐射到空气中去的一种电声换能件，各种需要扩声的场合都使用扬声器。第35页，共97页。工 作 原 理 当音频电信号输入受话器时，根据左手定则，音圈必定受到磁场的作用力，并依音频电信号正负方向的交

12、替变化而作往复运动，从而带动振膜振动发出声音，完成电声能量转换过程。 第36页，共97页。根据电磁学理论，音圈在磁场中所受到的作用力F的大小，与工作间隙的磁场强度B，磁隙中音圈导线长度L及输入的音频电信号I大小有关，即FBIL。所以，动圈受话器的灵敏度除了与输入的音频电信号的大小有关外，还取决于其磁路系统的磁性能及振动系统的音圈导线长度。当然，腔体和孔等声学结构及阻尼量对动圈受话器的灵敏度也有一定的影响。第37页，共97页。外壳音圈磁铁BBFFNSS FBIL F:音圈在磁场中所受到的作用力B:磁场强度 I:输入音圈的电流 L:导线的有效长度第38页，共97页。Bill of Material

13、sCopperVoice Coil 音圈Zn platedSPCCPlate 华司Net 130StainlessFront Grill 前盖 Net 防尘网Diaphragm 膜片NaturalPEIZn platedEpoxyNdFeBTeminal 接线板Magnet 磁铁Frame 盆架Zn platedSPCCMATERIALPART NAMENORENARKS基 本 结 构第39页，共97页。基 本 结 构金属前盖振膜音圈导磁板磁铁支架调音布磁杯接线端子第40页，共97页。 磁 路 系 统磁路系统由永磁体,华司和盆架组成。华司+磁铁与盆架之间形成了一个环形磁间隙，振动系统的音圈就悬

14、挂于磁间隙内。由于磁路系统对受话器的性能和可靠性有直接的影响，因此产品设计时的目的就是要使在工作可靠的磁间隙内产生一个高磁通的磁场。 磁隙导磁板盆架磁铁磁间隙的大小直接影响产品的灵敏度，磁间隙越大，灵敏度越小第41页，共97页。磁场方向磁场及磁力线第42页，共97页。磁铁：一般由永磁材料组成，受话器多采用钕铁硼合金材料，牌号越高磁铁的磁性越强。 磁路系统各零部件及其作用盆架：主要作用是支撑产品各件，与磁铁、华司共同组成磁路系统。华司（导磁板）：一般采用电工纯铁做成，华司主要起修正磁力线的作用。第43页，共97页。振 动 系 统振动系统由音圈和振膜组成，它们的质量和劲度直接影响动圈受话器的灵敏度

15、和频率响应。 膜 片 音 圈第44页，共97页。振膜是动圈扬声器的声辐射元件，其特性好坏直接影响扬声器的频响和灵敏度。它的性能取决于膜片的制造材料、形状及加工工艺。目前国内动圈扬声器的振膜大多选用易热成型又具有一定刚性的聚酯薄膜（PET，PEI，PEN），其性能特点是：单位面积的质量小，即材料密度小，机械强度高,即材料的杨氏模量E大，有较大的内阻尼。而E/愈大，受话器的有效频率范围愈宽，输出声级也高；内阻尼大，扬声器在大信号下失真小。振膜的材料以及特性 第45页，共97页。 几 种 膜 片 特 性 耐热用1.43226PI耐热用1.27216PEI耐热用1.36121PEN常温用1.478PE

16、T其他密度(g/)热变形温度()材质第46页，共97页。振膜一般采用热压成型。其基本工艺为：将规定厚度的聚酯 膜裁成大小适合的片状或条状，放入成型模具内加热加压保持一段时间，然后冷却后取出切除边缘多余部分。由于成形的温度和时间以及冷却方式对振膜的性能影响很大，故在加工过程中应精心控制这些参数，有时还在中间圆弧部份上增加加强筋，目的是增强受话器的可承受功率。振膜的工艺 第47页，共97页。音圈是动圈扬声器/受话器力电转变的基本零件之一，是振动系统的振动源。动圈扬声器/受话器的音圈一般选用自粘直焊漆包线绕制而成。目前基本上是采用铜漆包线，扬声器大多采用高涨力线，其抗折断能力远高于普通的音圈线。 导

17、体胶层绝缘层音 圈 第48页，共97页。腔体和孔等声学结构除磁路系统和振动系统外，动圈扬声器/受话器尚有以腔体和孔等组成的声学结构，通常在孔上还粘贴有阻尼元件，它们的作用主要是修正受话器的频响。动圈扬声器/受话器的优点是频响曲线平坦、光滑，因而声音的保真度好。在这里，腔体、孔及阻尼元件的作用是不可忽视的。而且在产品组装过程中，很大一部分工作量是通过改变阻尼元件的阻尼量来使动圈扬声器/受话器的频率响应达到规定的要求。第49页，共97页。 声学结构各零部件及其作用阻尼：其作用主要是调整扬声器频率响应曲线达到规定的要求。防尘网：其作用主要是防止异物进入扬声器导致杂音等，另外防尘网的泡棉与胶主要作用是

18、与手机外壳配合形成密闭声腔。第50页，共97页。第五节扬声器主要性能参数第51页，共97页。扬声器测试示意图第52页，共97页。受话器测试人工耳第53页，共97页。受话器测试人工耳第54页，共97页。扬声器测试示意图第55页，共97页。 扬声器测试环境及设备第56页，共97页。扬声器/受话器的检测条件大气条件：扬声器/受话器的测试如果没有特殊规定应该满足以下条件：温度：15-35;相对湿度：45%-75%；气压：86kPa-106 kPa检测环境：检测的环境应使被测的受话器不受外部振动、冲击和磁场的影响。测量信噪比：检测环境噪声级应比测量声压级低20db。第57页，共97页。扬声器的特性参数和

19、曲线第58页，共97页。 5.1 灵 敏 度灵敏度：用来表示扬声器/受话器的电声换能能力的指标，常用声压级表示。声压级：待测声压P与参考声压Pr的比值取常用对数再乘以20，以分贝表示. SPL=20LgP/Pr参考声压Pr=210 帕-5扬声器一般用其平均特性灵敏度来表示，即在额定频率范围内，在其频率响应曲线上读出各规定频率点的声压，然后求其算术平均值。第59页，共97页。 5.1.1 受话器测试条件不同导致的灵敏度的如图曲线1与曲线3因为测试电压不同导致灵敏度不同，1KHz的灵敏度分别为107DB与112DB。即使标注的灵敏度相同也会因为频率响应不同导致响度的差异,如图中曲线2与曲线3。因此

20、关注规格书灵敏度数值的同时应参考整条频响曲线。 100mV 179mV（1mW）100mV123第60页，共97页。 5.1.2 扬声器测试条件不同导致的灵敏度的差异相同测试条件下取点不同同样会导致最终的灵敏度不同，在0.1W 0.1m测试条件下灵敏度：86DB: AVERAGE(800Hz/1000Hz/1200Hz/1500Hz)90DB: 1kHz同样即使标注灵敏度相同也会因为频响曲线不同导致响度的差异。0.1W 0.05m0.1W 0.1m12第61页，共97页。 5.1.3 测试制具对灵敏度的影响灵敏度的大小还受到测试治具的影响，如下图耳承中，声孔、泡棉尺寸、受话器与测试仪器的距离都

21、会对灵敏度产生较大影响。第62页，共97页。5.2 频 率 响 应频率响应：在恒定电压作用下，是指扬声器或受话器 所辐射的声压随频率变化的特性，一般是记录在以对数频率刻度为横座标的图上，这就是频率响应曲线。第63页，共97页。 5.3 谐 振 频 率谐振频率：在扬声器阻抗曲线中出现第一个阻抗最大值时的频率（FO）就是谐振频率。扬声器直径越大，一般其谐振频率会越小。如组合音箱中的大、中、小扬声器分别用来展现其低频、中频以及高频。 FO第64页，共97页。5.4 阻 抗 阻抗：阻抗一般与输入信号的频率有关，阻抗随频率变化的特性称为阻抗特性，把它记在以对数频率刻为横座标的图上，称为阻抗曲线。第65页

22、，共97页。 5.5 谐 波 失 真谐波失真：是由振幅非线性引起的一种失真，当输入某一频率的信号时，在输出信号中除了原输入信号外，还出现有二倍于，三倍于基波频率的信号，称为谐波，这种现象就是谐波失真，谐波失真的大小通常用这些谐波含量总和的均方根值与输出信号总声压的均方根值之比的百分数来表示。失真主要由振动系统以及测试仪器本身引起。第66页，共97页。5.5.1 谐 波 失 真f02f03f0谐波基波=. 第67页，共97页。5.5.2 总谐波失真THD对于输入扬声器的一个单一频率的正弦电信号，输出声信号中谐波分量的总和与基波分量的比值称为扬声器的总谐波失真。也可以采用二次、三次、四次、五次谐波

23、分量之和与总量的比值作为扬声器的总谐波失真。总谐波失真THD3%时，人耳已可感知;THD5%时，会有轻微的噪声感;THD10%时，噪声已基本不可忍受。第68页，共97页。5.6 额定功率及最大功率额定功率：是指扬声器或受话器能长期正常工作的电功率，为保证扬声器能可靠工作，手机输出的音频信号的最大功率应小于扬声器的额定功率，可通过调整音圈、膜片提高扬声器的额定功率。试验条件：扬声器输入额定功率的模拟节目信号,96小时，各项性能指标满足要求。最大功率：扬声器在短时间内不会被破坏的功率，扬声器虽然不会被损坏，但音质无法保证。试验条件：扬声器输入最大功率的模拟节目信号，开1分钟关两分钟，10个循环，各

24、项性能指标满足要求。第69页，共97页。 不同功率下测试的扬声器的曲线第70页，共97页。 5.7 扬声器/受话器的品质因数 品质因数是扬声器/受话器共振曲线尖锐程度的一种量 度，简称Q0，它是在共振频率点声阻抗的惯性抗（或弹性抗）部分与纯阻抗的比值。它能确定受话器在0处的特性，可以理解为是抑制、阻尼共振的重要参数。Q0高，共振就愈强，Q0由受话器的阻抗曲线确定。 扬声器/受话器的Q0值与受话器的结构工艺关，可以在一定范围内对其控制。最简单的办法是改变振动系统的质量，Q0与振动系统质量成正比，与磁通密度的平方成反比。第71页，共97页。5.8 扬声器/受话器的纯音检听在额定频率范围内，给扬声器

25、/受话器输入规定电压的正弦信号，扬声器/受话器应无明显的刺耳声及其他异常声。给扬声器/受话器输入规定的正弦信号，由公共频率允许偏差下限开始向高频扫频，检听方法可以是手动扫频，也可以是自动扫频。 检测信号：用正弦信号检测，如果没有其他规定，则输入受话器的信号电压在所有频率保持恒定。第72页，共97页。5.9 扬声器/受话器的极性 是指给扬声器/受话器输入信号时，受话器膜片产生运动的方向与输入端所加信号极性之间的关系极性的测量方法 按规定给扬声器/受话器输入瞬时直流电压，引起膜片向扬声器/受话器前盖方向运动时，与电压正极相连接的输入端为扬声器/受话器正极。第73页，共97页。5.10 灵敏度与有效

26、工作频宽 有效频率范围是由上限频率和下限频率为界的频率范围（一般指扬声器发出可听声音的连续范围），也叫频宽或频率覆盖范围。 在频响曲线灵敏度最高区域取一个倍频程带宽，计算平均声压，再下降10dB做平行于水平参考轴的线，与频响曲线交点为有效频率范围(窄于1/9倍频程的尖峰、谷不计)。第74页，共97页。 5.11 寿命试验标准以及方法1）额定功率下，模拟节目信号为信号源（GB/IEC)，时间96小时； 说明：主要考察音圈、粘接胶、振膜等组成的振动系统的耐 热能力，极少部分是考察此振动系统承受机械破坏力的能力。2）额定功率下，正弦波为信号源，扫频范围100-10KHz，扫频周期 为5秒，时间96小

27、时。（部分同行RCV:300-3400Hz,SPK扫频： F0-10KHz） 说明：音圈线材、绕音圈的工艺、粘接胶、振膜等组成的振动系统 能够承受机械冲击破坏力的能力。3）额定功率下，白噪声（EIA滤波），时间为96小时。 白噪声信号能量频谱：从低频到高频具有均匀等能量的频谱。 说明：此试验方式兼顾上述1）与2）。4）额定功率下，粉红噪声，具有较强的破坏力，应用很少。5）部分客户的特殊要求：主要指信号的功率大小（有最大功率、 最大功率的70、最大功率的80等作为试验信号）。第75页，共97页。寿 命 试 验实际操作：1、必须通过上述1）与2）试验，试验前后灵 敏度变化不超过 +/-3dB(在客

28、户没有特殊 指明要求的试验条件下)。2、客户指定试验信号源时按照客户指定的信 号源进行。第76页，共97页。六 扬声器/受话器的工艺流程第77页，共97页。华司磁铁粘接 外壳粘接接线板粘接贴阻尼网音圈与膜片粘接音圈引线引出音圈引线爬胶磁路与外壳粘接引线焊接阻值测试第78页，共97页。产品充磁纯音检听特性测试产品打标贴防尘网焊外接线涂绝缘胶测试阻值产品包装第79页，共97页。主要生产设备三轴自动点胶机 日本武藏三轴自动点胶机，重复精度为0.01mm，精度高，操作方便，运行、吐胶稳定，一致性好、可靠性高。可准确制出圆型、椭圆型、跑道型及各种形状轨迹。第80页，共97页。主要生产设备UV固化设备UV

29、固化设备是美国DYMAX生产的隧道式UV固化机。利用紫外光在几秒内使UV胶迅速固化。第81页，共97页。主要生产设备视频检查系统先进的视频放大、测试仪器可检查出产品在产线上出现的细微的差异，以保证产品的一致性，制造出优质的产品。第82页，共97页。主要生产设备充磁机 HZ-2520型充磁机是日本平野生产的设备。通过充磁线圈，对磁性材料（铷铁硼）进行充磁的设备，电容的充电、储能、输出自动控制，充磁能量大，可保证磁铁充磁饱和。第83页，共97页。主要生产设备频响测试：SOUNDCHECK声频测试仪加IEC318人工耳或障板SOUNDCHECK声频测试仪是美国生产的全功能电声器件测试仪器。可以测量电

30、声器件的灵敏度、平均功率灵敏度、灵敏度频率特性曲线、阻抗、阻抗频率特性曲线及失真、R&B等指标。可测量助听器和音频功放性能，或作频谱分析。具备抗环境噪音功能。测量频率可达：10Hz65KHz。第84页，共97页。主要生产设备听音测试 扫频信号测试仪,本机振荡器所产生的正弦波失真极低（约0.1%），音质极纯。因此，本机兼具失真及频率稳定度高的双重优点。第85页，共97页。主要生产设备打标机 打标机是日本日立公司产品。为电脑控制，应用感光系统感触打标物体，将油墨喷在待打标产品上。第86页，共97页。七、受话器、扬声器 在手机中 的应用第87页，共97页。受话器音腔第88页，共97页。 扬声器音腔第89页，共97页。声腔的影响 手机内部所构成的声腔或者泄漏孔会对受话器、扬声器的性能或者声音产生的影响，声孔、前腔、内腔、泄漏孔等等都会对手机的整机音质表现产生影响，首先要用环形橡胶垫把受话器、扬声器与手机外壳密封起来，使声音不会漏到手机内腔。泄漏孔主要是由SIM卡、电池盖、手机外接插座等手机无法密封位置的声漏等效而成的，泄漏孔以远离受话器或扬声器为宜，即手机无法密封的位置要尽量远离受话器或扬声器，这样可以使得手机的整机的音质表现较好。第90页，共97页。 声腔结构对手机电气性能以及音质的影响声腔结构对手机电气性能的影响对音质影响手机外壳声孔大手机外壳声