压电扬声器最终设计方案综述

考试序列号项目名称：平板压电扬声器设计课程名称：大学物理实验学院：机电工程学院专业班级：2011级机械类（创新实验班）组员：曾劲松曾俊贤陈集辉陈思豪梁荣光联系方式课教师：钟老师2012年11月08日平板压电扬声器设计方案便携式产品的发展趋势随着便携式消费电子的发展，人们对便携式电子设备小型轻薄的要求越来越高，陶瓷压电扬声器以其超轻、超薄、高效、无需大音腔等特点逐渐被众多便携式消费类电子产品所青睐。便携式消费产品向着超薄轻小的方向发展!；怎样做到外形纤薄!，并且延长单次充电电池使用时间已成为各类消费产品的主要设计考虑。这样的系统需求对单个电子元器件提出了更薄、更小、更省电的要求。因此，为了迎合市场的需要，我们决定做一个结构简单，形状规则，占用空间小，实用的平板压电扬声器。陶瓷压电扬声器的基本特点与动圈式扬声器相比，压电扬声器的振膜是被粘接在它上面的压电材料带动产生弯曲的，因此振膜的外形几乎没有限制；而动圈式扬声器的振膜或纸盆通常都是圆形或者椭圆形的，这样常会限制产品的外形设计。所有的动圈式扬声器都必须有一个磁铁以驱动音圈，这样就增加了扬声器的总体高度及重量。但是陶瓷压电扬声器却无需磁铁驱动，这样就可以达到一种很薄的外形从而降低终端产品的高度。面对设计小巧的手机和越来越薄的电脑，动圈式扬声器成为制造商能否生产出超薄产品的制约因素。陶瓷压电扬声器能以超薄、紧凑的封装提供极具竞争力的声压电平；具有取代传统的动圈式扬声器的巨大潜力。陶瓷压电和动圈式扬声器的主要区别如表下所示：扬声器类型优点缺点陶瓷压电扬声器超薄外形，严格的制造公差，所需声腔很小，效率高，散热好，寿命长，无磁场，无电磁辐射需要高压才能驱动，低频响应不是很好，容性负载动圈式扬声器技术成熟，成本低，频率响应很好尺寸较大，制造公差宽松，所需声腔较大，效率低驱动陶瓷压电扬声器的放大器电路有与驱动传统动圈式扬声器不同的输出驱动要求。陶平板扬声器特点分析：本次设计的平板扬声器具有体型薄、外形随意、指向性非常好、声音衰减较小、保真度高、结构简单、加工方便、不易破损及无磁干扰等特点。（1）体型薄。该扬声器中使用了平面的发音盘，故扬声器可做得很薄，它的厚度主要由磁路结构与发音盘振动所需的空间决定。（2）外形设计随意。在该扬声器中，只要将磁通完全穿过发音盘的中心孔，对磁路的形状没有要求，发音盘不一定非要圆形，它们均可根据美学与机械要求设计成任意形状，发音盘的表面便是各种艺术绘画作器的最佳居所。（3）指向性非常好。一般用传统喇叭构成的音箱，指向性很差，你必须站在音箱的前面，才能听到较完美的声音，特别是高音的部分；而如果你站在音箱的侧面，可能有些背景或伴奏声音就听不到了；如果你站在音箱的背面，可能那甜美的歌声，已经变成了不愿意欣赏的声音了。而平板式音箱却没有上述的问题存在，无论你站在任何位置，都能欣赏到完整、真实的声音。（4）声音衰减较小。传统的音箱，当你靠得太近会发现声音很大，而距离稍远时，你又觉得声音小了许多。而平板式扬声器没有以上问题，无论你是在近距离还是稍远距离，所听到的声音大小并没有太大的差异。（5）声音的保真度较高。一般传统的喇叭，它的形状为圆锥形，当它振动发出声音时，往往将声音集中在喉部，经过压缩，再传播出来，而人们所听到的声音，是经过压缩而变形的声音。平板式喇叭就不会有上述问题，只因为人们听太多变形的声音，所以一旦接触到平板式音响时，开始聆听时会觉得它很平凡，随后却往往被它自然的表现而深深吸引。（6）结构简单、加工方便、不易破损。该扬声器中磁路结构简单，各部分配合精度要求不高，音圈、磁路、发音盘可由产家做好后由普通用户自行安装。由于发音盘使用了多个导电环驱动方式，即使某部分导电环损坏，其它环仍可正常工作，不会对扬声器产生致命的影响。而传统的音圈驱动方式，一旦音圈烧坏，就不能再继续使用。设计总结1、遇到的问题在固体胶固定纸盘时，由于没完全固定好，导致声音很沙哑，这是由于压电片与振膜的摩擦产生的杂音解决方法：我们把纸盘的周围再加上固体胶之后，声音就没那么沙哑了。2、遇到的问题：刚开始我们接了音频线之后发现没有声音，检查电路和声量之后发现没问题，后来经过万能表测试发现变压器输入端电压正常，但是输出端电压值很少，我们意识到是变压器接反了。这时我们发现原来变压器上面是分别有4和3个缺口，标示着升降压方向。解决方法：弄明白了原理之后，我们小心翼翼地把变压器重新取出，按正确方向安装好，之后经过测试符合要求，在这过程中我们也学到了很多东西；3、制作过程：经过讨论，我们统一决定用两个压电片，然后通过不断得测试，根据声音的美妙程度将压电片组合放在适合的位置，在这过程中，我们发现当两压电片的中心距离为纸盘圆直径的三分之一时，两压电片在纸盘上的共振效果最好，声音很有磁力；4、制作过程：又经过一次讨论，我们统一决定把扬声器的外形做成一个照片框，经测试，在纸盘表面盖一张纸，声音不会受到太大影响，所以当照片盖在纸盘上时，声音应该不会受到太大影响，再者照片框形的外壳也省材料，经过分工切材料，照片框的外壳终于完成了，再由小组共同合作将固体胶涂在扬声器的电路板，再将电路板固定在底板上；并将压电片固定在照片框的背面，在这过程中，经过小组成员的特别提醒，我们特别的将3.5mm的音频输入端插口稍微移出底板的边缘，以便3.5mm三星音频能顺利插在插口上；最后经过试验发现电路板在插插头时的力作用下可能会发生错位变动，于是我们将一小段固溶胶安放在电路板的尾部以便起到固定作用。5、焊接步骤及注意事项按元件清单清点所有元件，分类摆放以便于拿取。用万用表检测，如有坏损的请选出来更换。②对照原理图元件清单安装元件，参照电路板元件符号确定元件的安装方向、高度。注意：电解电容的极性，电解电容应紧贴线路板，按丝印方向安装以免影响封盖。尽量把元件上的字符朝向一致，置于易观察的位置，以利于检查。③焊接元件要快、时间要短，用锡量要适量，避免拖锡而造成短路。④焊接元件先小后大，分类分批焊接完成后，剪去过长引脚，检查所有焊点有无虚焊及漏焊。⑤确定好各元件的位置后，先焊接电容器，再焊接功放输出端、3.5mm输入端，最后焊接变压器；⑥用热熔胶将电路板固定在底板上，并在尾部用热熔胶棒固定。注意事项1、清单清点元件数量，检测元件是否完好。2、向电路板安放元器件时注意元件大小、层次、安装方式。3、注意虚焊、漏焊、焊点短路、剪脚长度及毛刺等问题。4、注意区分变压器安装方向，以免接反。5、要注意不要将热熔胶碰到导线和排线。6、塑料面板的详细制作过程1、在面板中央适当位置画出一个正八边形，注意正八边形比原先设计好的振膜形状稍微小一点，画好轮廓线后用刮刀在沿着轮廓线在板的正反面分别用力刮五下左右，再将中间八边形面板小心翼翼地掰下来，这样面板的基本形状就做好了；2、根据面板中间镂空的八边形大小裁出适当大小的振膜纸板；3、最后用固溶胶把纸板粘在塑料板上，注意纸板与塑料板要严格密封好，防止声音失真；7、过程总结我们对这次物理实验作品设计感触颇深。这次是直接按照图纸进行焊接工作，可以说是独立完成，是对我们基本能力的考验，焊接过程姑且不计，有幸一次性成功；平板扬声器工作状态非常理想，音质很棒，不过有个小遗憾就是需要输入功率比较大时才能发声，可能我们的电路设计也比较简单，电路元件都是老师发的，我们想用最少的硬件最简单的电路做出最实惠的产品。此次课程设计拓宽了我的认知面，在原来的基础上又认识并掌握了一些元器件的使用，自己的焊接技术也得到了锻炼，很享受这样的过程，从中学到了很多，并且提高了自己的动手能力。感谢老师这几个星期的辛苦付出，很期待物理实验能以这样的形式进行下去。频谱测试软件介绍：AdobeAudition是一个专业音频编辑和混合环境，专为在照相室、广播设备和后期制作设备方面工作的音频和视频专业人员设计，可提供先进的音频混合、编辑、控制和效果处理功能。AdobeAudition是一个完善的多声道录音室，可提供灵活的工作流程并且使用简便。无论您是要录制音乐、无线电广播，还是为录像配音，AdobeAudition中的恰到好处的工具均可为您提供充足动力，以创造可能的最高质量的丰富、细微音响。本扬声器采用此软件对扬声器的各项参数进行测试并分析。扬声器的频谱分析系统：平板扬声器的频谱分析曲线图：对频谱曲线进行线性查看后的图：下图为频谱图中的某一段曲线，该曲线表明当频率在300Hz-14000Hz区间内声响较为平稳，说明该扬声器测试频率为300Hz-14000Hz范围内的声音效果较好，即为该扬声器适合测试频率在300-14000Hz的声音。下图红线表示原声的谱线图，蓝线是扬声器测试出来的谱线图，两者对比说明当声音频率在14000Hz