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第一章扬声器材料的认识

第一节各部品材料的认识

一、扬声器材料的构成

喇叭厂属材料组装型企业，故开发的关键就是原材料的选择。

原材料的好坏很大程度上决定的产品品质，同时直接决定了产品的成本。

因此产品开发设计是决定产品品和企业经济效益的关键环节，动圈式圆锥形外磁型扬声器主要材料包括：

支架、铁片、铁心、磁铁（后磁铁）、后壳、鼓纸、垫片（背面垫片）、弹波、音圈、防尘盖、端子、锦丝线等十多种，见图1-1，

图1-1

voicecoildustcap

边edge/surround

背面垫片packing

leadwiregasket

conepaper

terminal

damperwasher

windingheight卷幅

washer/plate

frame音圈管bobbin

shieldcover

音圈线VC.wire

magnet

气眼eyelet

yoke

adhesive接着剂canelmagnet

对这些材料了解越深，对开发越有帮助，要能开发成本低、性能好、作业方便的扬声器，除了需要很强的开发经验及严谨的工作态度外，还必须在原材料上下功夫，下面依次对上述原材料来做认识。

（一）、支架（FRAME）

亦称BASKET，是安装振动部分零件，磁气回路和其它零件的母体。

小型SPK的支架都是钢板，材质为SPCC（S：

STEEL钢铁P：

板钢C：

COLD冷锻C：

硬度区分）。

钢板的材质厚度为0.5~1.2MM冲压成型，表面通常处理有五彩电镀，烤黑、电黑，加以防锈。

大口径的磁气回路特别强劲笨重，钢板材质会使用1.0MM甚至更厚。

但高级HI-FISPK也有用铝铸的支架，此外用塑料成型的支架亦很多,防水喇叭及头机最常用。

塑料框的材质多为ABS或ABS加纤以增高耐热及强度。

有些游艇上使用的塑料框的材质为ASA料，可以延长塑料框受紫外线照射而变颜色的时间。

铁框材质的厚度除对SPK承受压力有影响外，同时对SPK的安装后能否承受一定的振动不致变形亦有影响。

此外，SPK工作频繁振动时，支架可能会在某些频率产生共振而影响音质。

中高音SPK的支架多为密闭的，故也有音箱的性能。

如有为中音时，通常要求有必要的内在容积及在振动的背面不产生定在波的形状，通常为了防止定在波的发生和调整FO与Qo值之需，要在支架内部填入吸音的材料。

开发设计选用支架时，应注意三点：

1.平面度：

鼓纸EDGE，弹波EDGE与框接着处需平坦，充分严密才安全。

对于鼓纸EDGE为凹边时，还需考虑SPK工作振动时EDGE是否碰着框面。

2.高度设配：

结合弹波、鼓纸有效高来设计或选用合适之铁框，三点接着处鼓纸与弹波间需有少许空隙，一般为0.3~0.8MM为宜，过紧穿鼓纸后使颈部胶外分，与音圈不能很好接着，严重者使压鼓纸困难造成CI、B声、胴体翘高度不一、弹波下陷、A声不良机率增加等诸多不良。

另外弹波面到底部的高度及内部空间，对于功率大，振幅大的SPK，若此高度不够，振动时弹波颈部会碰着铁片或铆接浮凸点，而造成一种类似AB不良的致命缺点。

3.散热设计：

扬声器工作时音圈产生的很高热量，热空气主要集中于弹波以下的腔内。

若铁框底部和弹波之间的内部空间不够，令热量积累无法扩散，会增加音圈的老化速度而致使功率达不到，故开发设计时需周密考虑。

可以使铁框的底部空间适当加大或在铁框的底部边缘设计为有孔型。

如果是塑料框，铁片产生的过高温度会使塑料软化变形而产生不良。

这时除框的底部边缘设计为有孔型外还要考虑塑料的耐热性而来选用材质，或在铁片和塑料框间增加隔热材料。

4.表面处理检验：

a．表面处理有电镀五彩，电镀白锌，烤黑及丝纹漆。

b．为了检查铁框表面处理后对接着剂是否能很好的粘合，一般使用濡性试验来检测。

五彩一般用37度作濡性试验，严格的用38度作濡性试验。

烤黑一般用33度作濡性试验。

试验如果缩成一团则为NG。

c．电镀膜厚要求大于5um。

d．检验铁框是否耐候氧化生锈，用盐水喷雾试验进行检测。

5%或8%的盐水48H。

5.铁框通用尺寸要求：

铁框共通点尺寸公差表

端子孔

公差

全高A

公差

有效高B

公差

铆孔ΦC

对角

3.6×3.6

+0.1/-0

全高≤10

±0.2

B≤35

±0.2

Φ2.2±0.1

±0.1

2.2×2.2

±0.1

10＜A≤30

±0.3

B＞35

±0.3

Φ3.2±0.1

密闭4.8×4.8

±0.1

30＜A≤40

±0.4

Φ4.3±0.1

铝铸螺丝孔

M3P0.5

A＞40

±10%取入整数

Φ5.3±0.1

铝铸螺丝孔

M4P0.7

Φ6.3±0.1

（二）、铁片（WASHER/PLATE）

铁片又叫铁板、华司或上片，在磁气回路中，铁片与铁心都起了导磁作用，它们能将磁铁的N极与S极通过回路集中到间隙，使间隙产生较强的磁场，而音圈的卷幅刚好位于间隙正中，故铁片的内径、厚度非常重要。

一般功率比较大，或振动时冲击力大的扬声器，铁片与铁框都是以铆接固定在他们的接合处再用胶补强，以防止扬声器在工作时气流从铆接之间的缝隙内挤出，产生气流声不良即漏风。

如果磁气回路很重的扬声器，一般使用铁片攻牙锁螺丝的形式。

铆接或锁螺丝可以承受大冲击力，一般破坏试验都可承受。

一般铆接浮凸点或螺丝孔有4～6个。

塑料框和铝铸框不能铆接，一般以螺丝锁紧，结合处同样以胶补强，螺丝锁紧后，需在螺丝头与框底结合处点胶，以防止SPK频繁振动而松弛至脱落。

有些塑料框在注射成型时，铁片就成型于其中，可以降低成本，许多小型SPK铁片通过内铆固定于铁片框上，与框体形成一个整体，不需再铆接加工，结合处一般也需全周补强，防止因铆合不牢而脱落。

故内铆式要还应中孔径精确，内铆式的弱点是不能承受破坏试验，不能承受太大的冲击力，仅适合于磁铁外径在Φ45mm以下的扬声器。

优点是扬声器生产作业时方便省时，可适当降低扬声器的成本。

铁片的材质为SPHC（S：

STEEL钢铁P：

板钢H：

HOLD热锻C：

硬度区分），一般表面五彩电镀或镀锌。

开发设计选用铁片时，根据SPK的用途客户要求的性能来设计或选用铁片，铁片的内径是扬声器磁气回路间隙的外围，而线圈就在间隙内振动，故铁片的厚度与内径非常重要，一般低音扬声器振幅大，振动系统重，这就要求磁气回路强劲有力，铁片厚度此时不能太薄弱。

强振动的扬声器发热快且温度高，磁场幅度较宽，散热快，周波数特性衰减快，同时还可降低低音谐振Fo有利于低音。

相反铁片薄时，间隙磁束尖锐，散热慢，适合高音振幅小之类型选用，但必须了解的是铁片导磁象水管一样，当磁力到一定程度，铁片的导磁性能饱和，即使磁铁再加大，磁力再加强，铁片的导磁性能不会再加强，尤其是铁片厚度小者，导磁更容易饱和。

6.铁片外径尺寸要求：

①．扬声器无后壳时，铁片外径尺寸一般比磁铁外径小一个等级，如磁铁外径为70时，铁片外径为65，超过120以上的磁铁，铁片外径可以比磁铁外径小10mm。

公差要求不是很严格，能够达到±1%，四舍五入保留到小数点后面一位数即可，甚至可以最大放宽到±2%。

当铁片为内磁扬声器使用时，铁片相当于是铁心的中柱，那么外径的公差就为铁心中柱的公差要求，即+0，-0.04

②．扬声器有加附后壳，当磁铁外径<100mm时，铁片外径尺寸一般比磁铁外径大一个等级，如磁铁外径为70时，铁片外径为75。

当然也有特殊状况如需考虑装配要求需减小后壳外径的，磁铁外径为45，铁片外径为46.5。

公差要求也比较严格，与后壳需科学的配合，一般要求为+0，-0.4，或±0.2。

7.铁片内径尺寸要求：

铁片的内径公差范围一般见下表：

一般铁片内径公差表

音圈直径

内径基准

内径公差

厚度公差

13～14

VC最大外径+0.35（有磁液）～0.5

+0.04/-0

一般±5%t

16～20

VC最大外径+0.5～0.7

但最小限度为±0.2

25

VC最大外径+0.6～0.8

30～32

VC最大外径+0.7～0.8

35～38

VC最大外径+0.75～0.9

50以上

VC最大外径+0.8～1.1

+0.05/-0

3．铁片浮凸点高公差

铆接固定型铁片浮凸点之尺寸比较重要，尺寸不严谨时，会使铆接不牢固，做成SP松动或掉头，还有浮凸点承受不了铆接压力而下陷者。

设浮凸点高度为F，浮凸点直径为E，铁片厚度为T，则铁片浮凸点高公差要求如下表所示。

铁片浮凸点高度公差表

铁片厚度t

浮凸点直径E

浮凸点高及公差h

浮凸点的个数

t<3

E=2

h=1.5±0.1

3～4

E=3

h=1.6±0.1

3～4

t=3

E=3

h=1.6±0.1

3～4

E=4

h=2.0±0.1

4

3

E=4

h=2.3±0.2

4

5≤t≤6

E=4

h=2.5±0.3

4～6

E=5

h=2.8±0.3

4～6

E=6

h=3.0±0.3

攻牙M5～6

4～6

t≥8

E=6

h=3±0.3

4～6

攻牙M6

4～6

为了使浮凸点不致在铆接时承受不了压力而下陷，浮凸点下空做成拱桥式较为理想，见图1-2。

浮凸点与框底孔的配合也要适当，否则会造成难于套入或太弛易偏位、脱落等情形。

图1-2

（三）、铁心（YOKE）

铁心又名T铁，在磁气加路中起导磁作用。

铁心实际上应称为轭，英文Yoke，根据其形状可分为U形轭与T形两种，由下图1-3我们可以了解到轭在磁气回路中的作用（带斜线部分为磁铁）。

图1-3

开发设计选用铁片时，根据扬声器的用途、功率、性能要求不同而异，铁心中心径是扬声器磁气回路间隙的内缘，而线圈就在间隙内振动，故铁心中心径尺寸至关重要。

铁心中柱高、铁片厚度、音圈卷幅等对振幅大的扬声器是否产生AB不良都有影响。

如果磁铁与铁片厚都固定，扬声器不能承常受应有的功率，振动碰底，这就必须采用冲沟或车沟形式的铁心，以底板背凸形式来补赏底板的厚度，但在设计冲沟铁心时必须注意以下三点：

1、冲沟不能太深太尖锐（见图1-4），图中A为冲沟，斜面D不能太陡，沟底C亦需保持一定宽度，否则铁心冲压模会承受不了容易爆裂。

2、维持底板固有厚度，即冲沟后沟底部厚度斜面B之厚度最少维持有底板T之厚度，否则会影响导磁性能。

当然比T厚更好。

如C很狭窄，底部厚度稍有出入，影响不大，可以忽略。

图1-4

铁心中柱亦有打凹槽的，优点有二点：

一是减少铁心重量，降低成本；二是使磁气回路中间隙磁场分布更均匀，有助于减少谐波失真。

但柱孔不能随意设计，必须注意不能影响其性能，若该SPK的铁心厚度为t，则A-B≥2t，但有多个机种使用该铁心时，必须以最厚之t为基准，否则会影响磁束密度（见图1-5）。

有些扬声器为了设计散热，加大扬声器的功率，铁心中柱会设计为通孔，通孔的尺寸也不能过大，若图1-5中B为通孔，则亦尽量遵循A-B≥2t。

图1-5中如果铁心中柱的R角大，相当于间隙少许加大。

R角过小，容易击伤而造成中柱不平，SPKA声不良。

一般20以下这R=0.5~0.6；20~25为R=0.6~0.8；25以上R=0.8~1.2。

铁心之底部定位孔标准规格皆为6×60°×3.7±0.2。

详细标注见图1-6，定位孔不符规格时，SPK生产在旋转台上旋转不正中，使注胶无法达到标准位置。

铁心通孔一般要求如下表。

铁心通孔一般要求表

中柱径B

一般通孔尺寸

中柱径B

一般通孔尺寸

中柱径B

一般通孔尺寸

13

5

25

8～12

50

20～25

14

5～6

30

10～15

60

20～38

16

32

63

25～38

19

6～10

35

10～20

75

35

20

38

15～20

※如果通孔是为了穿入螺丝不在此列

图1-5

A图1-6（底孔）

C

B

E

H

底孔

铁心公差要求如下表：

外径A

公差

中柱径B

公差

部位

公差

≤36

±0.4

13

13-0.04～-0.09

厚度T

≤4

±0.2

36～60

±0.6

14

14-0.04～-0.09

=5～7

±0.3

61～76

±0.8

16

16-0.04～-0.09

≥8

±0.4

77～110

±1.0

19

19-0.04～-0.09

有效高H

±0.2

111～174

±1.2

20

20-0.07～-0.012

底孔

6×60°×3.7±0.2

175以上

±1.5

25

25-0.07～-0.012

台阶高E

E=0.5/+0.5-0

30

30-0.09～-0.014

C

磁铁内径

公差

32

32-0.09～-0.014

18

17.4±0.2

35

35-0.09～-0.014

22

21.2±0.2

38

37.95+0～-0.05

25

24.2±0.2

50

48.85+0～-0.05

32

31±0.2

60

60-0.12～-0.18

40

39±0.2

63

63+0～-0.05

60

59+0-0.5

75

74.8+0～-0.06

75

73.5+0-0.5

90

88.5+0-0.5

（四）磁铁（MAGNET）

1．要了解磁铁，先必须掌握磁场的有关知识。

磁体周围存在磁场，磁体之间的相互作用力是通过磁场发生的，磁场和电场一样是一种物质。

磁场有方向，磁力线在磁场中任意一点，小磁针北极的受力方向亦即小磁针静止时，北极N所指的方向就是那一点的磁场方向。

直线电流的磁力线方向与电流之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定（见图1-7）。

通电螺线管外部的磁力线和条形磁铁外部的磁力线相似，也是从北极N出来进入南极S的，其内部亦有磁场，内部磁力线与螺管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部磁力线连接形成一些闭合曲线。

通电螺线管磁力线方向与电流之间的关系亦可用安培定则来判定（见图1-8），在磁场中，垂直于磁场的通电导受到的磁场的作用力，跟电流的强度I和导线的长度L的乘积IL的比值，叫通电导线所在处的磁感应强度。

用B表示磁感应强度，则B=F/ILB单位是特斯拉，国际单位是T1特=1牛/安米，磁力线的疏密反映了磁感应强度的大小。

图1-7A、磁力线分布图1-8B、安培定则

穿过某一面积的磁力线条数就叫做穿过这个面积积的磁通量，磁通量常称为磁通，它的符号是φ。

穿过垂直于磁感应强度方向单位面积的磁力线条数等于磁感应强度B。

故在匀强磁场中，垂直于磁感应强度面积S的磁通量φ=BS，如果平面不与磁场垂直，就应作出它在垂直于磁场方向上的投影平面。

在国际单位制中，磁通量的单位是韦帕，简称韦，国际单位是Wb，1韦=1特1米，从φ=BS可知B=φ/S，这表明磁感应强试等于单位面积的磁通量。

故常把磁感应强度叫做磁通密度，并且用韦/米2作单位。

1特=1韦/米2=1牛/安米，磁场对电流的作用力F=BILsin（θ：

BL），通常把通电导线在磁场中所受的作用力叫安培力，安培力的方向可用左手定则来判定。

2、电动型扬声器工作原理：

当垂直于磁场的导体有电流的话，导体就会在垂直于磁场及电流的方向上受到力作用，这个力的方向可用佛来明左手定则判定（见图1-9）。

有了这些知识，对电动型扬声器的工作原理就能容易描述，在扬声器的磁气回路的间隙有一个各处同性的环状磁场，线圈的卷巾就位于这个间隙内，当外界的信号电流发生改变时，根据佛来明左手定则，线圈就会随着电流的大小和方向受力运动，推动与音圈连在一起的鼓纸向外辐射声音。

（见图1-10）。

图1-9佛来明左手定则（Fleming’srule）

图1-10扬声器的工作原理

鼓纸运动方向

鼓纸

磁场方向

SS

电流方向I

3、磁气回路

当音圈导电而振动时，对线圈以直角供给直流磁通（供给磁场）的部分，就叫磁气回路。

①永久磁石

永久磁石大致分为Alnico系永久磁石、Ferrite系永久磁石及希土类钴系永久磁石三种。

Ⅰ）Alnico系永久磁石

Alnico系永久磁石的构成是以铁（Fe）、铝（AL）、镍（Ni）、钴（Co）为主要成份另加少量的铜（Cu）和钛（Ti）等。

故其名称也是取其主要成分的符号而成。

其制造是以铸造为主，也有少许锻造的Alnico磁石，但不作制造SPK之用。

Ⅱ）Ferrite系永久磁石

早先SPK用的磁石，几乎全部是Alnico，而Ferrite系磁石大都数用在SPK以外，如Core之用，约在二十年前开始用于SPK之后，随电视机喇叭因顾虑漏磁的影响之外，其它大型SPK几乎全部使用Ferrite系磁石了。

特别是前几年，全世界钴拉地萨伊（比属刚果）发生战争之后，钴的价格猛跳数倍，而且来源不易，故小口径的SPK亦大都换用Ferrite磁石。

Ferrite系磁石是以氧化钡与氧化二铁的混合粉末经Press成型，在高热炉内烧结而成，材料比Alnico便宜很多而且来源稳定，保磁力（HC）大，对外部磁场的安全性亦佳。

磁气回路的形态概为外磁式，但最近亦有内磁式的研究设计了。

Ⅲ）希土类钴系永久磁石

它是把稀土类金属和钴的化合物所制成的稀土类钴的永久磁石。

这种磁石的最大特点是性能上所显示的物理量，所谓最大能量积（MaximunEnergyProdoct代号是“BHmax”）约为Alnico磁石的2~3倍，故小的体积可以获得大的能量，随着超薄型喇叭的问世，尤其前两年WalkMan型收录机的流行，稀土类钴永久磁石更见大行其道了，最近又有塑料稀土类钴（Medmax）的出现，成型容易价格亦低，它的成份是铉（SM）、钴（CO）及塑料粘结而成，比稀土类钴永久磁石便宜一半。

电磁型及永久磁石型造成磁通的方法见图1-11。

②磁气回路的组成

铁心、铁片和磁铁结合构成了磁气回路（磁路），但小型SPK使用圆形轭时就不需铁片了，铁心和铁片的作用是在形成磁极的同时，把发生于永久磁石的磁通量（磁束）导向磁隙（GAP）之内，用电气回路作比喻，这就是导入电流的导线，故最重要的是将发自永久磁石的磁通量非常有效的导入磁隙内，而且通过铁心与铁片的磁通量决定于其材质和断面（厚度），如果材质不佳和断面厚度不够时，则导入磁隙内的磁通量少，泄漏的磁通量就多。

③扬声器磁气回路

SPK有内磁式AlnicoType和外磁式FerriteType两种，SPK的磁气回路包括永磁体（即磁铁，磁石或磁钢）铁片，铁心和工作气隙，而在气隙中利用永磁体所提供的磁能。

永磁体的作用是在气隙中主生永恒磁场。

磁气回路设计的根本目的就在于设计一种磁路结构，以体积最小，价格最廉的磁铁，在气隙中产生既定的磁感应强度，而单位体积的永磁体向外空间所发出的能量与它的磁能积（BHX）是成正比的。

如图1-12（a）的永磁体，其磁滞回路的第二象限部分称为该磁体的去磁曲线，曲线上的各点则相应于不同的去磁情况，亦即不同的气隙长度lg，如图1-12（b）所示，如果磁路是闭合的，则相当于该磁体处于B的情况，此时磁感应强度是最大的，且等于Br，但此时没有可供利用磁能的气隙，因此全部能量集中于磁体内部，磁体向外界不输出任何能量，能量曲线中w=0，w=0之第二个极限情况相当于A点，此时H=HC，B=0；在该点磁体也不向外界空间输出能量，因为B=0，如果磁体处于D点的情况，则磁体能量的一部分即发射给外界空间，且其值正比于磁能积BH×Hd。

图1-12

（a）（b）

为了更好地利用永磁体，必须适当选择退磁曲线上的工作点，使得该点的工作条件相当于磁体的能量输出，或者说使得该点所对应的磁能积达到最大值（Bm×Hm）max，则此点即为最佳工作点。

图（b）中D点，其所对应的磁能积（BH×Hd）达到最大，其输出能量也最大，因此描述磁体性能指针，除剩余磁感应强度Br，矫顽力Hc以外，还有最大磁能积（Bm×Hm）max的值。

只要适当设计永磁铁的尺寸3材料。

图1-13

5．磁铁的特性参数及基本公差

表1-5Ferrite磁铁特性参数表

牌号

Br

Hcb

（BH）m

Y20

3700±100GS

1700～2010oe

2.9±0.3Mgoe

Ba

370±10MT

135.5～160KA/m2

23.1KJ/m3

Y25

3800±100GS

2010～2380oe

3.2±0.3Mgoe

Ba

380±10MT

160～189.7KA/m2

25.5KJ/m3

Y30

3900±100GS

2220±200oe

3.5±0.2Mgoe

SI

390±10MT

177±16KA/m2

30.3～33.4KJ/m3

Y35

4000±100GS

2400～2600oe

4.0±0.2Mgoe

SI

400±10MT

191.3～207.2A/m2

30.3KJ/m3

1GS=0.1MT1Oe=0.0797KA/m1MGOe=7.97KJ/m3

1MT=10GS1KA/m=12.57oe1KJ/m3=0.1257MGoe

表1-6钕铁硼产品特征

材料

牌号

Type

剩余磁感应强度

ResidualInduction

磁感矫顽力

CoeyciiveForce

内禀矫顽力

IntrinsicCoercivity

最大磁能积Maximum

EnergyProduct

最高工作

温度Max.

OperationTemp.

回复

磁导

率

Br

bHC

jHc

（BH）max

r

kGs

T

KOe

KA/m

KOe

MGOe

KJ/m3

℃

N42

13~13.4

1.3~1.34

11.0~12.0

876~955.2

≥12

41~43

326~342

80

1.05

N40

12.8~13.2

1.28~1.32

11.0~13.0

876~1035

≥12

39~41

310~326

80

1.05

N38

12.4~12.7

1.24~1.27

12.0~14.0

955~1114

≥12

37~39

295~310

80

1.05

N35

11.9~12.2

1.19~1.22

12.0~14.0

955~1114

≥17

34~36

271~287

80

1.05

N38H

12.4~12.7

1.24~1.27

>17.0

>1353

≥17