高品质直接辐射电动式扬声器制备技术的研究与产业化

高品质直接辐射电动式扬声器制备技术的研究与产业化

张建栋 朱鹏彦 单波 谢琪 郁程飞

安徽井利电子有限公司 安徽省马鞍山市含山县 238100

摘要：目前，电动式扬声器作为应用最广泛的扬声器之一，其工作原理是当处于磁场中的音圈有音频电流通过时，就产生随音频电流变化的磁场，这一磁场和永久磁铁的磁场发生相互作用，使音圈沿着轴向振动，低音丰满、音质柔和、频带宽，因此电动式扬声器成为市场主导产品，市场空间巨大。鉴于此，本文对高品质直接辐射电动式扬声器制备技术及其产业化进行了研究。

关键词：直接辐射；电动式扬声器制备技术；产业化

引言

传统的电动式扬声器是通过滤波分析模组及光学模组将不同频率段的音源信号转换成不同的光强度，每组散射图案根据光强度的变化形成不同高度的音源频率响应图案，使用者透过扬声器的每组散射图案的可见图案高度，即可了解不同频率段的音源信号在同一时间点的强度及同一频率段的音源信号在某段时间内的强度变化。但是，传统的电动式扬声器结构复杂，性能和效率较低，电路安全性偏低，且设计周期较长，材料使用成本不可控制，扬声器工作效率低，已不能完全满足当前发展需求。优化电动式扬声器设计和工艺技术，提高扬声器品质和电路安全性很有必要。

一、发展背景和趋势

目前，中国的电声制造业以民营企业为主，而民营电声制造业大部分集中在珠江三角洲地区。据保守估计，珠江三角洲地区的电声企业有两千多家，此次考察的20家专业音响企业只占其中的1%，但这些家都具有一定规模和行业影响，代表了电声设备制造业的基本情况。这些企业基本上都是在专业音响企业里的主流企业，其中包括比较知名的深圳先歌音响有限公司、深圳台电实业有限公司、广州迪士普音响科技有限公司等。这十年来，广州和深圳渐渐形成了专业扬声器厂家的中心，广州国光、广州吃达音响、广州科达、广州华兴、深圳市宝安奋达实业有限公司、等一直是专业扬声器的部件供应商。他们产品的品质代表当前国内最先进的水平。但行业是不断发展和变化的，在长三角经济带的飞速发展，对国内多个行业的发展具有深远影响，该地区企业通过积极转型升级，提升行业的制造能力、技术水平和管理能力。同时顺应国家发展的引导，科学的把握市场的变化规律，逐步提升产品的价值。实现地方产业的崛起，对整个行业的发展起到深远的影响，逐步形成新的行业发展中心，有力推动该行业健康快速发展。

二、技术方案

本项目以高品质直接辐射式电动扬声器为研发对象，通过优化产品的电路系统、磁路系统和结构，获得高品质直接辐射式电动扬声器。

首先在电路系统中对其系统设置低通滤波器用于减弱可能会引起震荡的频率下的增益，功率电信号通过直流检测器之后到达驱动，驱动通过保护继电器的保护之后将信号传送至扬声器，保护继电器也与功率输出极相连，用作功率输出极的保护作用，在功率输出极与驱动之间设置过滤检测器；可防止电流过高烧坏用电器，电路安全性能更高，电路系统也得到了简化，保护电路中灵敏度可调，操作更加便捷，适用范围更广，获得的产品结构将更为简洁科学合理，电路安全性更高，扬声器系统更简化，适用范围更广，具有很强的创造性。

其次优化设计扬声器磁路系统，以磁路方程和经验为依据,按不同导磁材料和铁磁材料的不同属性及几何要求,首先找出最佳磁间隙工作点,再依据导磁材料，磁性材料，磁路尺寸已知的情况下,利用有限元设计工具 FEMM,准确模拟出工作气隙的磁通密度,数值方程运算后图形可视化操作，在较短时间内完成设计，节约原材料和时间成本，同时提升产品的品质。

最后在产品结构上优化设计，通过结合市场存在的问题和实际需求，优化产品结构，获得的产品平衡性和稳定性得到提升，且防尘降噪功能显著。

三、关键技术

（一）直接辐射电动式扬声器电路系统设计

直接辐射式电动扬声器系统由扬声器电路和保护电路组成，扬声器电路包括功率输出级、低通滤波器、直流检测器、过流检测器、开机延时控制电路、驱动和保护继电器，功率输出极将功率输出至低通滤波器，低通滤波器用于减弱可能会引起震荡的频率下的增益，功率电信号通过直流检测器之后到达驱动，驱动通过保护继电器的保护之后将信号传送至扬声器，保护继电器也与功率输出级相连，用作功率输出级的保护作用，开关延时控制电路与驱动相连，在功率输出极与驱动之间设置过滤检测器可防止电流过高烧坏用电器。保护电路用于初始接入电路的保护，保护电路中当输出中间电压偏离零点一定幅度时，关断继电器来保护扬声器，灵敏度由电阻决定，其灵敏度可调，操作更加便捷，适用范围更广，开机延时控制电路是加电自延时电路，其延时时间由电阻和电容决定，继电器在开关闭合几秒后吸合并保持直到开关断开为止，可保证开机安全。

（二）扬声器磁路优化设计

运用磁路设计软件 FEMM，用以分析静态低频磁路结构，首先绘制图形结构定义几何尺寸和材料属性及边界属性，材料属性包括导磁材料和铁磁材料的参数，包括 B-H曲线磁导率矫顽力等 ,再执行麦克斯韦电磁场方程，最后后处理程序执行，可观察所有区域和点的磁场及磁力线分布情况, 可即时观察到以我们传统扬声器磁路设计理念设计出的磁路结构的磁场状态,包括铁磁的磁饱和状态,漏磁情况,磁分布均匀情况,磁通密度等,可为我们磁路设计微调提供设计思路,从而作出符合实际的方案由于它的使用它在我们设计中起到事半功倍的作用。

本项目以磁路方程和经验为依据,按不同导磁材料和铁磁材料的不同属性及几何要求,首先找出最佳磁间隙工作点,再依据导磁材料，磁性材料，磁路尺寸已知的情况下,用有限元设计工具 FEMM,准确模拟出工作气隙的磁通密度,数值方程运算后图形可视化操作,实际磁间隙用磁通计测量误差在2%以内,为设计人员节省了材料成本和时间成本,为尽早赢得优质客户争取了时间。

（三）直接辐射电动式扬声器硬件结构优化设计

直接辐射电动式扬声器的基架外表面设置磁圈和安装吊耳，安装吊耳上设置安装孔和平衡气泡，磁圈表面等间距均匀设置螺纹盲孔，螺纹盲孔内设置配重铁柱，配重铁柱表面设置外螺纹，基架上方设置振动系统，振动系统主要包括振膜和音圈，振膜上方设置防尘滤网，防尘滤网表面高于基架上端面所在平面，基架侧壁设置电连接端子，电连接端子与任一螺纹盲孔同中心线。配重铁柱的长度与螺纹盲孔的深度相等，配重铁柱的一个端面设置装卸纹槽，配重铁柱的数量小于螺纹盲孔的数量。本结构的优化设计获得的产品平衡性和稳定性得到提升，且防尘降噪功能显著。

四、技术创新点

第一，直接辐射电动式扬声器设置低通滤波器用于减弱可能会引起震荡的频率下的增益。在功率输出极与驱动之间设置过滤检测器可防止电流过高烧坏用电器，电路安全性能更高，电路系统得到简化。

第二，通过FEMM对喇叭磁路磁力线分析，模拟出工作气隙的磁通密度，可优化导磁材料和铁磁材料的结构组成，有效利用资源 使材料利用最大化，减轻喇叭重量和体积，减小漏磁，降低喇叭成本。同时可快速准确获得设计喇叭的重要指标BL 值，通过软件模拟 ，估算出SPL ，赢得了开发时间。最终提高产品竞争优势。

第三，直接辐射电动式扬声器硬件结构优化设计，使产品在平衡性和稳定性得到提升，同时设置防尘滤网和磁屏蔽层增加产品的防尘降噪功能。

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