1、電聲設計崗位培訓,攢稿/整理: 陶元雄 李順平審核: 魏威 廉,200年月1日,一:Mylar speaker 結构&功能參數介紹 二:設計應用及理論支持部分 三:听音与測試 四:聲學基礎介紹及其他 五:送樣周期及設計流程簡介,內容提要,插入講義: - Benny Yim - 黑 崎 哲 也,Operated by 3 interrelated systems The motor system The diaphragm The suspension system,Electro-dynamic speaker,一:Mylar speaker 結构&功能參數介紹,1.喇叭的结构性能介绍,1.1
2、磁铁 现用的是第二代材料NdFeB,此前用铁氧体(附质检报告和退磁曲线) 在充磁时,有先充磁后装配的,也有先装配好后充磁的. 1.2后盖. a.形成磁回路 b.作为支撐件.有的加上垫圈 1.3华司 导磁作用,可调整磁路间隙, 1.4振膜 振动系统的主要部件.厚度,材质,振动的有效面积,形状 1.5音圈 动力部分,音圈的直流电阻,线径,高度(左手定则判断其运动方向) 1.6压边圈 固定件,容易解决高频附近的谷点 1.7底板 注意焊锡温度,击穿电压,可耐氧化时间 1.8绒纸 a.蓝框阻尼 b.开孔阻尼,蓝框阻尼:在单体后方筐架装上具音箱性阻力的布料,是降低单体Q值最有效的一种方法.多层布料调Q值的
3、方法比在导管内增加阻力还要来的好 开孔阻尼:可在导管内填入达克龙,羊毛,玻璃棉或泡棉,以增加阻力.不透气的多孔布盖在开孔的末端也可得到相同的效果,. 功能参数,A） 频响曲线。在前面已讨论过,这里不再重复。 B） F0。调整F0可改变振膜材料、厚度及各部分的弧度和加强筋的形状位置以及腔体，出音孔数量，大小等。 C） 灵敏度。可考虑磁铁华司的配合方式，音圈伸入磁路间隙有效长度。 D） 阻抗。主要是音圈的电阻，还有震荡回路中的容抗、感抗。目前可以选用电阻率及外径不同的漆皮线材料来控制。 E） 失真度，综合考虑磁路设计，震荡回路，瞬态响应，组装工艺等。,Speaker dimensions (dia
4、meter, thickness) Impedance Sensitivity Bandwidth Nominal power handling Peak power handling,Basic speaker parameters,Compose of 4 basic parts Magnet Front plate (washer) Back plate (housing) Voice coil,The motor system,Magnet source of magnetic field between the air gap NdFeB (Neodymium Iron Boron)
5、 Highest max. magnetic energy product (BH),Magnet,The motor system,Front Plate & Back Plate form the magnetic gap, structure of speaker Usually of materials with high permeability i.e. SPCC,Front Plate,Back Plate,The motor system,Voice Coil Placed between magnetic gap When current flows through the
6、coil, an electromagnetic field is generated at right angles The result of the mechanical force cause the diaphragm to move.,Voice Coil,The motor system,For speakers using in earphones, Mylar (Polyester Film) is widely adopt for diaphragm materials high temp resistance & strong & durable film moistur
7、e & chemical resistance different thickness from 6m to 30m thickness affect the FR of the speaker Can have different kinds of coating i.e. titanium,Diaphragm,The Diaphragm,Suspension system refers to the radial patterns on the mylar diaphragm. helps to keep the voice coil centered on the pole piece
8、provides restoring force that keep the coil in the gap different radial patterns controls the complianceof the diaphragm different compliance controlthe restoring force of the voice coil & diaphragm,Radial patterns,The Suspension System,二:設計應用及理論支持部分 .喇叭设计中的应用 1)喇叭单元,喇叭零件/结构设计和声音的关联,喇叭设计中的应用 2)喇叭周边部
9、件,主要的喇叭周边的零件/结构设计和声音的关系,喇叭设计中的应用 3)耳机的基本结构,耳机的主要方式和他的特点,喇叭设计中的应用 4)耳机的特长,用小型的驱动结构产生重低音的原因振膜产生上下运动时,低音区音压=运动的空气量(加速度)2,由于外耳道是密封的，运动的空气质量只要较少就够了,小而轻的振膜运动较快,2）声场在头内能够定位的原因无认使用何种形式,音源是在耳朵的旁边,因此声音会在头内定位,要对立体声场进行评价比较困难.,模拟录音,利用人造头部,使用插入耳朵中的麦克风来录音的手法.用耳机听取,能够再现录音时的立体声音场.,录音源能够深入空间音场和耳朵的传达系数(信息),空间音场,G(t)=A
10、(t) H(t) g(t),向耳朵的传达系数 g(t),麦克风信号 G(t) =录音源,人造头部,磁钢,振膜,与一般的喇叭 相比明显有利,A(t),H(t),2.喇叭设计的理论支持部分,2.2.漏磁状态下的磁路计算(举例) 2.2. 2 振动体系分析(实例) 2.2. 3 等效电路的应用(降低低频灵敏度实例),2.2.1漏磁状态下的磁路计算例子,ML57-056-01的磁路计算: 根据Bm*Am=F*Bg*Ag Hm*Lm=f*Hg*Lg Hg=Bg(空气中)得: Bm*3.14159*12.5*12.5/4=2*Bg*3.14159*13.75*2.1 Hm*1.5=1.2*Hg*0.75
11、故: tga=Bm/Hm=2.464得a=67.9查曲线图得Hm=3.5*1.1KOe Bm=7.1*1.1Koe 因而Bg=5282.738Gs/(mm*mm) 考虑磁阻系数与后盖底部厚度Lio的关系,根据经验,假定底部磁通密度B要求小于30000Gs/(mm*mm),则:B=Am*Bm/(3.14159*12.5*Lio)(3.14159*12.5*12.5/4)*(7.1*1.1*1000)/(3.14159*12.5*30000)=0.82mm 参考57mm sample知其后盖最薄处为1.6mm,为弥补理论计算上可能出现的误差,保足余量,取Lio=1.6mm(Lio0.82),圆膜的
12、自由振动& 受迫振动理论形式,自由振动一般规律（单振子）Fo= (w*w=k/m)由上式引入：动圈式扬声器振动系统的固有频率对于低频声学性能影响：1）增加系统质量，即增加音圈与纸盆的质量。2）减小弹性系数，即使纸盆边缘的折环部分更为柔顺 板、棒、弦、膜振动概述圆膜振动（等效集中参数），由分析圆膜当中的一点的振动再加以积分，利用柱贝塞尔函数得出f1=.（与fo雷同） 注意；弹性体的等效参数与所取参考位置有关，避免在处理实际问题时引起差错。决定弹性控制区界限的第一共振频率与膜片半径a成反比，与张力T的平方根成正比，与面密度的平方根成反比.,2.2.2振动体系分析,相对频率差f/fo愈大,速度共振曲
13、线就愈平坦,从频率响应曲线，失真,产品功能参数和听音与测试方面归纳: 2.2.2.a频率响应曲线 。频响曲线问题可概括为三点：低频峰，中频谷，高频峰值。进而可将曲线细分为五个区域：A）低频区。系统作活塞式运动，因为力顺较小，主要受劲度控制（S=1/C）。声压以每倍频程12dB上升。反映在曲线上是斜率猛然增加。B）低频共振区。振动点在F0处，峰值受品质因数Q的影响。Q值大则峰高而尖锐。一般扬声器Q=2，组合音响Q=0.5-1.0。从Q的函数式中可得知，改变阻尼，系统质量(音圈，振膜)等均可以改变谐振峰值。,C）中频质量控制区。此区主要受振动系统的质量影响，曲线为一条平直线。应注意三个问题：a，中
14、频段前端与低频相连，后端与高频相连，在一定程度上受频率影响，曲线两端是上升的。b，在接近高频共振区处，容易出现不大的谷和峰。设法加大扼环阻尼，此现象就会减弱。c，通过比较低频共振区和此区两者的分析式并取对数，就能求出通常关心的这两个区相比较分贝数的差值。这对使用者有用处。D）高频共振区。振膜顶部的劲度和音圈电感的作用明显。主要靠结构和工艺措施来补充。E）高频区。振膜有效振动面积逐步缩小，可看做4/5的振膜面积，且为刚体。主要受振动系统（振膜，音圈等）质量和音圈电感的影响。一般是通过实验来达到控制频响曲线的目的。,2.2.2b失真,一般可将失真分为谐波失真，互调失真和瞬态失真。目前我们在这方面着
15、手的是谐波失真中的二次谐波和三次谐波失真。 二次谐波及相应的偶数次谐波失真，可以从磁路结构，振膜形状以及工艺组装的对称性，平衡性来考虑。如果以机械波的相关理论去分析，我认为在我们所做的工作中，通常改变振膜的形状，弧度，实际上是既改变了振膜局部的劲度（力顺），同时也改变了振动点的相对位置。这相当于改变了声源到振动质点的距离。将此距离与不同频率波的波长结合起来考虑，就可以解释振动曲线将会在哪些部分形成谐振的峰和谷。在听音上，可以设法适当加一些二次谐波。谐波太少，会使声音疲软；太多则会使声音显得没有力度，没有个性。,三次谐波及相应的奇数谐波可以采用最新的SLMM（super linear magne
16、tic material）理论，从磁路结构入手，在磁体中间部分取小孔填入另外的导磁性差的材料，这样三次谐波可降低5-10dB。瞬态失真，对此，可选用合适的胶水改变瞬态响应.。,2.2.3.a导纳型电路画法实例一 2.2.3.b导纳型电路画法实例二 2.2.3.c导纳型转换成阻抗型实例 2.2.3.d根据电路图画声学结构实例 2.2.3.e耳机的力-声系统的简单结构原理图例,2.2.3 等效电路的应用(实例分析),2.2.3.a等效电路画法实例一(导纳型):,2.2.3.b等效电路画法实例二(导纳型):,2.2.3.c根据规律实行电路间的转换实例分析 导纳型电路(右): 转化成阻抗型后如下图:,
17、2.2.3.d根据电路图画声学结构实例:,2.2.3.e 耳机的力-声系统的简单结构原理图例:,分析此图例的电路结构:,三: 听音与测试,通常,150Hz左右线性失真较大，100-200Hz谐振大就会有很强的嗡嗡声；200-300Hz处，若力度足够，声音听起来会很浓；声音单薄，是缺少了中、低频；3K-4K处若是声音发闷，有严重的裹感，则是混响不合适，低频能量过多，到此处有明显的裹减感；5K-6K处若能量足，混响适合，失真小，听起来声音就会明亮；高频峰处提升过多会使声音易脆，听起来发炸发破。综合听音可从群感，立体感，环境感和丰满度，真实度等几方面衡量。测试时，选择合适的功率和测试距离，保持声源不
18、受空调音及谈话声的干扰(合适的信噪比)，这样显示出的曲线可能会理想一些。,音质评价法,绝对评价,相对评价,例: 10阶段评价法适合于声音的熟练者评论家意见 (需要绝对质感)一般的手法 造就“音神”达成共识性,例: 对照比较法适合于多人(要考虑试验方法)群组比较法 比较基准评价顺序（顺序效果）前后颠倒做 2 次调整音量(排除音量效果的干扰),关于评价音质 2)音质评价法的种类,选择合适的评价方法和选择与培养被测试者非常重要！,听音的方式 1)同响度波形,名称 (全世界有三种) 同响度波形 Fletcher-Manson波形(1933年) Robinson-Dadson波形(1955年)要点 人耳
19、的灵敏度根据频率的不同而不同,对高音及低音区灵敏度差 音量越低,这种感觉越强烈响度效果,对应于音量，动态对频响进行补偿是必要的!,频率数,声压,听音的方式 2)感觉方向感的方法,如果是同一球面内则d1与d2应一致. 两耳间时间差与声压差相符.“耳廓”的作用是认知声音的上下、前后方向.,两者之差在大脑内计算, 判断音源方向 (也可以互相置换),人类的耳朵是超高性能的“音源探测器”！,d1,d2,d1,d2,tL,vL,tR,vR,时间差： t=tL-tR=,声压差：v=vL-vR=log,d1-d2,vR,vL,340,d1,d2,耳廓,A,B,水平面内,上下、前后方向,听音的方式 3)HASS
20、 效果（先行音效果）,如有2个音源,听音对音源方向的认知是根据到达时间差来判断,从A、B两个音源来的到达时间差,应用实例 在音乐厅中的分别使用,控制音源定位是：t50msec,A,B,dA,dB,C,定义,t=,dB-dA,340,HASS效果和声音定位的关系,环绕声属于“HASS效果”与“时间差声音差转换”的应用技术,先行音效果,听音的方式 4) “掩蔽”和“鸡尾酒会效果”,掩蔽现象要听取的对象被更高水平的不需要的声音(噪声)掩盖住的现象.,人耳会自动地调整灵敏度和进行带宽过滤！,容易检知的信号单纯音(正弦波)人的声音(听熟的声音)固有音(乐器声),虽然音乐的细节被噪声干扰,但还是能听见,对
21、象音完全被噪声掩盖而无法听到,鸡尾酒会效果把通常无法识别的比背景噪声低的声音分辨出来的人类的特有的辨别机能,（音乐信号等）,噪声,噪声,音乐,噪声,对象声音,对象声音,音压,音压,音压,f,f,f,表达基本波的整数倍的频率数. 一般来讲奇数次的失真是损坏音 质的有害成分。嗽叭、放大器的设计不光是要对全高频波失真(T.H.D),还要对奇数次失真进行控制是非常重要的!决定乐器的音色的重要成分.,听音的方式 5) 高频波失真和倍音,高频波 失真,倍音,要点,应该通过以上的频率分析决定必需的播放带宽！,倍音的数量 倍音的强度 分布的结构 时间变化 协调的不协调倍音的比例 单元音(母音、子音的构成素音)
22、,例：吉他的音响特性,声压,2f,3f,4f,5f,6f,7f,.,f:基本波,f,高频波失真的结构,有害成分,参数,听音方式 6) 乐器的音域,各种乐器的基本波形成分的音域,听音方式 7)人类耳朵一般的检知界限(辨别界限),决定电子仪器的性能的时候，在理解本表的基础上再进行设定是非常重要的！,关于评价音质 1)正确进行音质评价,评价的目的( 好坏/喜恶) 顾客方面使用方法 检查被评价对象的物理数据 评价基准的选择(用一对比较法) 与用户方面配合小组的选定同一个评价会,多次实施(排除人的不安定因素) 用雷达图分析平均点 分别用统计手法对因素进行分析.(分散分析,数量化类),没有关于音质(感应)
23、评价的通用的标准答案！,直接原因: 房间的残留频响特性大小/容积间接原因: 气温/湿度明亮度/气氛,环境,状态变化 音源内容,音源,个人差异 身体状态 心理状态,人,音,事前准备,正式开始,正确进行声音的评价方法,四:声学基础介绍及其他,4.1声波在管中的传播 a.声波在有旁支的管中传播(共振式+消音器,中间插管是波长1/4的奇数倍时,透射差,反射强) b.声波在截面积连续变化的管中传播.例如声号筒.(指数形,锥形,双曲线形.大于号筒的截止频率才有传输声波作用.“放大“声音,号筒长度折叠式) 4.2声辐射 a.声偶极辐射:在低频时偶极声源的辐射本领比小脉动球源差的多.因振动位相相反,压缩相,稀
24、疏相转变的快. b.同相小球源的辐射:有辐射阻,具有指向性.,4.3.声波的接收 a.压强原理:常用于无指向性传声器,对于频率低或振膜线度较小的情况 例如:a=0.02m,fCo/(2*3.14159*a)=2700Hz,即频率小于2700Hz下是无指向性的.b.压差原理:有两个入声口;无论近远场都具有8字形指向性;若频率低一半或距离声源靠近一半,则灵敏度比远场提高一倍. c.压强与压差的复合原理: 特性:心形指向性传声器,单向传声器. d.多声道干涉原理: 从1kHz开始就具有强指向性,抗噪声传声器(即称为近讲效应.舞台上的男低音演唱更丰满),4.4室内声场及声源的影响: a.统计声学-扩散
25、声场波动声学-室内驻波混响时间:在扩散声场中,当声源停止后从初始的声压级降低60分贝(相当平均声能密度降为1/10E6)所需的时间. 公式:T60=0.161*V/(S*a) 通常0.51.5秒.据此建立消声室,混响室.b.房间对声源的指向性影响:房间系数Q=1,2,4,8(举例说明),4.5声波的吸收: a.粘滞吸收 b.热传导吸收 c.经典公式:斯托克司-克希霍夫公式由公式知:频率愈低,吸收愈小,传播的愈远.如鼓的低音;火山爆发时低于20Hz的次声波能绕地球转几圈,而高于20kHz的超声波则很难传播出去. d.分子的驰豫吸收理论外自由度:分子的移动和转动内自由度:分子的振动,4.6有关的设
26、计软件: a. speakEasy的low Frequency Designerb. DLC Design的Speakc. Audio Teknology公司的Leap4.0,4.1 普通大的音箱,一般是模拟12寸单体.后方气室的体积为5.65立方英尺,调谐至48Hz.总体积接近7立方英尺的状况.,4.7什么是声音? 1)人的“五种感觉”,脑,“声音”如果不用音响心理学是说不清的！,器官,感觉,检知项,“声音”受到五种感觉的影响,从其他器官传来的刺激,人类的耳朵是超高性能的FFT !,什么是声音? 2)检知声音的原理,以电脉冲信号形式传播,音源,耳廓对判断声音方向性非常重要,空气震动鼓膜后，通
27、过耳小骨变换成电脉冲信号,外耳道,耳廓,内耳道,耳小骨,鼓膜,神经,大脑,大脑进行FFT分析 (频率分析) (以声音的形式认知),波（音）的基本形式:V = f (音速) (频率数) (波长)在空气中的传播速度V331.5 +0.61 t 340 m/s at 4, “声音”是纵波 (波的振动方向与前进方向相同) “声音”是疏密波(在介质中振动以反复“疏密”的形式进行传播),“声音”被变换成电子信号,成为横波的信号(正弦波)来使用,什么是声音? 3)物理定义,密,密,疏,变换成电信号,+,+,-,什么是声音? 4)表示声音的物理参数,重要的是根据目的用各种参数来表达“声音”！,两者通过数学方法
28、等价变换，根据用途分别使用,在时间领域的表现,在频率领域的表现,矩形波响应 脉冲响应 残响特性,频谱分析 相位频率分析 组延迟特性,什么是声音? 5)声音在数学上的定义,振幅,-a,a,t,H(t)=a SinT,傅立叶变换,应用实例,振幅,f,a,H(f)=a,反傅立叶变换,Fourier,各音区的物理量和能得到的信息,什么是声音? 6)音区和信息,“声音”会随着频率数而性质、特长发生变化，因此重要的是掌握它！,声音 三要素,大小,高低,质感,声音的表现词汇好 不好,大 小有迫力 乏力高 低单纯 有杂音明亮 暗淡清澈 浑浊正常 走调定位性好 定位性差 形象明确 形象模糊 有扩展性 无扩展性,
29、（空间信息）,定位,声音的表现方式随 地域、民族、人种 而有不同的词汇,最理想的是能在公司内及 相关公司间统一表达方式,实施比较困难： 理解对方词汇的真正含义 公司内部评论词汇的统一 切换到物理量非常重要！,什么是声音? 7)表达声音的语言,(音色),声音 的形象,（举例）,声音的性质 1)增强与减弱(相位干涉),声音随着时间轴的错位(相位干涉),波形会发生改变,因此相位 的管理非常重要!,振幅,振幅,振幅,振幅,振幅,振幅,t,t,t,t,t,t,正相,逆相,波形增强,波形减弱,声音的性质 2)反射与吸音,“反射”与“吸音”是反关系,反射,平面越硬,反射越强,越往低音区(波长较长) 越容易反
30、射,吸音,与上述相反,固定波,在相对的平面上产生共鸣的波(不好的影响),防止产生固定波的要点是不造成平行面!,不同素材的反射、吸音特性,D=/2n (整数倍),D,残响室,混凝土,木材,地毯,吸音材料,无声室,毛越长吸音效果越好,f,反射率,1,0.5,0,声音的性质 3) 回折效果,回折在音源之外的尖角部位作为起点,产生二次音源的现象,为防止回折效果,不制作尖角！,在原来的声音A上加上 二次音源的声音B,原来 的声音A产生紊乱由于相位干涉,频响产生紊乱在时间轴上的错位引起声音形象的紊乱(形状、位置、立体声场),二次音源的弊端,d1,d1,B,A,音箱,音源,二次音源,在尖角处产生二次音源,听
31、者,圆角处不产生回折波,其他附錄部分:Waveforms & Frequencies,In the top figure, a sine wave of large amplitude & wavelength is showing up as a single frequency with a high level at a low frequency. In the middle figure, a low amplitude signal with small wavelength is seen to show up in the frequency domain as a high
32、frequency with a low level. At the bottom figure, it is shown how a sum of two signals above also ib=n the frequency domain shows up as a sum.,Pitch = frequency of sound e.g. middle C in equal temperament = 261.6Hz The perceived pitch of a sound is just the ears response to frequency less than 0.01%
33、 of the population appear to be able to recognize absolute pitches Most persons apparently have only a sense of relative pitch,Pitch,Normally, young human beings can detect sound ranging from 20 to 20kHz. However infrasound in the range from 1 to 20Hz and ultrasounds between 20kHz to 40kHz can affec
34、t other human senses and cause discomfort.,Audi able range for human,The human ear is capable of responding to the widest range of stimuli of any of the sense. The practical dynamic range could be said to be from the Threshold in Quiet to the Threshold of Pain.,Dynamic range of hearing,The display o
35、f the auditory field illustrates the limits of the human auditory system.The solid lines denotes, as a lower limit, the threshold in quiet for a pure tone to be just audible.The upper dash line represents the threshold of pain. However if the limit of damage risk is exceeded for a long time, permane
36、nt hearing loss may occur.Normal speech and music have levels in the shaded areas, while higher level require electronic amplification.,Dynamic range of hearing,in acoustics, the ranges of intensities, pressures, etc.the abbreviation dB is used for the term decibelDecibels provide a relative measure
37、 of sound intensity. The unit is based on the power of 10 to give a manageable range of numbers to encompass the wide range of human hearing response.The sound intensity I can be expressed in decibels above the standard threshold of hearing Io. The expression is:,Decibels (dB),Common noise source to
38、 sound pressure levels:,Loudness,Power ratio to dB,Voltage ratio to dB,Relation between Power, Voltage, dB,This table illustrates how much of a level change in dB there is needed to give different changes in perceived Loudness. This data applies to frequencies around 1kHz . At higher & lower frequen
39、cies, much larger changes in sound level are needed for similar changes in perceived loudness.,Perception of noise,Equal Loudness Curves,Equal Loudness Curves,Phon is a improvement as a unit of loudness than decibels the measurement is still not proportional to loudness. Sone scale was created to pr
40、ovide such a linear scale of loudness.,Phons & Sones,Right hand rule,The diagrams above are two of the forms used to visualize the force on a moving positive charge,Right/left hand rule,A current-carrying wire in a magnetic field experiences a magnetic force perpendicular to the wire.,五:送樣周期及設計流程簡介,送樣周期:分析(樣品)客戶要求 1day 結构設計&初繪草圖 3days 審核圖紙&訂購部件 7days 做首次樣板 1day 檢查&測試&送樣 1day 待确認&修改&再次确認設計流程: ,thank you all,
