揚聲器功率耐性與振動系統狀態的關聯范文

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摘要:方形揚聲器結構的特殊性導致音圈在振動過程中極易產生搖擺，進而影響揚聲器功率耐受性。本文對方形揚聲器耐受功率與振動系統搖擺狀態相關聯，闡述了振動系統搖擺的控制對提高揚聲器平衡振動的正向效應，為定義功率耐受性提供參考依據。

關鍵詞:方形揚聲器;功率;搖擺

1引言

揚聲器的磁路系統、振動系統和其他聲學結構共同決定了揚聲器的綜合性能［1］。理想的微型揚聲器發聲時是趨于平衡振動的(平衡振動指中心平面各點振幅相當)，聲學結構設計或裝配工藝存在缺陷時就會存在搖擺振動。搖擺振動的產生是由于振動系統整體受力不均而導致的，其中關乎磁路的磁場分布均衡、振動系統受力均衡以及聲學結構的合理性設計［2］。搖擺導致了一系列的產品性能問題，例如:音質不純，失真超框、可靠性實驗失效等。隨著全面屏、多功能及三防手機的普及，手機內留給聽筒及揚聲器的區域發生變化，導聲管設計為常用設計，勢必對功率產生衰減，即要求聲學器件功率越高。高功率趨勢下，音圈受力的增加以及振幅的加劇，導致了搖擺被進一步放大，怎樣去平衡方形揚聲器高功率與搖擺加劇之間的矛盾，一直是微聲器件領域研究的重要方向。本文將方形揚聲器耐受功率與振動系統搖擺控制進行相關聯，通過仿真與實驗結果相結合，論證了產生搖擺的因素，為方形揚聲器功率耐受性定義提供參考依據。

2搖擺狀態分析

2．1搖擺振動的影響因素在分析了大量振幅異常的不良品后，可將造成振動系統搖擺的因素歸納為以下幾類:(1)磁路偏位(a);(2)音圈偏位(b);(3)中貼與基膜偏心(c);(4)四角點無均勻布線(d)。如圖1所示，即搖擺的產生主要是由于磁系統的不均衡、振動系統的質量分布差異、膜片各區域振動受力不一致以及音圈引線的不對稱牽引造成的。搖擺振動造成的產品異常有擦圈、異音不良，可靠性實驗斷線，功率的提高更加放大搖擺狀態，因此搖擺是制約揚聲器能否承受高功率的重要因素。

2．2對搖擺因素的仿真分析對于搖擺的現象，在前期設計的時候可以運用仿真軟件對其進行仿真分析，避免由于設計缺陷而產生的不利影響。利用有限元軟件預測使用不同材料組合的振動系統的最大振幅及五點振幅(五點振幅是指揚聲器中貼四角和中間位置的振幅)的均衡狀態。圖2a中白色點為微型揚聲器測試通常使用的五個點，圖2b為Klippel測試微型揚聲器的五點振幅均衡曲線，圖3c為Klippel測試五點振幅搖擺曲線。2．2．1磁路不均衡對產品性能的影響動圈式微型揚聲器的受力是通過音圈在磁場中切割磁感線而產生的洛倫茲力提供，故磁路對稱性對提供力的均衡性是有影響的，為論證磁路偏位對產品性能的影響，對五磁產品進行建模仿真，磁路分布模型如圖3a所示，正常磁路與偏位磁路振幅仿真結果如圖3b、3c所示，正常磁路五點振幅整體均衡，而偏位磁路各點振幅較為離散，存在搖擺現象。對偏位磁路進行各位置洛倫茲力的受力分析，各體積內積分的洛倫茲力分布如表1所示，從各點受力占比來看，由于中磁偏位是按照y軸正向偏位，x軸未發生偏移，因此B1與B7、B4與B8、B3與B5所受力基本相同，差值在0．2%以內。而音圈在B2與B6處所受力的差異最大，差值在3%。因此對應產品振幅來看，在B2一側的4、5號點振幅最大，在B6一側的2、3號點振幅最小。而5號點振幅大于4號，2號點振幅大于3號主要與聲孔有關，這里不做詳細說明。為印證上述磁路偏位仿真結果，選定一款五磁產品，共用一個符合工藝標準的振動系統，分別組裝正常磁路和偏位磁路進行測試分析。測試點依次對應圖2a中的1、2、3、4、5點，測試曲線如圖4c所示，從圖中可以看出該款揚聲器的振幅良好，且從圖4e高功率R＆B測試數據來看無異常。將正常磁路替換為圖4b的偏位磁路時，其圖4d五點振幅發生了較大的變化，產品出現搖擺振動，且產品高功率R＆B測試出現明顯冒尖異常，如圖4f所示。2．2．2懸掛系統非對稱對產品性能的影響目前大多數微型揚聲器的懸掛系統是由振膜、音圈、中貼組成。為了分析懸掛系統對稱性的影響，選擇一款方形結構產品進行驗證，由于懸掛系統包括因素較多，這里僅選取中貼偏位單因素變量進行仿真分析，圖5a、5b分別為該款產品中貼端正與中貼偏位模型，通過仿真結果來看，中貼偏位對振幅的搖擺以及各點的幅值變化存在影響。2．2．3引線非對稱對產品性能的影響為研究引線非對稱對產品搖擺的影響，通過仿真建模對稱與非對稱引線兩方案，如圖6a、6b所示。分別對其進行振幅搖擺仿真(單體形式建模)，振幅結果如圖6c、6d所示，差異較為明顯，非對稱引線的單體振幅變化更加離散搖擺，并且幅值上也發生了增大現象。為驗證搖擺對引線應力的影響，對兩種方式引線進行了仿真，結果如圖7所示，不對稱引線在終止線中間段出現了最大應力值，并且高于對稱引線，在該位置非對稱引線斷線概率更高于對稱引線。圖7非對稱與對稱引線應力變化

3振動狀態的等效測量

在微型揚聲器或多或少都存在一定的搖擺量，對于高功率的揚聲器來說這是一個潛在的風險點，所以搖擺現象的監控就顯得異常重要。較小的搖擺我們基本可以忽略，較大的搖擺可以用測試方式去攔截，并通過工藝和技術手段控制。其中，測試攔截手段包括:多周期聽音、多周期測試、五點振幅檢測，或對產品進行極限聽音、高功率R＆B測試、PR＆B測試、增加測試腔體容積，對揚聲器激發更大的電壓，放大搖擺振動，評估設計余量。

3．1高功率R＆B攔截效果為驗證高功率攔截效果，選取一款微型揚聲器產品作為驗證載體，隨機抽取額定功率R＆B測試、聽音均合格產品，采用高功率R＆B進行篩選，分別獲得高功率R＆B合格樣本數50pcs(實驗1組)以及高功率R＆B不合格樣本數50pcs(實驗2組)。將兩組樣本同時進行等條件下的可靠性實驗驗證，實驗結束后，分別統計樣本的測試以及聽音結果，測試條件及實驗條件如表2所示。實驗結果如表3所示，從數據來看，實驗1組通過高功率測試，可靠性實驗結果后均合格。而實驗2組未通過高功率測試，可靠性實驗后出現大量斷線以及音沙不良品。從不良比例來看，占總樣本數60%，其高功率攔截效果明顯，可以有效甄別產品質量風險。對不通產品進行進一步拆解分析，如圖8所示，不通的主要原因是引線根部發生了斷線。

4結論

方形揚聲器功率耐受性能與振動系統搖擺狀態直接相關聯，揚聲器振動系統的搖擺劇烈程度直接影響到其功率承受能力，合理的定義功率承受，可通過高功率R＆B測試手段進行甄別。判定揚聲器功率承受能力的主要宏觀表現形式為搖擺擦圈、引線斷線、膜片振動畸變。擦圈可以通過極限聽音、高功率R＆B等手段進行攔截。斷線可以通過應力仿真進行疲勞斷裂預測，指導更換延展性更佳的優質線材及設計合理的引線方式。膜片振動畸變可以通過閃屏儀進行觀測，當產品可靠性發生碎膜時，指導更換阻尼更優的膜材、設計更優的筋紋或對懸掛系統進行平衡設計。

參考文獻:

［1］杜功煥，朱哲民，龔秀芬．聲學基礎［M］．南京:南京大學出版社，2012．

作者：鄧旭東 張俊平 葉靈燚 朱孟 單位：江西聯創宏聲電子股份有限公司