扬声器功率耐性与振动系统状态的关联范文

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摘要:方形扬声器结构的特殊性导致音圈在振动过程中极易产生摇摆，进而影响扬声器功率耐受性。本文对方形扬声器耐受功率与振动系统摇摆状态相关联，阐述了振动系统摇摆的控制对提高扬声器平衡振动的正向效应，为定义功率耐受性提供参考依据。

关键词:方形扬声器;功率;摇摆

1引言

扬声器的磁路系统、振动系统和其他声学结构共同决定了扬声器的综合性能［1］。理想的微型扬声器发声时是趋于平衡振动的(平衡振动指中心平面各点振幅相当)，声学结构设计或装配工艺存在缺陷时就会存在摇摆振动。摇摆振动的产生是由于振动系统整体受力不均而导致的，其中关乎磁路的磁场分布均衡、振动系统受力均衡以及声学结构的合理性设计［2］。摇摆导致了一系列的产品性能问题，例如:音质不纯，失真超框、可靠性实验失效等。随着全面屏、多功能及三防手机的普及，手机内留给听筒及扬声器的区域发生变化，导声管设计为常用设计，势必对功率产生衰减，即要求声学器件功率越高。高功率趋势下，音圈受力的增加以及振幅的加剧，导致了摇摆被进一步放大，怎样去平衡方形扬声器高功率与摇摆加剧之间的矛盾，一直是微声器件领域研究的重要方向。本文将方形扬声器耐受功率与振动系统摇摆控制进行相关联，通过仿真与实验结果相结合，论证了产生摇摆的因素，为方形扬声器功率耐受性定义提供参考依据。

2摇摆状态分析

2．1摇摆振动的影响因素在分析了大量振幅异常的不良品后，可将造成振动系统摇摆的因素归纳为以下几类:(1)磁路偏位(a);(2)音圈偏位(b);(3)中贴与基膜偏心(c);(4)四角点无均匀布线(d)。如图1所示，即摇摆的产生主要是由于磁系统的不均衡、振动系统的质量分布差异、膜片各区域振动受力不一致以及音圈引线的不对称牵引造成的。摇摆振动造成的产品异常有擦圈、异音不良，可靠性实验断线，功率的提高更加放大摇摆状态，因此摇摆是制约扬声器能否承受高功率的重要因素。

2．2对摇摆因素的仿真分析对于摇摆的现象，在前期设计的时候可以运用仿真软件对其进行仿真分析，避免由于设计缺陷而产生的不利影响。利用有限元软件预测使用不同材料组合的振动系统的最大振幅及五点振幅(五点振幅是指扬声器中贴四角和中间位置的振幅)的均衡状态。图2a中白色点为微型扬声器测试通常使用的五个点，图2b为Klippel测试微型扬声器的五点振幅均衡曲线，图3c为Klippel测试五点振幅摇摆曲线。2．2．1磁路不均衡对产品性能的影响动圈式微型扬声器的受力是通过音圈在磁场中切割磁感线而产生的洛伦兹力提供，故磁路对称性对提供力的均衡性是有影响的，为论证磁路偏位对产品性能的影响，对五磁产品进行建模仿真，磁路分布模型如图3a所示，正常磁路与偏位磁路振幅仿真结果如图3b、3c所示，正常磁路五点振幅整体均衡，而偏位磁路各点振幅较为离散，存在摇摆现象。对偏位磁路进行各位置洛伦兹力的受力分析，各体积内积分的洛伦兹力分布如表1所示，从各点受力占比来看，由于中磁偏位是按照y轴正向偏位，x轴未发生偏移，因此B1与B7、B4与B8、B3与B5所受力基本相同，差值在0．2%以内。而音圈在B2与B6处所受力的差异最大，差值在3%。因此对应产品振幅来看，在B2一侧的4、5号点振幅最大，在B6一侧的2、3号点振幅最小。而5号点振幅大于4号，2号点振幅大于3号主要与声孔有关，这里不做详细说明。为印证上述磁路偏位仿真结果，选定一款五磁产品，共用一个符合工艺标准的振动系统，分别组装正常磁路和偏位磁路进行测试分析。测试点依次对应图2a中的1、2、3、4、5点，测试曲线如图4c所示，从图中可以看出该款扬声器的振幅良好，且从图4e高功率R＆B测试数据来看无异常。将正常磁路替换为图4b的偏位磁路时，其图4d五点振幅发生了较大的变化，产品出现摇摆振动，且产品高功率R＆B测试出现明显冒尖异常，如图4f所示。2．2．2悬挂系统非对称对产品性能的影响目前大多数微型扬声器的悬挂系统是由振膜、音圈、中贴组成。为了分析悬挂系统对称性的影响，选择一款方形结构产品进行验证，由于悬挂系统包括因素较多，这里仅选取中贴偏位单因素变量进行仿真分析，图5a、5b分别为该款产品中贴端正与中贴偏位模型，通过仿真结果来看，中贴偏位对振幅的摇摆以及各点的幅值变化存在影响。2．2．3引线非对称对产品性能的影响为研究引线非对称对产品摇摆的影响，通过仿真建模对称与非对称引线两方案，如图6a、6b所示。分别对其进行振幅摇摆仿真(单体形式建模)，振幅结果如图6c、6d所示，差异较为明显，非对称引线的单体振幅变化更加离散摇摆，并且幅值上也发生了增大现象。为验证摇摆对引线应力的影响，对两种方式引线进行了仿真，结果如图7所示，不对称引线在终止线中间段出现了最大应力值，并且高于对称引线，在该位置非对称引线断线概率更高于对称引线。图7非对称与对称引线应力变化

3振动状态的等效测量

在微型扬声器或多或少都存在一定的摇摆量，对于高功率的扬声器来说这是一个潜在的风险点，所以摇摆现象的监控就显得异常重要。较小的摇摆我们基本可以忽略，较大的摇摆可以用测试方式去拦截，并通过工艺和技术手段控制。其中，测试拦截手段包括:多周期听音、多周期测试、五点振幅检测，或对产品进行极限听音、高功率R＆B测试、PR＆B测试、增加测试腔体容积，对扬声器激发更大的电压，放大摇摆振动，评估设计余量。

3．1高功率R＆B拦截效果为验证高功率拦截效果，选取一款微型扬声器产品作为验证载体，随机抽取额定功率R＆B测试、听音均合格产品，采用高功率R＆B进行筛选，分别获得高功率R＆B合格样本数50pcs(实验1组)以及高功率R＆B不合格样本数50pcs(实验2组)。将两组样本同时进行等条件下的可靠性实验验证，实验结束后，分别统计样本的测试以及听音结果，测试条件及实验条件如表2所示。实验结果如表3所示，从数据来看，实验1组通过高功率测试，可靠性实验结果后均合格。而实验2组未通过高功率测试，可靠性实验后出现大量断线以及音沙不良品。从不良比例来看，占总样本数60%，其高功率拦截效果明显，可以有效甄别产品质量风险。对不通产品进行进一步拆解分析，如图8所示，不通的主要原因是引线根部发生了断线。

4结论

方形扬声器功率耐受性能与振动系统摇摆状态直接相关联，扬声器振动系统的摇摆剧烈程度直接影响到其功率承受能力，合理的定义功率承受，可通过高功率R＆B测试手段进行甄别。判定扬声器功率承受能力的主要宏观表现形式为摇摆擦圈、引线断线、膜片振动畸变。擦圈可以通过极限听音、高功率R＆B等手段进行拦截。断线可以通过应力仿真进行疲劳断裂预测，指导更换延展性更佳的优质线材及设计合理的引线方式。膜片振动畸变可以通过闪屏仪进行观测，当产品可靠性发生碎膜时，指导更换阻尼更优的膜材、设计更优的筋纹或对悬挂系统进行平衡设计。

参考文献:

［1］杜功煥，朱哲民，龚秀芬．声学基础［M］．南京:南京大学出版社，2012．

作者：邓旭东 张俊平 叶灵燚 朱孟 单位：江西联创宏声电子股份有限公司