喇叭的需求及选择

1             喇叭结构依功能划分有低音,高音tweeter, 户外扩音用, 微型喇叭, 同轴喇叭, 静电喇叭等, 其结构会因功能不同而有差异

¯ 通用喇叭单体拆解图

(图一)

¯ 通用锥形纸盆喇叭的构成要件菜单

 

¯ 高音Tweeter 用的材料构成表:

图二

 

 

 

本文目的是说明要如何清楚的告知喇叭供货商需求的规格信息, 让采购人员依照需求人员开出的菜单挑选合适的供货商

现在的喇叭产业经2,30年后几乎都已经将各类零件做详细产业分工, 例如生产发音纸盆或锥盆有固定几家大厂做设计及开模,产业分工后才得以大量共享模具, 降低开模的成本, 其它磁铁, 音圈铁框, 弹波, 等都有专门的供货商, 最后才由喇叭组装厂挑选材料做组装

 

1             设定尺寸选择盆架铁框

1.1         盆架的材质主要分铁盆/塑料/铝铸, 其功能, 成本, 特性各有其特点, 后文会有更详尽的解释。

1.2         选择铁框需考虑因素如: 成本预算, 空间限制, 外观质感, 功率大小, 音箱形式, 特性功能取向, 纸盆限制, 尺寸大小限制, 锁附固定条件等因素。

1.3         跟供货商要求提供参考外型图

 

 

2             选择喇叭型式: 需告知喇叭的主功能如下

喇叭功能种类如下

其它如静电式/ 丝带式/ 号角式高音等特殊结构的喇叭, 不在此述.

 

 

3.1         阻抗的大小设定需搭配功率扩大机的负载阻抗需求。

3.2         标称AC 阻抗是以输入交流信号, 测得阻抗曲线, 以阻抗曲线的最低阻抗值, 才是AC 阻抗值, 一般误差值 +-20% 。

3.3         直流阻抗值是直流电阻表测得的值, 但此值通常比AC 阻抗稍低, 不能当作喇叭的标称阻抗值。

3.4         阻抗通用值是: 2 /3/ 4/ 6 / 8/ 12/ 16/ 24/ 32 ohm,  2 ohm不建议采用, 因为线材的损耗会较高, 而且amplifier 的效率会降低, 失真较大, 如果amplifier 电源电压太低不得已才会用超低阻抗, 而耳机的喇叭则都使用高阻抗设计 。

3.5         AC阻抗曲线如下图: 由粉红曲线看来最低交流阻抗出现在300~400Hz之间, 8 ohm左右,

(图3)

3.6         越高频区段会因为线圈的电感性而逐渐变高, 因此高频会因为阻抗的变高而降低输出效能, 加短路环可以使高频阻抗降低, 超高音效率会有一些帮助。

3.7         短音圈设计(参照长短音圈结构图 page- ??) 线圈圈数较少, 而且线圈皆处于磁隙内, 超高频阻抗的提升比率较不明显, 因此Tweeter高音喇叭其线圈都使用这种设计, 高频响应较佳。

3.8         音圈架的材质选择: 需根据喇叭特性, 单价预算指定音圈材质

3.8.1        纸质: 最便宜, 较不耐高热, 但通常仅适用于小功率喇叭3W以下的小喇叭, 高耐热纸管 可以承受 5W 以上

3.8.2        铝管(ASV): 价格次之, 散热佳, 刚性够, 缺点是导电, 因此铝管需做环状绝缘

3.8.3        其它如碳纤维, KSV、TSV、BASV等各种材质杨声器音圈属于耐热质轻适用于tweeter 用途, 单价较高

3.8.4        音圈打孔: 主要是有助于音圈的散热, 其次是消除音圈内部的封闭空间产生的空腔共鸣

 

       

 

 

4.1         此值决定影响低频的延伸效果Fo 低, 低频端会比较好, 负面影响是Fo 太低时纸盆冲程较大, 音圈比较容易冲出有效的扇区造成失真。

4.2         喇叭越大, 通常Fo会更低, 喇叭尺寸大小, 例如2吋直径的喇叭, 很难将Fo 做到100Hz 以下。

4.3         一般Fo 与单体尺寸的相对关系, 下表为通用范例值

 

4.4         Fo 的订定需根据音箱的条件, 扩大机的输出大小, 尺寸, 磁铁条件等有相关

4.5         Fo 太低, Q值太高, 会造成大功率失真加大

 

5.1         此值的定义有两种:

5.1.1        额定不失真的功率: 此功率是指当输入此功率可以达到喇叭失真<THD 10% @ Fo 频率点。

5.1.2        额定承受功率: 通常也被定义为在此功率条件下, 喇叭可以承受96Hours 连续白噪音的功率测试, 而喇叭不烧毁。

 

6.1         此值的定义有两种:

6.1.1        通常也被定义为在此功率条件下, 喇叭可以承受96Hours 连续白噪音的功率测试, 而喇叭不烧毁。如果Amplifier的额定输出功率为50W @THD=10%, 则喇叭额定承受功率须设定在rated power 50W, 喇叭的最大承受功率必须设计在Rated power x1.5倍 =75W, 这是比较安全的设计, 确保喇叭长时间过载也不致于烧毁

6.1.2        另一种定义是以输入100Hz 50mSec 连续的Tone burst signal 下喇叭不烧毁, 意思是瞬间功率承受值, 但是这规格的标示, 无法确保单体在实际应用不被烧毁。

 

7.1         需求时需明白告知要求的音质音色重点。例如: 中音用, 中音的动态反应要快,或效率要高, 低失真特性, 频宽要足……每个要求都会有相互影响, 如果有经验的设计者应该能够选定合适的喇叭锥盆材质及其它零件用料, 材料选定后期频率响应或音质特色也大致被定型。

7.2         可以提供参考单体的特性做基准, 再做修改如此可缩减开发时程。

7.3         单体的频率响应跟装箱后的特性, 会有很大差异, 最终还是频率响应须搭配音箱测试后再做修整。

7.4         频率响应的范围是以平均效率为基准线, 在音频响应的-10dB of SPL level 为标示范围, 如果High end 级的喇叭, 有的要求例如 60~18kHz (+-3dB) 其标示指的是此区间的频率响应上下误差< +-3dB, 有的可标示如(1/5 OCT以上)

7.5         OCT 是每倍频的单位, 例如 1kHz~2kHz 就是1个OCL, 5kHz~7.5kHz= 1/2 OCL, 频率响应很难确保整体没有超过规范限制的范畴, 如果向下图, 有很窄的曲线越出限制线, 实际聆听的差异是不大的, 因此在设定管制线时, 会在曲线管制OCT 的范围值, OCT 越小则管制规格越严, 喇叭测试仪器可以设定(smooth curve)将非常尖锐的响应特性滤除 。

7.6         不同单体有不同的频率范围要求, 举些例子参考

 

 

 

8.1         影响效率大小的因素依序为纸盆直径—磁场磁通密度--- 音圈条件—导磁效率。

8.2         喇叭越大则一样的纸盆机械移动能量, 大喇叭所发出的音量(效率) 自然比小喇叭要高, 通常喇叭呎吋跟效率的范例值如下(unit: dB/W/M) 。

8.3         上列为一般喇叭的效率值, 不可能要求3 inches 喇叭能达到90dB/w/m 的境界。

8.4         共振式喇叭可以在某一窄波使用共鸣方式达到6~10dB 的增强效果, 例如BUZZER蜂鸣器。

8.5         一样尺寸条件下若要加强输出效率, 则从磁场条件着手才有明显效果, 当然SPL越高相对成本更高。

8.6         SPL 效率的标示及测量: 标示单位为(dB/W/M) 中低音/全音域/低音喇叭取平均效率, 以600/700/800/1000 四个点的平均作为效率标示, Tweeter 则以3k/4k/5k/6k 四点做平均

 

 

9.1         磁铁分外磁式及内磁式, 材质主要种类有铁氧体(ferrite) / 铝镍钴磁铁Alnico/ 稀土类钕铁硼(NdFeB) 。

9.2         铁粉芯磁铁都是作成外磁式如图, 如果要防磁则需加逆磁铁结构。

9.3         铁粉心根据材质差异, 磁通密度分好几种等级, 耐温特性佳, 规格表列如下。

9.4         稀土类铷铁硼是目前磁铁最高等级, 磁通密度比铁粉芯磁铁高出十倍, 但是由于物料管制问题2011年价格较一年前涨了10倍以上, 低单价产品避免用此材料。

9.5         稀土类铷铁硼耐温特性较差, 在持续高温的环境下, 会产生磁衰退现象, 所以耐温特性及磁通密度也分好几种等级。

9.6         磁铁价格通常是以重量计价。

9.7         需求喇叭需根据使用环境去 指定喇叭的磁铁型式或尺寸, 耐温等级, 防磁特性与否等信息。

 

钕铁硼(NdFeB)一般磁材性能:
牌号	剩磁	矫顽力	内禀矫顽力	最大磁能积	最高工作温度
	Br	Hcb	Hcj	（ BH ） max	Tw
	mT	kA/m	kA/m	kJ/m3
	(kGs)	(kOe)	(kOe)	(MGOe)
N35	1170-1220	≥ 868	≥ 955	263-287	80 ℃
	(11.7-12.2)	( ≥ 10.9)	( ≥ 12)	(33-36)
N38	1220-1250	≥ 899	≥ 955	287-310	80 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.3)	( ≥ 12)	(36-39)
N40	1250-1280	≥ 907	≥ 955	302-326	80 ℃
	(12.5-12.8)	( ≥ 11.4)	( ≥ 12)	(38-41)
N42	1280-1320	≥ 915	≥ 955	318-342	80 ℃
	(12.8-13.2)	( ≥ 11.5)	( ≥ 12)	(40-43)
N45	1320-1380	≥ 923	≥ 955	342-366	80 ℃
	(13.2-13.8)	( ≥ 11.6)	( ≥ 12)	(43-46)
N48	1380-1420	≥ 923	≥ 955	366-390	80 ℃
	(13.8-14.2)	( ≥ 11.6)	( ≥ 12)	(46-49)
N50	1400-1450	≥ 796	≥ 876	382-406	60 ℃
	(14.0-14.5)	( ≥ 10.0)	( ≥ 11)	(48-51)
N52	1430-1480	≥ 796	≥ 876	398-422	60 ℃
	(14.3-14.8)	( ≥ 10.0)	( ≥ 11)	(50-53)
33M	1130-1170	≥ 836	≥ 1114	247-263	100 ℃
	(11.3-11.7)	( ≥ 10.5)	( ≥ 14)	(31-33)
35M	1170-1220	≥ 868	≥ 1114	263-287	100 ℃
	(11.7-12.2)	( ≥ 10.9)	( ≥ 14)	(33-36)
38M	1220-1250	≥ 899	≥ 1114	287-310	100 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.3)	( ≥ 14)	(36-39)
40M	1250-1280	≥ 923	≥ 1114	302-326	100 ℃
	(12.5-12.8)	( ≥ 11.6)	( ≥ 14)	(38-41)
42M	1280-1320	≥ 955	≥ 1114	318-342	100 ℃
	(12.8-13.2)	( ≥ 12.0)	( ≥ 14)	(40-43)
45M	1320-1380	≥ 995	≥ 1114	342-366	100 ℃
	(13.2-13.8)	( ≥ 12.5)	( ≥ 14)	(43-46)
48M	1360-1430	≥ 1027	≥ 1114	366-390	100 ℃
	(13.6-14.3)	( ≥ 12.9)	( ≥ 14)	(46-49)
50M	1400-1450	≥ 1033	≥ 1114	382-406	100 ℃
	(14.0-14.5)	( ≥ 13.0)	( ≥ 14)	(48-51)
35H	1170-1220	≥ 868	≥ 1353	263-287	120 ℃
	(11.7-12.2)	( ≥ 10.9)	( ≥ 17)	(33-36)
38H	1220-1250	≥ 899	≥ 1353	287-310	120 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.3)	( ≥ 17)	(36-39)
40H	1250-1280	≥ 923	≥ 1353	302-326	120 ℃
	(12.5-12.8)	( ≥ 11.6)	( ≥ 17)	(38-41)
42H	1280-1320	≥ 955	≥ 1353	318-342	120 ℃
	(12.8-13.2)	( ≥ 12.0)	( ≥ 17)	(40-43)
45H	1320-1360	≥ 963	≥ 1353	342-366	120 ℃
	(13.2-13.6)	( ≥ 12.1)	( ≥ 17)	(43-46)
48H	1370-1430	≥ 995	≥ 1353	366-390	120 ℃
	(13.7-14.3)	( ≥ 12.5)	( ≥ 17)	(46-49)
35SH	1170-1220	≥ 876	≥ 1592	263-287	150 ℃
	(11.7-12.2)	( ≥ 11.0)	( ≥ 20)	(33-36)
38SH	1220-1250	≥ 907	≥ 1592	287-310	150 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.4)	( ≥ 20)	(36-39)
40SH	1240-1280	≥ 939	≥ 1592	302-326	150 ℃
	(12.5-12.8)	( ≥ 11.8)	( ≥ 20)	(38-41)
42SH	1280-1320	≥ 987	≥ 1592	318-342	150 ℃
	(12.8-13.2)	( ≥ 12.4)	( ≥ 20)	(40-43)
45SH	1320-1380	≥ 1003	≥ 1592	342-366	150 ℃
	(13.2-13.8)	( ≥ 12.6)	( ≥ 20)	(43-46)
28UH	1020-1080	≥ 764	≥ 1990	207-231	180 ℃
	(10.2-10.8)	( ≥ 9.6)	( ≥ 25)	(26-29)
30UH	1080-1130	≥ 812	≥ 1990	223-247	180 ℃
	(10.8-11.3)	( ≥ 10.2)	( ≥ 25)	(28-31)
33UH	1130-1170	≥ 852	≥ 1990	247-271	180 ℃
	(11.3-11.7)	( ≥ 10.7)	( ≥ 25)	(31-34)
35UH	1180-1220	≥ 860	≥ 1990	263-287	180 ℃
	(11.8-12.2)	( ≥ 10.8)	( ≥ 25)	(33-36)
38UH	1220-1250	≥ 876	≥ 1990	287-310	180 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.0)	( ≥ 25)	(36-39)
40UH	1240-1280	≥ 899	≥ 1990	302-326	180 ℃
	(12.5-12.8)	( ≥ 11.3)	( ≥ 25)	(38-41)
28EH	1040-1090	≥ 780	≥ 2388	207-231	200 ℃
	(10.4-10.9)	( ≥ 9.8)	( ≥ 30)	(26-29)
30EH	1080-1130	≥ 812	≥ 2388	223-247	200 ℃
	(10.8-11.3)	( ≥ 10.2)	( ≥ 30)	(28-31)
33EH	1130-1170	≥ 876	≥ 2388	247-271	200 ℃
	(11.3-11.7)	( ≥ 10.5)	( ≥ 30)	(31-34)
35EH	1170-1220	≥ 876	≥ 2388	263-287	200 ℃
	(11.7-12.2)	( ≥ 11.0)	( ≥ 30)	(33-36)
38EH	1220-1250	≥ 899	≥ 2388	287-310	200 ℃
	(12.2-12.5)	( ≥ 11.3)	( ≥ 30)	(36-39)
28AH	1040-1090	≥ 787	≥ 2624	207-231	230 ℃
	(10.4-10.9)	( ≥ 9.9)	( ≥ 33)	(26-29)
30AH	(1080-1130)	≥ 819	≥ 2624	223-247	230 ℃
	(10.8-11.3)	( ≥ 10.3)	( ≥ 33)	(28-31)
33AH	1130-1170	≥ 843	≥ 2624	247-271	230 ℃
	(11.3-11.7)	( ≥ 10.6)	( ≥ 33)	(31-34)

 

 

10.1     信赖性测试: 以PINK noise 用额定功率测试96 or 48 hours

10.2     大部分的喇叭信赖性问题是出现在引线长期震动下断裂, 需注意引线的材质会影响喇叭的信赖性.

10.3     音圈温度的测试: 利用温度电阻法去计算长时间高功率输入后的线圈温度, 确保线圈不会使音圈架烧坏, 或超过线圈漆包线的破坏温度

T2— 试验结束时的线圈组温度 ℃.   T1— 测定前冷态电阻时的环境温度

 

 

11.1     工作温度分一般工作温度85度以下, 高工作温度105度以上, 工作温度取决于跟线圈的消耗功率产生的温度, 越高的功率, 要求磁铁的耐温要更高。

11.2     汽车用因喇叭长处在高温的环境, 所以磁铁需使用120度以上的高耐温磁铁, (钕铁硼(NdFeB)耐温特性较一般铁氧体磁铁差。

11.3     低温对磁铁无影响。

 

 

喇叭如果使用在有灰尘, 铁粉屑的环境下, 需特别说明有防尘要求。

 

13.1     喇叭使用的产品如果有防水要求, 则需告知防水等级 IPX4 (JIS-4) or IPX3 (JIS-3)

13.2     防水的喇叭纸盆及悬边, 铁框都要有配套设计, 防水的纸盆材质有Mylar, Polypropylene Cone (PP), paper coating, ABS射出成型, 及铝,钛金属类…等选择

13.3     既然是防水要求, 也要注意铁盆Frame 的防锈问题, 需请厂商提供盐雾高温试验测试报告

某些塑料或PP的喇叭锥盆材料, 若其喇叭使用环境需长期暴露在日照或子外光线强的地方时, 需跟供货商强调需加防紫外线的材料, 否则锥盆材质很容易脆裂

 

15.1     指向性的用意是当人耳位置若不在喇叭的正前方时, 也要有很好的高频响应曲线

15.2     指向性一般是越宽越好, 指向性越宽却会使高频能源分散

 

16.1     需求样品需跟厂商声明用途及诉求特性的重点, 例如效率, 成本, 外型, 耐环境, 注重低音, 小体积….等, 让供货商清楚的了解喇叭的用途应用面的诉求。

16.2     如果有音箱则需告知音箱的容积, 材质, 大略形状, 如此喇叭供货商比较能抓住设计方向, 找到最合适的材料。

 

17.1     透过喇叭音箱设计辅助软件应用时, 则其程序需要一些S 参数数据时,可以请厂商提供

17.2     主要的参数有

17.2.1    Fs: free air resonant frequency

17.2.2    Qts: Free air resonance

17.2.3    Qes :电子Q值

17.2.4    Qms: 机构Q 值

17.2.5    Vas: volume suspension(音箱等效容积)

 

18.1     当喇叭防尘盖跟音圈间会形成一个气密区如下图,此气密区除了会阻碍纸盆震动运作,也会造成共鸣腔影响频率响应。

图(5)

18.2     克服的方法有三种,

18.2.1     可以在音圈颈部开几个洞当透气孔, 此方式有利于减轻音圈重量, 改善散热, 不过负面影响是将低音圈的刚性, 纸管式音圈不适合开洞。

18.2.2    或者如上图在T铁中央部份开一个洞作透气, 此透气孔需加 泡棉防止异物或铁屑进入, 需求时需说明要不要透气孔, 此项对策适合大功率喇叭, 当音圈不适合开洞的条件。

18.2.3    透气式防尘盖: 采用网状防尘盖, 可以达到防尘及透气的目的, 不过现在的喇叭很少采用这样的设计。

 

19.1     如果结构有限高问题, 则需再样品需求数据内记载限高或其它尺寸的限制要求。

 

20.1     根据音箱组装方式要求供货商提供被贴泡棉, 小喇叭有些是由内往外锁附在音箱, 则防漏气泡棉或橡皮垫, 应在frame 的前面。

 

21         告知欧规环保规格Rohs, Pb free 等要求及附上材料证明资料, 属强制性。

 

22.1     承认作业之前, 需主动告知供货商喇叭的印刷内容, 字形规格等

22.2     主要印刷内容: 料号﹑阻抗﹑功率(额定功率) 。

22.3     次要印刷内容: 品牌﹑批号(例如1125---2010年第25周)。

 

23.1     一般公司行政需有6份 (现在都是用电子PDF文件) 。

23.2     实际承认样品 6 pcs (承认及测试验证用) 。

23.3     承认的样品, 一组给IQC 质量进料管制单位, 2组给设计担当单位, 一组寄回给供应厂商留存, 其它2个sample 需存档备查。

23.4     承认样品会因为储藏时间太久, 材料会变值, 因此需每5年需重新更替一次, 样品需详载承认或更新日期。

 

24.1     价格大都是跟及质量相互拉扯, 除了上述规格告知供货商外, 单价预算要先跟厂商有个底, 如此厂商在挑选材料可以折衷, 否则通常做出来的单价会比期望的贵

24.2     组装厂如果是挑选现有通用(共享)材料, 其单价正所谓 ”死猪价” , 所有材料成本+组装成本+耗材+管销费用+ 10% 利润+ 运输费 +税务后, 就是单体价格, 如果使用的材料非通用品, 而是订制 或特别开发的材料, 那单价的差异就非常大

24.3     提供参考外型, 或参考单体, 如此可以缩短喇叭单体的开发时程