文承福

（ 天津職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300000）

文章通過引入先進(jìn)的電聲技術(shù)，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的高性能、輕量化及可靠性。借助磁路系統(tǒng)部品結(jié)構(gòu)實(shí)施研究，并通過模擬軟件便于后續(xù)的調(diào)整。

1 通過FINE Motor 軟件，對磁路系統(tǒng)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)

SPEAKER、音腔、音頻電路和MIDI 選曲是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要素，通過其本身的特點(diǎn)及相互配合形成音質(zhì)。SPEAKER 單體的品質(zhì)直接影響著音質(zhì)的好壞，其靈敏度直接影響著聲音的大小，其低頻性能對鈴聲效果、是否有雜聲是十分必要的[1]。 音腔在某種意義上可以對Speaker 的輸出頻響曲線進(jìn)行調(diào)整， 借助聲腔參數(shù)的調(diào)整改變高、低音效果，其中后聲腔容積大小直接影響著低音質(zhì)量，前聲腔及出孔面積對高音效果具有直接影響。 這涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比如音腔的設(shè)計(jì)； 音頻電路輸出信號的失真度及電壓對音質(zhì)可能會造成雜音的影響。如果輸出信號的失真度大于10%，鈴聲會出現(xiàn)明顯雜音[2]。 此外，輸出電壓則必須與Speaker 相匹配，不然輸出電壓過大造成Speaker 出現(xiàn)失真的情況比較嚴(yán)重，這也會出現(xiàn)雜音。MIDI選曲在某種程度上也影響著音質(zhì)， 主要體現(xiàn)在頻譜與聲腔和Speaker 的不相匹配時(shí)，會造成音樂出現(xiàn)比較大的變音，影響揚(yáng)聲器的聽感。為了實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器輕量化的個(gè)性化要求，通過內(nèi)磁式磁路結(jié)構(gòu)，應(yīng)用釹鐵硼磁鋼作為物質(zhì)載體，以此減小磁路體積，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性及性能，如圖1 所示。

2 優(yōu)化導(dǎo)磁板柱結(jié)構(gòu)的定位

揚(yáng)聲器的靈敏度主要取決于永久磁鐵的磁性、 紙盆的品質(zhì)及裝配工藝的優(yōu)劣。因?yàn)閺?fù)合揚(yáng)聲器的誕生，減少了揚(yáng)聲器的諧振頻率大為降低,有效緩解了低頻響應(yīng)。 但是因?yàn)閾P(yáng)聲器振膜兩面所輻射的聲波相位相反， 導(dǎo)致反響波相互消除， 對低頻的重放造成影響。 為了有效減少這種情況，可以通過應(yīng)用揚(yáng)聲器背面的輻射，提高揚(yáng)聲器的低頻效果，通常應(yīng)用音箱或者障板。導(dǎo)磁板柱大多是錐孔通透結(jié)構(gòu)，具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢，與顧客的輕質(zhì)化要求相符合[3]。 而且有效減少了揚(yáng)聲器頻響的失真情況，避免了揚(yáng)聲器工作中活塞運(yùn)動的氣阻影響， 顯著提升了揚(yáng)聲器的效率，并具有良好的功率容量。

圖1 磁路系統(tǒng)的模擬設(shè)計(jì)

3 搭配振動設(shè)計(jì)，避免失真情況

內(nèi)磁喇叭背后看不到磁鐵，磁鐵是包在外殼里面的，通常使用兩個(gè)相同極性的對貼以減少磁性外漏。 內(nèi)磁式受到外磁場的干擾較小，鐵磁材料比較少，體積比較輕，但是不能形成較強(qiáng)的磁場。在可動線圈與游絲一致時(shí)，會造成靈敏度較低。外磁式鐵磁材料使用的比較多，容易受到外磁場的影響，但是可以通過屏蔽消除干擾，其靈敏度比較高。揚(yáng)聲器在汽車音響系統(tǒng)中十分重要，要想提升車載揚(yáng)聲器的音色與定位感，其對技術(shù)提出了更高的要求。在汽車內(nèi)部空間，由于空間比較狹窄，受到噪音、車用材料及震動的影響，再加上揚(yáng)聲器的安裝位置受到汽車內(nèi)外造成的局限。 值得注意的是如果揚(yáng)聲器安裝位置不同，會造成偏左或者偏右的聆聽感。因?yàn)閾P(yáng)聲器的指向并不是正面平均對稱， 造成頻率復(fù)雜， 出現(xiàn)反射性時(shí)差。 共鳴更問題。 但是基于3D 音效的輕量化車載震動揚(yáng)聲器，對汽車安裝位置比較高，要形成3D 環(huán)繞的音樂效果。 因此，在實(shí)際安裝中，通過掌握不同用途、種類、屬性等揚(yáng)聲器的特點(diǎn)，應(yīng)用科學(xué)的安裝技巧及，正確處理不同揚(yáng)聲器的安裝位置，確保其良好的指向性，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的聆聽感。通過揚(yáng)聲器振動系統(tǒng)與磁路系統(tǒng)的優(yōu)化，借助錐孔結(jié)構(gòu)有效避免失真情況，降低了揚(yáng)聲器工作中的氣阻，顯著提升其效率，如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的板柱結(jié)構(gòu)

4 盆架力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)，有限元驗(yàn)證分析

為了拓展揚(yáng)聲器單元的工作頻帶轉(zhuǎn)向高頻， 通常借助兩個(gè)紙盆進(jìn)行固定，并應(yīng)用音圈與定心支片連接起來。 內(nèi)紙盆頂角小，勁度較大。在內(nèi)外兩只紙盆間應(yīng)用小波文的設(shè)計(jì)，將其作為機(jī)械濾波器，這種揚(yáng)聲器的具體情況可以通過對等效線路進(jìn)行說明分析。在低頻時(shí)期，使用兩個(gè)紙盆和音圈的振動，向四周輻射聲波[4]。 在高頻時(shí)，通過小紙盆和音圈的振動，在10KHz 以上可以有效輻射聲波。雙紙盆揚(yáng)聲器在某種意義上影響著工作頻帶，但是因?yàn)槠涠继幱谕瑐€(gè)音圈上，所以互調(diào)失真的情況在所難免。對于音質(zhì)要求比較高的放聲系統(tǒng)來講， 大多是應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)， 通過不同揚(yáng)聲器的組合，將工作頻帶拓寬，有效改善互調(diào)失真情況。 通過對折環(huán)形狀的科學(xué)設(shè)計(jì)，可以使用不易激發(fā)共振的不對稱形狀，可以將通常應(yīng)用的正弦波紋改為接近鋸齒波的波紋。 通過使用阻尼比較大的折環(huán)材料，或者在上面涂上阻尼材料，以此減小折環(huán)共振的幅度。 紙盆的壓邊大多是應(yīng)用阻尼較大的材料，以此削減盆架反射的能量，以此改善中頻谷。在支撐系統(tǒng)力順的前提下，可以適當(dāng)減小折環(huán)的寬度，以此削減折環(huán)輻射的聲波，繼而改善中頻谷的情況。 在盆架設(shè)計(jì)過程中，通過ANSYS 有限元分析技術(shù)，在保障盆架結(jié)構(gòu)剛度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)盆架輕量化發(fā)展，減少樹脂材料的應(yīng)用。同時(shí)，明顯縮短了開發(fā)周期， 并有效降低了盆架強(qiáng)度不夠的威脅。 通過三角支撐，保證揚(yáng)聲器的支持可靠性，提升其抗共振強(qiáng)度，如圖3 所示。

圖3 盆架力學(xué)分析

5 振膜新材料的研究應(yīng)用

通過模擬軟件設(shè)計(jì)，對“ 紙盆”選材不斷優(yōu)化，提升揚(yáng)聲器低音效果，確保優(yōu)質(zhì)、節(jié)能以及高效轉(zhuǎn)換。應(yīng)用FINE Motor 軟件軟件對振動系統(tǒng)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)[5]。Inter Management Engine Interface，介于固件與系統(tǒng)驅(qū)動之間，系統(tǒng)可以通過與固件之間的相互影響，繼而實(shí)現(xiàn)音質(zhì)管理的目標(biāo)。 對面罩的透音率要求，在其開模前，高音要求至少為50%，中音要求至少為40%，與面罩距離為5-7mm。 由于音響的中低音需要借助箱體配合才能實(shí)現(xiàn)， 人耳可以聽到的頻率范圍是20HZ-20KHZ, 大多數(shù)人能直接聽到的高頻上限在15-17KHZ 左右，高于20KHZ 的信號不能直接聽到，但是可以感受到，關(guān)于聲場的展寬及解析力的提升具有積極影響，這也是近年來高檔音響應(yīng)用超高音喇叭單元的關(guān)鍵原因。 振動系統(tǒng)的紙盆通過橢圓指數(shù)型母線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的頻率相應(yīng)，并通過計(jì)算機(jī)有限元對設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行輔助，縮短紙盤開發(fā)周期，為后續(xù)音質(zhì)調(diào)整提供便利。

綜上所述，F(xiàn)o 越低表示該喇叭單元的低頻響應(yīng)越好。單體喇叭由于在開放的空間內(nèi)，紙盆向前的聲波與后方的聲波相位相反，有效過濾袋了低頻的信號。 所以，其低頻效果比較差。 同時(shí)由于后部沒有箱體反射空氣的反作用力，對紙盆產(chǎn)生阻尼，因此單體喇叭的功率承受能力相對較小。 因此，亟需開展基于3D 音效的輕量化車載震動揚(yáng)聲器的相關(guān)研究。 輕量化揚(yáng)聲器可以在商用車、輪船、汽車等傳統(tǒng)音響系統(tǒng)中應(yīng)用，明顯提升了傳播效果。