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[其他] 从零开始的音箱设计,尊响E6.5A开发的那些事

本主题由 王总编 于 2024-5-11 11:39 移动

从零开始的音箱设计,尊响E6.5A开发的那些事

这是介绍尊响音响生产的E6.5A二分频音箱的设计思路和特点的帖子,对于这样各种XX的设计思路,可能大家已经见多不怪了,但不妨看看这篇,也许对您购买音箱或者DIY音箱有小小的启发。

Ⅰ中低音扬声器

1.为什么要用6.5寸的低音?经验告诉我们5寸,6.5寸的二分频箱子很多,但到8寸及以上二分频却很罕见。这是为什么?首当其中的就是指向性问题。频响,重量,音质等等都可以用一些方法解决或改善,而对指向性人们却无能为力。


                              

6.5寸的扬声器的指向性大概符合曲线5,离轴60度下降声压6db的频率是2000hz多一点,离轴30度下降声压6db的频率是不到4000hz。这只是个理想化的平板模型,实际上中低音扬声器都是有锥度的实际情况只会更差,为了保证指向性过度平缓,音箱分频点的选择都要参考这些数据。而8寸的各个角度下降6db的频率都要比6.5寸的单元低1.3倍,导致分频点过低,球顶高音难以胜任这个频段的工作。

2.扬声器的材料选择和参数设计。

二分频的中低音单元因为要与音箱配合,所以对参数要求严格,对应不同的箱体类型,有着不同的要求,这次目标设计一个适用于倒相式音箱的6.5寸单元,从经验上来讲需要一个总q值0.3-0.5,等效容积适当,谐振频率35-50hz的单元,剩下的参数要按需搭配。


T/S参数密密麻麻一堆,看的都人头大,实际设计起来有迹可循,先是确定振动部分,先确定振膜,悬边,弹拨等一些关系振动质量的东西。

振膜,在技术层面上只讲三个参数,杨氏模量,密度,和内阻尼。从材料上讲更是千奇百怪,纸质材料使用历史最长,使用范围最广,相对林林总总的各种材料振膜音色更为自然,鲜活,更容易被人们所习惯,接受和认可。不知道是人习惯于纸质振膜的声音还是纸质振膜影响了人的听感。我个人是偏向使用纸质振膜的。


经多款纸盆反复挑选,最终确定使用这个羊毛松压盆,松压工艺源自绅士宝的皱皮系列,通过让振膜蓬松变厚,不增加重量的情况下增加了强度,羊毛其材料的特殊性和长纤维,能增加阻尼,改善音质。


中孔35.5mm,称了一下总重在18.1g,属于6.5寸里重量级选手,利用有限元和撕掉悬边来计算得有效振动质量为11.5g,顺性静态测量大约是1.4mm/N。

弹拨也如此有效振动质量在1.1g左右。顺性在1.2mm/N左右,弹拨要尽量选环数多一点的,线性会好一点,反面教材就是这个大音圈的。

顺性算偏硬的,之所以这样设计是有道理的,功放在短路扬声器时只是让扬声器停下,而扬声器不一定停到零点,专业词语叫类直流偏移,这个问题在过软的振动系统中很严重,很多扬声器灵敏度不算很低,但仍然难以控制有相当这部分原因。

  

加上防尘帽和胶水,这样我们得到了一个振动质量16g,顺性0.65mm/N的系统。

以此为基准设计磁路,磁路在扬声器中得设计不太用得算最佳工作点,利用最大磁能积.

对于高要求的扬声器,需要高磁通,均匀,饱和,对称这几个特点。 有经验的烧友可能会发现进口中低音喇叭,磁隙有6 ,5,4mm不同高度的,但磁通多是1.1T,这是低碳钢B-H曲线的一个膝点。

先用计算机软件输入现有的数据寻找大概方向。


用外径110mm内径57mm的Y30的磁体显然是不够的,在使用CCAW音圈卷宽20mm的时候,电Q值达到了0.60,这对于倒相式箱体是不可接受的,灵敏度也有点低只有85db/m/w(这个软件计算灵敏度都是偏低的),看来要用外径120mm的磁路。


120mm的Y30磁路,华斯7.8mm,附有长短路环,磁通为1.08T,根据实际尺寸坐下磁路仿真。

再导入设计软件。


嗯,好看了许多在使用21mm卷宽的CCAW音圈的时候电q值降到了0.45,已经是能用的范围了。但磁路左右不太对称,再改进下。

在磁路中心柱加块钕磁,再仿真下。




  

磁通密度上升到了1.18T,上下对称性也变得很好。


改进前左半部下滑较快,改进后对称了很多。


磁通提高到1.18T以后灵敏度,Q值都调整的空间都很充裕了,下面就就可以适当的浪费磁通了,把音圈圈宽加宽,增加线性冲程。


最终参数就大概就这样定型了。下面就要去订音圈了,在此先简单讲下音圈的设计。

关于音圈骨架,大致分为金属和非金属。金属骨架大多数为铝制,少部分为钛制,因为其金属的导电性,在磁场里运动产生涡流,大幅影响扬声器的机械Q值,略微影响高频延申。非金属没有涡流这档子事,材料常见的是kapton中文叫聚酰亚胺和TIL中文叫玻璃纤维,玻璃纤维杨氏模量比聚酰亚胺高很多,价格同样也是,常使用于高档扬声器。

音圈线的材料主要分三种,铜SV,铜包铝CCAW,铝AL。很多人可能疑问,就音圈那几克线都不全用纯铜的,能省几个钱?但反过来想想,既然省不了几个钱还为什么这样做?


铜线虽说导电性好,但密度太高,做出的音圈太重,在小口径扬声器振动质量中占比过多。

低端的小口径扬声器可能因为成本,磁路规模不够,导致电Q值过高,通过牺牲灵敏度和振动重量来降低Q值而使用纯铜线。扬声器可以重但要重在重要的地方,可以用更重的纸盆,更大的弹拨,而不是都放在音圈线上。




[ 本帖最后由 尊响音响 于 2023-3-31 17:07 编辑 ]
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本帖最近评分记录
  • racingpht 积分 +58 原创内容 2023-3-31 09:47

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请问E6.5是用铍膜高音,E6.5a用丝膜高音,他们各有何优劣?中低音单元是一样的吗都是羊毛盆?

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e6.5用铍膜说实话是无奈之举,当时丝膜还没有研发,这款丝膜高音要好于铍膜高音,既有金属膜高音的瞬态解析力也有软膜的柔和。

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一楼发不完,剩下的部分需要分楼发。



定制的音圈。玻璃纤维骨架,23.2mm卷宽的铜包铝线,配合7.8mm的磁隙高度,有15.4mm的冲程。得益于较宽,左右对称的磁隙,BL值的线性范围很宽。











零件都都准备ok了,接下来就是组装了。扬声器作为一个连接全靠粘的东西,胶粘剂肯定是个重要的部分,但经常被人忽视,人们会看扬声器磁铁大不大,音圈大不大,振膜是什么样的,没人关心扬声器是怎么被粘起来的。



先简单介绍下扬声器常用的胶粘剂吧。



氯丁橡胶类。常见的万能胶,粘鞋底的,喇叭黄胶,喇叭黑胶等的主要成分都是氯丁橡胶



粘接范围广泛,固化速度快,能粘橡胶制品,但强度较差,常见的剪应强度在2-3mpa。



丙烯酸类。分单份和双份,如常见的502属于单份的丙烯酸胶水(挥发型),哥俩好就是双份的丙烯酸胶水(交联固化型),粘接范围广,强度高,有极强的刺激性气味,有毒。



环氧树脂类。常见的ab胶,结构胶,就属于环氧树脂,强度高,固化慢。



聚氨酯类。-nco基类胶水的统称,固化较慢,常用于尼龙等热塑性塑料。








环氧树脂的剪切强度能达到20多mpa,比双份丙烯酸略高,比氯丁橡胶类高太多了,不过固化太慢了,但自己做喇叭不像生产线那样急急忙忙的,可以耐心的慢慢做,用环氧树脂粘接中心,能显著减低机械系统的损耗,增加机械q值。



至此低音单元就完成了。因为振动质量确定了,用直流电源通电测试下BL值,从阻抗曲线上找出谐振频率和机械损耗,测试下音圈电感,整个T/S参数就都确定了。


和模拟的参数非常接近。振膜结实,线性冲程长,磁路对称,短路环,低机械损耗,参数合适,算是一个很理想的中低音单元了。

Ⅱ高音扬声器

高音扬声器的设计因为对T/S参数没什么要求看起来简单了点,但其装配精度,吸音,共振,反射等各种问题反而需要更多的精力来解决。

首先还是振膜,大类分金属,非金属。金属膜高音大多数因内阻尼太低,其振膜自我谐振的峰太剧烈,很是影响听感,除了铍这种音速更高,内阻尼合适的材料,铝钛等常见金属膜在高端球顶扬声器里已经很少见了。




非金属大多数还是指丝,绢,麻,布等织物材料,因良好的内阻尼,听感更容易被人接受,仍活跃在各个价位的球顶扬声器上。碳纤,聚碳酸酯,等过于少见的材料不在赘述。本人还是选择用织物振膜。





织物高音在10000hz频率以上工作时,都会变成这种皱皱巴巴的样子。曲线的平滑,频带的延伸很大一部分都是取决于怎么在上面涂阻尼胶,织物膜不如改叫胶物膜好了。


反复挑选实验后选择的1英寸振膜,很轻整体只有0.08g,未涂胶,我个人会根据模拟和实验的结果再涂胶处理。外观类似于丹拿和魔雷高音的织物。振膜说重要吧,大厂对自己的振膜技术都守口如瓶。但也可以说不重要,因为大厂也经常在高低端单元上使用同一个振膜。



接下来是磁路,高音对磁路的要求甚高。一是精度和形状,低反射的中孔和后腔,高磁通和对称的磁路,全都需要精细的加工,冲压的T铁和华斯已经满足不了其要求的,连洋货三五百的高音单元都会上用车削的T铁华斯。二是高磁通,高音单元因体积限制,漏磁和导磁材料饱和问题很严重,如果没有足够规模的磁路,高音单元的灵敏度,长冲程,瞬态等就无从谈起,这是高档一点的球顶高音几乎都是用钕磁做磁路的原因。







高导磁的T铁设计



满足上述要求的高音磁路基本上是买不到的,全部要靠自己动手。经过反复的模拟实验修正,确定了现在的磁路,T铁和华斯由DT4工业软铁车制,使用8个直径20mm高度15mm的圆柱型钕磁,附有短路环,在高4mm的磁隙中仍能提供1.75T的磁通密度,配合2mm卷宽的音圈有着2mm线性冲程!虽然高音有可能用不到这么大的冲程,但设计要为磁路对称性,装配精度等留下误差空间,像振膜和音圈的公差差个0.1-0.3mm很正常,在2mm的冲程里没什么影响,如果在低端单元里0.5mm不到的冲程就相当麻烦了。




[ 本帖最后由 尊响音响 于 2023-3-30 20:35 编辑 ]
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接下来是音圈,音圈采用的是玻璃纤维骨架,2mm宽单层扁铝绕线。在高音的振动系统中,音圈常常能占到70%以上的振动质量,用铝线降低音圈重量的效果极其明显,扁线提高了绕组的占空比,单层绕法能降低音圈的电感量,非金属骨架没有涡流有着更好的高频瞬态响应。



                              



电感量只有0.004mh








11Khz的方波响应,左边是本例高音,中间是绅士宝6620,右边时丹拿T330。可看出本高音方波响应好于绅士宝6620和丹拿T330。


下面是后腔,后腔能大幅降低高音单元的谐振频率和低频失真,没有后腔的高音单元谐振频率通常都在1khz以上,限制了分频点,压缩其动态。




后腔设计讲究气压平衡和尽量少反射,主要通过调整吸音材料的种类,尺寸,密度,反复实验来解决。




磁流体,通常宣传只会说磁流体帮助散热,事实上不止如此。1.磁流体能密封住磁隙减少空气反射2.磁流体由于粘性阻尼,能提供音圈径向的恢复力,减少二次谐波失真3.增加系统阻尼,改善频率响应。所以加磁流体的好处很多的,坏处是如果单元添加的是劣质磁流体,会很快干掉粘住音圈,报废整个单元。




最后最后来讲下装配问题,上图是某国产高音。上面的音圈相对于固定的支架倾斜不少,这在我拆解的众多高音单元里经常出现的现象。从振膜和音圈的粘接,再和固定用的支架的粘接,都需要相当的认真和耐心,不管多优秀的设计在此一斜就前功尽弃了,这也是我自己制作单元亲手装配的重要原因。

[ 本帖最后由 尊响音响 于 2023-3-30 20:48 编辑 ]
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沙发,慢慢看!

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Ⅲ箱体
低频的声音由于其过长的波长,不太适应声学辐射或者叫射线理论,类似于把耳朵贴在扬声器上,理论上此处的声压会无限大,但仍不会振坏人的耳朵一样。箱体设计完全不是把参数输入计算机点一下就能完成的。做好箱体需要长期的经验和反复的调整。


                              

箱体首先还是需要一定的重量,扬声器工作在低频段是有不小的能量和反作用力,就像小船装不上大炮一样,重的箱体不一定好,但轻的箱体一定差。箱体用了两种不同材料复合而成,内层18mmMDF,外层8mm天然原木,两种不同的材料能一定程度的减少共振。箱体内有十字隔板加固,隔板能提高驻波的频率,使其更容易被吸收。两层板边角处相互咬茬结合,防止箱体漏气。像那种45度角连接,前后面板拧上去,一个箱子上都是螺丝的箱体,不知道要要漏多少气。箱体净容积20.5L,略大于普通6.5寸箱体,较大的箱体会提高倒相管的谐振效率,降低低频截止频率。


经过有限元模拟的箱体

倒相管在低频工作时也是没有计算机模拟的那么理想,箱体内需要填充吸音材料会影响谐振效率,低频声压过大会造成倒相管损耗,通常中灵敏度音箱所标注的低频-3db频率,一般是在输入1w的功率下测得的,而实际使用情况要恶劣的多,很多音箱包括一些名箱在输入5-10w功率时,由于倒相管的损耗过大失去作用,变了密闭箱,低频-3db频率提高了1.4倍。这些问题都要根据实际情况,做出前瞻性的预留设计。本箱选择用直径76mm超大圆形倒相管来减少低频的空气损耗,降低大音量时的动态压缩,使小音量时也有丰满的低音。


例如普通音箱在一米声压87DB下的箱子-3db频率是41hz。


但在一米声压97DB-3db频率就变成了53hz。

对于以上情况,本箱做了些针对性的设计改进,改善上述缺陷。例如本箱一米声压87DB时低频-3db频率39hz,一米声压97DB时低频-3db频率44hz。说句题外话,不要过多追求-3db频率多低,不看声压只说低频下限都是耍流氓,有些三寸音箱都敢标称-3db频率50hz,如果不考虑输出声压的话我可以做到30hz,毕竟耳机这么小还能做到20hz呢。

Ⅳ分频器


分频器是连接喇叭的桥梁,因为单元都是自己制作,所以对单元声压,相位,指向性失真,音色等都有更深刻的理解,所以分频器就轻车熟路了。为什么要使用这样的分频网络?具体可以百度尊响原创的文章“扬声器声压曲线的深度分析”。声音走向参照ATC突出中音醇厚的音色和丹拿清爽偏高解析力,综合取舍设计出自己独特音色的声音,突出了乐器和人声的质感。



[ 本帖最后由 尊响音响 于 2023-3-30 20:50 编辑 ]
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你的单元零售吗?

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不明觉厉!楼主以前也是哪个大厂出来的吧?希望尊响大卖~

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引用:
原帖由 bobbychong 于 2023-3-30 21:54 发表
你的单元零售吗?
目前没有准备卖喇叭,您对喇叭感兴趣的话,可微信交流。13148003918

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