1. 扬声器的设计方法

我们做为扬声器的设计人员和技术管理人员，有时也会感觉到，扬声器虽然只有不多的十几个零部件，但是其复杂繁难的程度远远超过我们的想象。这是因为：通常遇到的元器件能量转换一般只有一次。例如电动机是将电能转换为机械能，电灯是将电能转换为光能，电池是将化学能转换为电能，只是一种能量向另一种能量转换。而扬声器有所不同，它是将电能转换为机械能，再将机械能转换成声能，这是在诸多换能器中不常见的。在一个扬声器中同时存在电学部分、力学部分、和声学部分。自然带来系统的复杂性和多样性。扬声器的振动又是在三维空间，具有多个边界条件、多种材质、多种几何形状(聚脂振膜)，因此振动分析极为复杂，一般的数学工具已不够用。

过去扬声器的设计方法主要采用美国白瑞耐克的等效电路法，什么是等效电路法？因为声幅射、力振动、电振荡微分方程的解是一样的，所以将机械系统用电路代替，将声系统用电路代替，用我们熟知的电路理论进行分析，这种替代的电路称为等效电路。利用等效电路对扬声器进行定性的分析，由理论指导在实验中探索，这就是模拟设计法。

目前先进的设计方法是利用设计软件，采用计算机进行设计：用有限元法对扬声器进行分析和设计，什么叫有限元法？将振膜看成是由许多性质相同而且又是极其微小的单元组成，对于每一个单元来说都是相同的，利用能量守恒原理建立各节点的平衡方程，求解方程组，得出各节点的位移，再由节点位移求解单元内各处的应变应力。从而获得整个振膜的振动特性。有限元法利用计算机的先进技术，只要输入各种数据，经计算机快速计算便可获得结果，使扬声器的设计变成一个使用软件的问题,实现了扬声器的设计可计算的现实。目前国内外已有多种软件，比如我们正在使用的：Femm（磁路系统设计软件）和FINEMotor （扬声器单元的磁路系统和音圈的设计软件—丹麦），通过对这二个软件的应用，我们已从设计软件使用中尝到了甜头，但是对于FINECone（采用有限元法对锥体盆和球顶形振膜的声学特性的摸拟软件—丹麦）的使用我们还没有掌握，所以对它们的使用还需要一段时间。在国内扬声器设计软件已经得到越来越多厂家的认可和使用。我们认为采用计算机辅助设计扬声器是明智之举，设计软件的应用会提高产品的研发水平，会缩短产品开发周期，降低成本。我们要求设计人员要从摸拟设计阶段尽快的过渡到使用设计软件的计算机设计阶段，跟上时代的步伐，提高产品的设计水平。

2 扬声器、受话器的工作原理

      扬声器是美国人在1925年发明的，80多年来扬声器在不断的改进，采用了一些新的材料、新的工艺、新的结构、新的胶粘剂，使扬声器的承受功率不断提高，工作频率范围逐渐加宽，失真逐步降低，总之扬声器的发展同世界技术水平平行发展，各项技术对扬声器技术的渗透不断为扬声器的发展提供新的动力。比如：钕铁硼磁体和聚脂膜片的使用，使扬声器向小型化、轻量化、性能优良化、产品绿色化、工艺精细化的方向发展。当前世界电子信息业正在进行一次重大的技术转型，就是从模拟技术全面过渡到数字技术。扬声器的数字化是大势所趋，从世界范围来看数字扬声器的设计还比较繁琐，成本很高，所以还没有得到普及。我们目前生产和开发的扬声器全部是采用模拟技术设计的。

扬声器的分类，由于出发点不同，切入角度不同，可以用不同的方法对扬声器进行分类：

按工作原理：电动式、电磁式、压电式、静电式…

按工作频带：全频带、语言段、低音、中音、高音…

按辐射方式：直接辐射式、号筒式、耳机…

按磁路形式：内磁式、外磁式、双磁式、内外磁复合式…

按振膜形状：平模形，太阳花形、锥形、球顶形、…

按振膜材质：聚脂膜 、纸盆、铝膜 、钛膜…

光讯生产的各种扬声器属于：电动式扬声器(包括耳机用扬声器)

2.1电动式扬声器的工作原理：

当扬声器在工作时我们看到它的振膜在上下振动，这个使振膜上下振动的力就是电动力，既载流导体与磁场之间的相互作用力，其大小为：F=BLI

             F – 电动力的瞬时值 N（牛顿）

             B – 缝隙磁通密度 T（特斯拉）

             L – 音圈线长 M（米）

             I – 瞬时电流强度 A（安培）

音圈在磁场中的受力情况，根据弗来明左手定律确定（见图1）。左手拇指和其余四指垂直，使磁力线穿过手心，四指指向电流的流向，则拇指指的方向既为音圈受力方向，若改变电流的方向，则F的方向随之改变。音圈在电动力的作用下上下运动，带动纸盆产生振动，纸盆振动的快慢与输入频率有关，振动的幅度与输入电流的强弱有关。纸盆振动时激发了周围空气发生振动，形成了声波，传入人耳，就是我们听到的声音。扬声器完成了由电→力→声的转换。

图1

光讯生产的各种受话器属于：动圈式受话器。

2.2动圈式受话器的工作原理：

  动圈式受话器的工作原理与扬声器器基本相同，它也完成了由 电→力→声 二个转换，{zh1}将电能转为声能。与扬声器不同的是：振膜发出的声音不是直接与空气耦合，而是依靠前后出声孔经过阻尼后辐射出来的，也就是说膜片发出的声音是经过了声学元件（声腔和出声孔）后才使我们人耳听到了声音。此时系统的振动主要受声阻控制，声阻越大，声阻控制的频率范围越宽，所以我们称受话器是一个阻尼控制元件。

    我们现在生产的手机用受话器，因使用空间和特定条件的要求已经与过去的受话器结构有所不同，对于基架上的后阻尼基本上是没有加，对于前盖阻尼也经常使用细网，这些实际上都增加了生产中的难度，也就是我们常讲的越简单的结构越难生产，因为元件多了可调量多，可以互相弥补参数的误差。比如：膜片f0的微量差异,磁体B值的微量浮动等都可以采用阻尼的方法掩盖掉。所以设计人员在设计产品时一定要认真的进行工艺设计，我们讲的要给自已留后路，要保证批量生产的可行性。