壓電揚(yáng)聲器最終設(shè)計(jì)方案綜述

考試序列號(hào)項(xiàng)目名稱：平板壓電揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：2011級(jí)機(jī)械類（創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班）組員：曾勁松曾俊賢陳集輝陳思豪梁榮光聯(lián)系方式課教師：鐘老師2012年11月08日平板壓電揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方案便攜式產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)隨著便攜式消費(fèi)電子的發(fā)展，人們對(duì)便攜式電子設(shè)備小型輕薄的要求越來(lái)越高，陶瓷壓電揚(yáng)聲器以其超輕、超薄、高效、無(wú)需大音腔等特點(diǎn)逐漸被眾多便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品所青睞。便攜式消費(fèi)產(chǎn)品向著超薄輕小的方向發(fā)展!；怎樣做到外形纖薄!，并且延長(zhǎng)單次充電電池使用時(shí)間已成為各類消費(fèi)產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)考慮。這樣的系統(tǒng)需求對(duì)單個(gè)電子元器件提出了更薄、更小、更省電的要求。因此，為了迎合市場(chǎng)的需要，我們決定做一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀規(guī)則，占用空間小，實(shí)用的平板壓電揚(yáng)聲器。陶瓷壓電揚(yáng)聲器的基本特點(diǎn)與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器相比，壓電揚(yáng)聲器的振膜是被粘接在它上面的壓電材料帶動(dòng)產(chǎn)生彎曲的，因此振膜的外形幾乎沒(méi)有限制；而動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的振膜或紙盆通常都是圓形或者橢圓形的，這樣常會(huì)限制產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)。所有的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器都必須有一個(gè)磁鐵以驅(qū)動(dòng)音圈，這樣就增加了揚(yáng)聲器的總體高度及重量。但是陶瓷壓電揚(yáng)聲器卻無(wú)需磁鐵驅(qū)動(dòng)，這樣就可以達(dá)到一種很薄的外形從而降低終端產(chǎn)品的高度。面對(duì)設(shè)計(jì)小巧的手機(jī)和越來(lái)越薄的電腦，動(dòng)圈式揚(yáng)聲器成為制造商能否生產(chǎn)出超薄產(chǎn)品的制約因素。陶瓷壓電揚(yáng)聲器能以超薄、緊湊的封裝提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的聲壓電平；具有取代傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的巨大潛力。陶瓷壓電和動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的主要區(qū)別如表下所示：揚(yáng)聲器類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)陶瓷壓電揚(yáng)聲器超薄外形，嚴(yán)格的制造公差，所需聲腔很小，效率高，散熱好，壽命長(zhǎng)，無(wú)磁場(chǎng)，無(wú)電磁輻射需要高壓才能驅(qū)動(dòng)，低頻響應(yīng)不是很好，容性負(fù)載動(dòng)圈式揚(yáng)聲器技術(shù)成熟，成本低，頻率響應(yīng)很好尺寸較大，制造公差寬松，所需聲腔較大，效率低驅(qū)動(dòng)陶瓷壓電揚(yáng)聲器的放大器電路有與驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器不同的輸出驅(qū)動(dòng)要求。陶平板揚(yáng)聲器特點(diǎn)分析：本次設(shè)計(jì)的平板揚(yáng)聲器具有體型薄、外形隨意、指向性非常好、聲音衰減較小、保真度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、不易破損及無(wú)磁干擾等特點(diǎn)。（1）體型薄。該揚(yáng)聲器中使用了平面的發(fā)音盤，故揚(yáng)聲器可做得很薄，它的厚度主要由磁路結(jié)構(gòu)與發(fā)音盤振動(dòng)所需的空間決定。（2）外形設(shè)計(jì)隨意。在該揚(yáng)聲器中，只要將磁通完全穿過(guò)發(fā)音盤的中心孔，對(duì)磁路的形狀沒(méi)有要求，發(fā)音盤不一定非要圓形，它們均可根據(jù)美學(xué)與機(jī)械要求設(shè)計(jì)成任意形狀，發(fā)音盤的表面便是各種藝術(shù)繪畫作器的最佳居所。（3）指向性非常好。一般用傳統(tǒng)喇叭構(gòu)成的音箱，指向性很差，你必須站在音箱的前面，才能聽(tīng)到較完美的聲音，特別是高音的部分；而如果你站在音箱的側(cè)面，可能有些背景或伴奏聲音就聽(tīng)不到了；如果你站在音箱的背面，可能那甜美的歌聲，已經(jīng)變成了不愿意欣賞的聲音了。而平板式音箱卻沒(méi)有上述的問(wèn)題存在，無(wú)論你站在任何位置，都能欣賞到完整、真實(shí)的聲音。（4）聲音衰減較小。傳統(tǒng)的音箱，當(dāng)你靠得太近會(huì)發(fā)現(xiàn)聲音很大，而距離稍遠(yuǎn)時(shí)，你又覺(jué)得聲音小了許多。而平板式揚(yáng)聲器沒(méi)有以上問(wèn)題，無(wú)論你是在近距離還是稍遠(yuǎn)距離，所聽(tīng)到的聲音大小并沒(méi)有太大的差異。（5）聲音的保真度較高。一般傳統(tǒng)的喇叭，它的形狀為圓錐形，當(dāng)它振動(dòng)發(fā)出聲音時(shí)，往往將聲音集中在喉部，經(jīng)過(guò)壓縮，再傳播出來(lái)，而人們所聽(tīng)到的聲音，是經(jīng)過(guò)壓縮而變形的聲音。平板式喇叭就不會(huì)有上述問(wèn)題，只因?yàn)槿藗兟?tīng)太多變形的聲音，所以一旦接觸到平板式音響時(shí)，開(kāi)始聆聽(tīng)時(shí)會(huì)覺(jué)得它很平凡，隨后卻往往被它自然的表現(xiàn)而深深吸引。（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、不易破損。該揚(yáng)聲器中磁路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各部分配合精度要求不高，音圈、磁路、發(fā)音盤可由產(chǎn)家做好后由普通用戶自行安裝。由于發(fā)音盤使用了多個(gè)導(dǎo)電環(huán)驅(qū)動(dòng)方式，即使某部分導(dǎo)電環(huán)損壞，其它環(huán)仍可正常工作，不會(huì)對(duì)揚(yáng)聲器產(chǎn)生致命的影響。而傳統(tǒng)的音圈驅(qū)動(dòng)方式，一旦音圈燒壞，就不能再繼續(xù)使用。設(shè)計(jì)總結(jié)1、遇到的問(wèn)題在固體膠固定紙盤時(shí)，由于沒(méi)完全固定好，導(dǎo)致聲音很沙啞，這是由于壓電片與振膜的摩擦產(chǎn)生的雜音解決方法：我們把紙盤的周圍再加上固體膠之后，聲音就沒(méi)那么沙啞了。2、遇到的問(wèn)題：剛開(kāi)始我們接了音頻線之后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有聲音，檢查電路和聲量之后發(fā)現(xiàn)沒(méi)問(wèn)題，后來(lái)經(jīng)過(guò)萬(wàn)能表測(cè)試發(fā)現(xiàn)變壓器輸入端電壓正常，但是輸出端電壓值很少，我們意識(shí)到是變壓器接反了。這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)原來(lái)變壓器上面是分別有4和3個(gè)缺口，標(biāo)示著升降壓方向。解決方法：弄明白了原理之后，我們小心翼翼地把變壓器重新取出，按正確方向安裝好，之后經(jīng)過(guò)測(cè)試符合要求，在這過(guò)程中我們也學(xué)到了很多東西；3、制作過(guò)程：經(jīng)過(guò)討論，我們統(tǒng)一決定用兩個(gè)壓電片，然后通過(guò)不斷得測(cè)試，根據(jù)聲音的美妙程度將壓電片組合放在適合的位置，在這過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩壓電片的中心距離為紙盤圓直徑的三分之一時(shí)，兩壓電片在紙盤上的共振效果最好，聲音很有磁力；4、制作過(guò)程：又經(jīng)過(guò)一次討論，我們統(tǒng)一決定把揚(yáng)聲器的外形做成一個(gè)照片框，經(jīng)測(cè)試，在紙盤表面蓋一張紙，聲音不會(huì)受到太大影響，所以當(dāng)照片蓋在紙盤上時(shí)，聲音應(yīng)該不會(huì)受到太大影響，再者照片框形的外殼也省材料，經(jīng)過(guò)分工切材料，照片框的外殼終于完成了，再由小組共同合作將固體膠涂在揚(yáng)聲器的電路板，再將電路板固定在底板上；并將壓電片固定在照片框的背面，在這過(guò)程中，經(jīng)過(guò)小組成員的特別提醒，我們特別的將3.5mm的音頻輸入端插口稍微移出底板的邊緣，以便3.5mm三星音頻能順利插在插口上；最后經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路板在插插頭時(shí)的力作用下可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)位變動(dòng)，于是我們將一小段固溶膠安放在電路板的尾部以便起到固定作用。5、焊接步驟及注意事項(xiàng)按元件清單清點(diǎn)所有元件，分類擺放以便于拿取。用萬(wàn)用表檢測(cè)，如有壞損的請(qǐng)選出來(lái)更換。②對(duì)照原理圖元件清單安裝元件，參照電路板元件符號(hào)確定元件的安裝方向、高度。注意：電解電容的極性，電解電容應(yīng)緊貼線路板，按絲印方向安裝以免影響封蓋。盡量把元件上的字符朝向一致，置于易觀察的位置，以利于檢查。③焊接元件要快、時(shí)間要短，用錫量要適量，避免拖錫而造成短路。④焊接元件先小后大，分類分批焊接完成后，剪去過(guò)長(zhǎng)引腳，檢查所有焊點(diǎn)有無(wú)虛焊及漏焊。⑤確定好各元件的位置后，先焊接電容器，再焊接功放輸出端、3.5mm輸入端，最后焊接變壓器；⑥用熱熔膠將電路板固定在底板上，并在尾部用熱熔膠棒固定。注意事項(xiàng)1、清單清點(diǎn)元件數(shù)量，檢測(cè)元件是否完好。2、向電路板安放元器件時(shí)注意元件大小、層次、安裝方式。3、注意虛焊、漏焊、焊點(diǎn)短路、剪腳長(zhǎng)度及毛刺等問(wèn)題。4、注意區(qū)分變壓器安裝方向，以免接反。5、要注意不要將熱熔膠碰到導(dǎo)線和排線。6、塑料面板的詳細(xì)制作過(guò)程1、在面板中央適當(dāng)位置畫出一個(gè)正八邊形，注意正八邊形比原先設(shè)計(jì)好的振膜形狀稍微小一點(diǎn)，畫好輪廓線后用刮刀在沿著輪廓線在板的正反面分別用力刮五下左右，再將中間八邊形面板小心翼翼地掰下來(lái)，這樣面板的基本形狀就做好了；2、根據(jù)面板中間鏤空的八邊形大小裁出適當(dāng)大小的振膜紙板；3、最后用固溶膠把紙板粘在塑料板上，注意紙板與塑料板要嚴(yán)格密封好，防止聲音失真；7、過(guò)程總結(jié)我們對(duì)這次物理實(shí)驗(yàn)作品設(shè)計(jì)感觸頗深。這次是直接按照?qǐng)D紙進(jìn)行焊接工作，可以說(shuō)是獨(dú)立完成，是對(duì)我們基本能力的考驗(yàn)，焊接過(guò)程姑且不計(jì)，有幸一次性成功；平板揚(yáng)聲器工作狀態(tài)非常理想，音質(zhì)很棒，不過(guò)有個(gè)小遺憾就是需要輸入功率比較大時(shí)才能發(fā)聲，可能我們的電路設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，電路元件都是老師發(fā)的，我們想用最少的硬件最簡(jiǎn)單的電路做出最實(shí)惠的產(chǎn)品。此次課程設(shè)計(jì)拓寬了我的認(rèn)知面，在原來(lái)的基礎(chǔ)上又認(rèn)識(shí)并掌握了一些元器件的使用，自己的焊接技術(shù)也得到了鍛煉，很享受這樣的過(guò)程，從中學(xué)到了很多，并且提高了自己的動(dòng)手能力。感謝老師這幾個(gè)星期的辛苦付出，很期待物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芤赃@樣的形式進(jìn)行下去。頻譜測(cè)試軟件介紹：AdobeAudition是一個(gè)專業(yè)音頻編輯和混合環(huán)境，專為在照相室、廣播設(shè)備和后期制作設(shè)備方面工作的音頻和視頻專業(yè)人員設(shè)計(jì)，可提供先進(jìn)的音頻混合、編輯、控制和效果處理功能。AdobeAudition是一個(gè)完善的多聲道錄音室，可提供靈活的工作流程并且使用簡(jiǎn)便。無(wú)論您是要錄制音樂(lè)、無(wú)線電廣播，還是為錄像配音，AdobeAudition中的恰到好處的工具均可為您提供充足動(dòng)力，以創(chuàng)造可能的最高質(zhì)量的豐富、細(xì)微音響。本揚(yáng)聲器采用此軟件對(duì)揚(yáng)聲器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試并分析。揚(yáng)聲器的頻譜分析系統(tǒng)：平板揚(yáng)聲器的頻譜分析曲線圖：對(duì)頻譜曲線進(jìn)行線性查看后的圖：下圖為頻譜圖中的某一段曲線，該曲線表明當(dāng)頻率在300Hz-14000Hz區(qū)間內(nèi)聲響較為平穩(wěn)，說(shuō)明該揚(yáng)聲器測(cè)試頻率為300Hz-14000Hz范圍內(nèi)的聲音效果較好，即為該揚(yáng)聲器適合測(cè)試頻率在300-14000Hz的聲音。下圖紅線表示原聲的譜線圖，藍(lán)線是揚(yáng)聲器測(cè)試出來(lái)的譜線圖，兩者對(duì)比說(shuō)明當(dāng)聲音頻率在14000Hz