微电声--微型扬声器标准设计规则(2010)

Φci = Φci－2×(0.10~0.30)mm, Φei= Φco＋2×(0.10~0.30)mm,
且(Φci－ Φci)－(Φei－ Φco)=0~0.05mm, 以保证音圈胶层远离极芯片, 提高 量产时的纯音合格率! • 振膜edge(外R)及dome(球顶)的高度: 这是振膜设计中的两个关键性尺寸, 材质 一定的前提下, edge(外R)高度直接影响谐振点, 在0.30~0.50mm的范内, edge(外 R)高度越大,谐振点也越高; 当edge(外R)高度高于0.50mm时, 存在着相反的趋势.
绝对不允许d2, d3, d4中任一尺寸<0.30mm!
★正因为存在上述较多的设计约束性, 所以我们在实际振膜设计中, 除了改变
edge(外R)及球顶高度, 还常常通过edge及dome上的放射筋的设置,选用不同振 膜材质及厚度来调节谐振点及球顶强度. 本规则仅对对振膜的径向及轴向尺寸设计作出一定的标准化规定, 对振膜面内 设计(如筋的数量, 角度, 宽度, 深度等)及多元曲面设计, 未给出定量的规定, 我们建 议通过实际声学试验来探求最适合用户需求的设计方案.
微电声标准化结构设计规则 --- 微型动圈式扬声器
联创宏声电子有限公司深圳研发中心
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目录
• • • • • • 微型动圈式扬声器的基本构成 标准化结构设计—功能性尺寸的总体描述(1)、(2)、(3) 标准化结构设计—磁路设计 标准化结构设计—振动系统及上振动空间、径向振动空间设计 标准化结构设计—支架及下振动空间设计 标准化结构设计— 设计流程
★从工艺可操作性, 在线合格率,及产品的声压级等方面综合考虑,
本规则按下表对应关系推荐相应的设计优先度,并按以下确定相应的 d5设计值.(详见下表)
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机械结构标准化设计—磁路设计Baidu Nhomakorabea
磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系
•d6:音圈底面与磁罩底面之间距;
•d7:磁罩压圈底面轴向包塑厚度; •d8:PCB粘合面塑料厚度; •d9:PCB粘合面与磁罩底端之间距;
•d10:PCB面与磁罩底端之间距;
•d11:极芯片厚度; •d12磁钢厚度.
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标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(3)
1.1 Φm与Φp之约束关系: Φp－ Φm＝2×(0.05~0.10)mm, 目的:减少漏磁,提高磁间隙的磁感应强度B,并可适当降低THD.
1.2 磁间隙距离(Φso-Φp)/2有三种选择,分别是0.50mm, 0.60mm及
0.70mm.其它条件不变的前提下,磁间隙距离越小, B值越大, 相应的声 压级越高,但相应的纯音不良的概率也会增高!
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微型动圈式扬声器的基本构成
前盖(Front grid) 振膜(Diaphragm)
支架组合(Housing assembly) 接线板(PCB)
防尘网(Dustproof screen)
极芯片(Pole plate)
磁钢(Magnet) 磁罩(Outer pole shoe)
其它轴向/径向尺寸
•de:振膜外R高度; •dd:振膜球顶高度; •dpcb: PCB厚度; •dmg:音圈伸入磁间隙之长度; •dc-s:音圈外壁与磁罩内壁之径向间距; •dc-p:音圈内壁与极芯片之径向间距.
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标准化结构设计—磁路设计 1. 磁路设计
3.4 支架尾端转角处的强度: 必须遵循d7>0.50mm, 否则应考虑加上加强型二台
阶, 如下图所示:
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机械结构标准化设计—支架及下振动空间设计
3.5 支架尾端包塑厚度d1≥0.30mm, 否则会产生缺塑; 3.6 下振动空间设计: • d5: 对音圈档与振膜粘结档共面的振膜而言, 下振动空间首先通过d5的设计来保 证, 详见表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》; 对音圈档高于振膜粘 结档的振膜,表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》中给出的d5值中可 以减去音圈档高出振膜粘结档的尺寸,作为音膜台阶相对于磁回路平面的高度的设 计值; • 正如2.1中所述的, 下振动空间的另一个重要的设计值是音圈的打底距离 d6≥0.60mm, 这个数值已经将音圈高度的偏差, 振动系统的自重所引起的局部 下垂等都考虑了进去; 3.7 背通气孔: 本规则暂不推荐具体的定量设计值, 只要求孔的分布尽量对称于横 轴和纵轴,以降低THD(低频).
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• 适用范围 本规则适用于直径13~20mm, 或长轴20mm以下的微型动 圈式扬声器的标准化结构设计; • 版本及修订 本规则的初始版本为2010A, 修改状态为00; 随着微电声技 术及工艺的不断提高, 本规则将不断地予以修正及补充;
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机械结构标准化设计—磁路设计
1.3 磁罩壁厚及极芯片厚度的选择 掌握两个原则: • 作为导磁体的两个核心部件, 设计时必须考虑选用具有良好的导磁性能的低碳钢 (含碳量0.1%~0.6%, 如08F),含碳量越低,导磁性越好,磁阻越小,同等条件下的B值越 高,声压级也越高; • 材料厚度的选择上,只要产品的高度允许, 宁厚勿薄,以利于磁动势的充分发挥.一般 地,以δ0.40mm~0.60mm为最常用的厚度选用范围,且磁罩与极芯片的厚度尽可能 相等. 1.4 磁钢的径高比η=Φm/d12=6.0~7.0为最佳,最利于磁动势/磁能积的充分保证. 1.5 磁动势/磁能积越大,同等条件下的B值越大,声压级也越高;而磁动势/磁能积的大 小除与磁钢的几何大小成正比(非线性)外,还与磁钢的牌号等级成正比, 通常选用 N38及N48两种,但N48的成本较高.
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机械结构标准化设计 --振动系统及上振动空间、径向振动空间设计
2.振动系统及上振动空间、径向振动空间设计
2.1 音圈内径Φci确定时必须要充分考虑以下几个相关联的设计参数: • 磁钢直径Φm: Φci越大,相应地磁钢直径Φm也越大, 声压级的设计值也越高;
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机械结构标准化设计 --振动系统及上振动空间、径向振动空间设计
现有的绕线夹具的系列规格为:
Φ2系列: Φ1.9, Φ2.1, Φ3系列: Φ3.1, Φ3.5, Φ4系列: Φ4.1, Φ4.25, Φ5系列: Φ5,1, Φ5.3, Φ5.5, Φ5.7, Φ6系列: Φ6, Φ6.1, Φ6.2, Φ6.28, Φ7系列: Φ7, Φ7.2, Φ7.3 ,Φ7.4, Φ8系列: Φ8.2, Φ8.3, Φ8.5, Φ8.7, Φ8.8, Φ9系列: Φ9.3,
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机械结构标准化设计 --振动系统及上振动空间、径向振动空间设计
dome(球顶)高度的设计以振膜振动时不产生塌陷为前提,材质一定的前提下, 球顶 高度越高, 球顶强度就越大. • 上振动空间的约束关系: 1) Min.(d2, d4)≥0.40mm, 优先度:1 2) Min.(d2, d3)≥0.40mm, 且d4 ≥0.30mm,优先度:2 3) Min.(d2, d3)≥0.35mm, 且d4 ≥0.30mm,优先度:3
2.2 振膜及上振动空间的设计 • 振膜外径Φdo: 产品的外径Φ1一定的条件下, 对振膜的外径按下述算式给出设计 值: Φdo= Φ1－2×(0.05~0.10) mm, 并取 0/-0.05的公差. • 振膜音圈档外径Φei及振膜音圈档内径Φd的确定: 根据Φci及Φco, 按下述算式 给出设计值:
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机械结构标准化设计—支架及下振动空间设计
3. 支架及下振动空间设计
3.1支架的盆口厚度Φ0－Φ1=(0.25~0.50)mm, 通常取0.30mm, 此尺寸若过大, 会减小振膜edge的有效辐射面积, 不利于降低谐振点;若过小, 会影响支架的盆口 强度, 甚至影响振膜的安装精度; 3.2 支架振膜台阶档内径Φ2=Φ1－2×0.50mm; 3.3 PCB粘合面塑料厚度d8: 不得小于0.50mm, 否则支架强度不够; 同时, 还须满 足: d9－dpcb≥0.9mm, 以避免焊点超出磁罩底面;
•Φsi:磁罩内径;
•Φso:磁罩下端外径; •Φdo:振膜外径; •Φi:振膜edge的外径;
•d1:支架尾端包塑厚度.
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标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(2)
轴向尺寸
•d2:振膜外R最高点与前盖内壁之间距; •d3:振膜球顶与前盖中孔边之间距; •d4:振膜球顶最高点与前盖内壁之间距; •d5:振膜音圈档与磁回路平面之间距;
• 音圈高度: 同等线径,Φci越小, 音圈高度会越大, 故Φci的取值必须要考虑满足 d6≥0.60mm,避免音圈打底; 且音圈与极芯片的轴向中心线尽可能重叠,底线是 dmg≥1.5*d11,以保证磁性能的充分发挥;
• 谐振频率: 同一产品,Φci越大, 相应地谐振频率会越高,因此要想得到一个较高的 声压级,同时谐振频率相对较低, 必须仔细权衡Φci的取值; • 径向振动空间, 即音圈与磁路的间隙dc-s, dc-p:确定Φci时要充分保证dc-s, dc-p, 具体这两个设计值的选择参照表《磁间隙距离与d5,dc-s, dc-p之间的对应关系》; • 标准化的绕线夹具: 确定Φci时还须尽量考虑通用现有的绕线夹具, 现有的绕线 夹具的尺寸系列见下页.
磁间隙距离 (mm) 0.50 d5 (mm) ≥ 0.40 ≥ 0.45 ≥ 0.50 ≥ 0.40 ≥ 0.45 ≥ 0.50 ≥ 0.40 ≥ 0.45 ≥ 0.50 dc-s (mm) 0.15 0.15 0.15 0.20 0.20 0.20 0.25 0.25 0.25 dc-p (mm) 0.20 0.20 0.20 0.25 0.25 0.25 0.30 0.30 0.30
音圈(Voice coil)
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标准化结构设计--功能性尺寸的总体描述(1)
径向尺寸
•Φ0:产品外径; •Φ1: 支架振膜台阶档外径; •Φ2:支架振膜台阶档内径; •Φ3:支架尾端直径; •Φei:振膜音圈档外径; •Φd:振膜音圈档内径; •Φm:磁钢外径; •Φp:极芯片外径; •Φci:音圈内径; •Φco:音圈外径;
预计量产 纯音合格率(0.5W) 设计优先选择 (数值越小越优先)
0.60
0.70
50~60% 60~70% 70 ~85% 70~85% 80~95% 85~95% 80~90% 85~95% >90%
5 4 3 4 2 1 4 3 2
备注: 1)以上数据以Φ0.05线绕成2层音圈为假设,若音圈参数不同,可同样按上述四个设计 参数的要求来转换; 2)表中d5值的确定依据是基于8Ω音圈最大馈入功率(1W)下的振膜的最大振幅(仿真 结果是0.30mm)乘以1.5倍保险系数而给出的, 此保险系数中包含了因音圈加音圈胶 的自重所引起的原定振动空间的减少(约0.05mm)及音圈胶层厚度所引起的原定振动 空间的减少(0.10mm).
Φ10系列: Φ10.30, Φ10.4,
Φ11系列: Φ11.3, Φ11.8, Φ13系列: Φ13.2, Φ13.28, Φ13.4, Φ13.6, Φ16以上系列: Φ17.4, Φ17.6, Φ19
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机械结构标准化设计 --振动系统及上振动空间、径向振动空间设计