汽车扬声器设计的基本方法
随着汽车工业的快速发展，人们对汽车音响的要求越来越高。用于汽车上的扬声器，由于使用条件的变化；（高速运动的汽车上，封闭的空间）对扬声器提出了一些新要求，相应地在设计结构上也带来一些新变化。
一、对汽车扬声器的要求
1、具有家用高保真扬声器同样的音质；
2、具有汽车所能接收的较小体积、薄型、小型化。
3、具有防护面罩，可靠性要好；耐高温、防震、防尘、防潮阻燃。
4、具有互换性，安装便捷。
5、汽车用扬声器的指向性，要配合扬声器安装位置；来达到满意的结果。
二、汽车扬声器的特点
汽车内是一个特殊的声场，和一般家庭听音声场相比，其面积和体积较小；总的来说有以下特点。
1、扬声器在车内安装，由于助手席和驾驶席的关系，听音位置并不对称。
2、在车内有的扬声器安装在后车箱中，造成声音从后面传来。
3、汽车内声学条件也与一般房间不同。
提及扬声器的设计，在过去的主要方法是在理论指导下凭籍扬声器工作经验而设计。目前，计算机的设计广泛应用，各种扬声器软件；供设计者选用。在实际上还有一种，选配式设计方法，由于扬声器部件的种类，品种、规格充足和多样，设计者可根倨用户的要求，适当地选配；相应地调整。
扬声器的设计方案还取决于对扬声器的要求，及它的用途和使用场合。它具体体现在一些技术指标和要求之中，在扬声器的设计中应考虑解决如下问题。
1、扬声器的类型；
2、扬声器的口径，有效辐射面积、高度。
3、扬声器音圈口径，材料、圈数。
4、扬声器振膜的几何形状；
5、扬声器振膜的弹性模量，密度、内阻尼。
6、振膜折环的材料与形状；
7、扬声器磁路结构和性质；
8、扬声器结构及其他部件的选定；
9、扬声器音质特的保证；
10、扬声器的工艺选定，生产管理，质量保证。
三、参考同类产品的开发经验制定初始设计方案
设计和制造一个理想的扬声器，这是销费者、扬声器制造者、设计者，共同关心的问题。在进行产品设计时，首先要把顾客的要求放在首位，根据客户要求制订设计目标，使开发的产品，均能满足顾客要求。通过用户装车，经过道路试验各项性能指标符合《汽车扬声器技术条件》。
（一）磁路的设计方法
1、设计的依据和要求
磁路设计大致有以下几个要点
①分析设计要求。预先确定本磁路的用途，对磁性能的要求，对使用环境的要求，结构上的要求，价格的要求以及其他的要求。
②确定磁路结构。根据磁路设计的种种要求，凭借设计者的经验，就可以大体确定磁路的结构。
③设计计算。设计计算包括未定的几何尺寸，以及要求的其他未定磁路指标。
④验证测试。这是大多数设计所必须的，从实际组成磁路，测试来验证设计的正确性，修改设计之不足。
磁性材料应用极为广泛是由于
1节约能源，永磁体长期使用过程中不在另外消耗能源。
2无往不在，磁力线能穿透一切（超导体除外）物质。
3联系面广。磁场与众多的物理现象皆有密切关系。
2、磁路的选择
对于扬声器的磁路选择，首先是磁性材料的选择，即选择铁氧体、钕铁硼、铁镍钴等。其次是磁路形式的选择；外磁式或内磁式。
选择的重要因素是要和使用相结合。如：飞机用扬声器，宜用质量小的钕铁硼磁路，电视机用扬声器，宜用屏蔽式磁路或双磁路。总的要考虑以下因素：
1扬声器使用目的；
2使用环境；
3扬声器的成本控制；
4设计者经验与可用资源；
5非常规的特殊要求；
3、磁体外径、厚度、材质的选择
磁体外径的选择要考虑安装尺寸，承受功率，成本高低，音质和性能的要求。
扬声器标称功率同磁体外径有一个大致关系，当然这些只是一种参考，并不是绝对的。见下表
表1、磁体外径、导磁板厚度与标称功率的关系
额定功率/W1010~353550100
磁体外径/mm32~4550~7080100220
导磁上板厚/mm34~56810
（二）、盆架的选择与计算
扬声器盆架相当于扬声器的固架，是扬声器的辅助系统，支持系统；它支持扬声器振膜、音圈、定心支片振动系统，连接磁路系统，还是输入焊片的支点，同时也是与箱体连接的界面。作为支撑盆架应是牢固可靠的，通常要求盆架不变形，有足够的刚性。当音圈、振膜激烈振动时，它却不为所动。盆架还要做成空透的，让声波自由通过。但有的中频扬声器盆架例外。
盆架的材料有铁、铝、聚碳酸酯。铁板制成的盆架最多，大多数用酸洗薄钢板冲压而成，厚度0.4~1.2mm。
（三）扬声器振膜（纸盆）的设计及选用
扬声器种类很多，要求在大同之下又各有不同。电动式扬声器，当外加音频信号时，音圈推动振膜振动。这个振膜我国过去称它为纸盆。目前虽然纸浆制做振膜仍是主流，但是出现了不少新型非纸材料，在称为纸盆已不能概括全部，所以统称为振膜。
1、对扬声器振膜物理性能的主要要求是：
①弹性模量要足够大，要有足够的刚性和机械强度。
②密度要足够小，
③要求有适当的内部阻尼。
2、振膜的形状
振膜的形状可分为平板形振膜和锥形振膜。锥形振膜又分为园锥形振膜，椭园锥形振膜
以及准椭园等。园锥形振膜按其截面形状可分为：直线式振膜、指数线振膜，抛物线振膜。不同的截面曲线，其频率响应曲线不一致，音质也会有所不同。过去这种认识是长期经验的积累。现在利用有限元法和电子计算机，我们可以得出三种截面的振动模式。
3、扬声器振膜的折环
折环在扬声器振膜中是不可缺少的，它具有以下作用
①折环支持和保持振膜的振动，使振膜能沿轴向方向自由振动，却不能横向移动，它保持音圈也能在磁隙中轴向移动。
②折环和定心支片的顺性，共同构成扬声器的顺性，确定扬声器的谐振频率。
③折环本身具有阻尼，使谐振和反射都减小。
④折环还应有一定气密性，不然会有反相声波出现，造成短路。同时根据使用要求，来设计折环。
4、对折环的要求
①能使振膜在振动轴向的顺性大。
②使振膜在横方向刚性强，
③在尽可能大的振幅范围内，使驱动力与位移成线性关系。
④折环无谐振和反相振动，
⑤质量要尽量轻，
（四）扬声器定心支片的选择
在锥形扬声器中，振动系统的主要部件之一是定心支片。振动系统除了用振膜折环支持以外，在音圈和振膜的结合部位还需要定心支片支持，定心支片的作用与振膜折环相同，能像弹簧一样使振膜上下振动，而制止横向运动。由于磁隙很窄，音圈如横向移动，会触及导柱或导磁板将产生异常声，使扬声器无法工作。
1、定心支片的设计程序
①定心支片材料
众多天然纤维和化学纤维都曾用来制造定心支片，波纹状定心支片最普遍使用的材料是棉布，这是由于其价廉实用。实际采用的通常有60×60支纯棉白细布或33×33支纱纯棉漂白细平布。
②定心支片内径的确定
定心支片内径的选择主要取于音圈骨架的外径，在扬声器设计程序中一般都是先定音圈后选定心支片。
③定心支片外径的选择
定心支片的外径，受到盆架尺寸的限制，在确定时应考虑同盆架的粘接位置尺寸的配合。
④折环形状的确定
根据对顺性的要求，材料和加工条件，决定折环的形状。
⑤工艺参数的决定
工艺参数由热压时间、温度、相对密度等确定。
⑥验证
通过实际操作，试验、确认即能实际生产，又能满足扬声器要求。
（五）扬声器音圈的选择
音圈是扬声器振动系统的重要组成部分，可以说是扬声器的心脏。音圈的损坏将导致扬声器工作终结，音圈的性能会影响扬声器的声压频率特性，效率、失真，承受功率和寿命，瞬态特性、音质。承受功率使音圈不因过热而损坏。
1、对音圈导线材料的要求
要有较好的导电性能，要求质量比较小；要求有良好的工艺性和适当的价格。音圈要通
过音频电流，当然导电性能要求好，导电性能好的材料有银、铜、铝。
音圈质量与扬声器效率及高频性能有关，当mv=mc+ma时效率最高mv-音圈质量，mc-振膜质量，ma-空气附加质量，当mv过大时，会使扬声器高频性能下降，故一般不希望它太大。
2、音圈设计和工艺综合分析
音圈直径的选择有被动选择，主动选择与创造性选择。被动选择是指磁路尺寸或振膜尺寸大体已定，音圈直径别无选择。主动选择是根据扬声器承受的功率，功率愈大则扬声器音圈直径越大。除考虑它承受功率外，还要考虑到生产管理，音圈口径规格少，便于管理，大幅度降低成本，使用方便。
音圈骨架的选择的原则有耐热、自身强度、价格、质量与厚度。常用音圈骨架材料有牛皮纸、铝、聚酰亚胺，黄铜箔等。
3、确定音圈最大外径
音圈置于磁隙之中，按照均衡的理解，音圈应具于磁隙中央。
磁隙宽度=内磁隙+音圈厚度+外磁隙；对于两层音圈则；
音圈厚度=骨架厚+2×导线最大外径图（略）
4、计算音圈排线宽度
计算音圈排线宽度与最大振幅，磁路的关系，就音圈本身而言，当磁路已经设计完成并可算出音圈排线多宽时，扬声器振动不会出现级端情况，要保证扬声器在最大振幅A时，也不打底。B值是音圈下端的宽度，这是一个工艺宽度，留的过窄，导线容易脱掉，留的过宽浪费资源，可选定宽度为0.4~0.5mm。
排线宽=2C C=（G+F/2）-A-B图（略）
5、音圈圈数的计算
知道了音圈排线宽度，就可以求出音圈的圈数。
圈数=音圈排线宽/层数×导线最大外径
6、音圈与扬声器的额定功率
音圈应具有相当的热强度，也就是音圈在工作时，尽管由于电流通过会发热，但不会变形，黏合不会脱落，漆膜保持完好。扬声器的功率是选择使用扬声器的重要指标之一，在扬声器设计定型和生产定型时，要求扬声器在额定噪声功率输入下工作100h，这是一个严格的负责的要求，通过这个100h的试验，是可保证扬声器在正常状况下安全无误地工作。
（六）、焊片与接线架
在扬声器盆架上铆有接线架（或称接线板），接线架的作用如下：
1、与扬声器引线连接
2、作为扬声器的输入端与扬声器的输入设备连接。
3、标志扬声器的相位。
接线架由焊片、铆钉、绝缘垫片、接线片（纸板）组成。要求接线架焊片导电良好，接线片绝缘良好，铆钉铆接牢固。
（七）、引出线的选择
引出线是输入扬声器音频信号的通道，由于它附在振膜上，在扬声器工作时，将随振摸同步振动。引出线结构简单，价值不高，但却相当于扬声器大动脉，在选用时不可忽视。
1、对引出线的要求
①具有良好的导电性，
②具有与优异的耐折性，抗拉强度。
③具有稳定的可塑性，保持弯曲的形象，不会发散与其它部件相碰。
④具有良好的可焊性。
2、引出线的材料
引出线通常由铜导体，中心纤维构成，进行表面处理，表面被覆并按一定方式编织，绞合。
3、选用引出线注意事项
①根据扬声器的需求选择合适的引线，
②将选定的引出线装成扬声器进行高温、潮湿、低温、寿命试验合格方可选用。
③采用中性焊锡，
④焊接温度不宜过高，时间不宜过常。
4、引出线的检测
①线径：用千分尺，测厚仪检测。
②阻抗：用电桥测
③抗拉强度：用拉力测试仪，测引线拉断时强度，实际抗拉强度10N-160N。
④弯曲测试：用弯曲仪检测，弯曲测试直止引出线折断为止。弯曲试验次数为纯铜约10000次，锡铜约15000次。
（八）扬声器的防尘罩
防尘罩是扬声器振膜系统的一个小部件，它粘接在振膜中心处，防止灰尘进入磁隙，影响高频性能。
1、防尘罩的材料
防尘罩的材料有纸浆，布、筛绢、铝及各种合成材料，几乎所有振膜材料，定心支片材料可以制造防尘罩。
（九）压边的选择
压边在振膜折环外缘，并与之粘接。压边的作用使振膜粘接更加牢固。另一个作用是压边可以增加边缘
高度，也就是压边平面高于折环平面，当扬声器翻转时，保护折环不受压。
1、压边的材料
压边可用软木，塑料、橡胶、纸板制成，以纸板材料居多。压边形状紧紧追跟盆架形状，可圆可方，可分可合。
2、压边的外观检验
压边应无毛边，断面是否整齐，平面是否平整，颜是否一致。装成扬声器应进行高温、潮湿、低温、寿命试验应无开裂，变形、分层。
（十）扬声器的使用寿命和可靠性
扬声器作为一个工业产品，人们除了希望它性能优良，音质优美以外还要求它经久耐用，工作可靠。特别是使用在一些重要场合和恶劣环境时，扬声器的使用寿命和可靠性就显得尤为重要。在我国为了考核扬声器的工作寿命，通常给扬声器输入额定的功率的语音音乐信号，要求扬声器连续工作24h、48h、72h至以100h仍能正常工作。
（十一）、扬声器的技术和质量要求
1、性能要求
①额定噪声功率
②额定阻抗
③额定共振频率
④额定频率范围汽车音箱
⑤额定特性灵敏度≥87dB
声性能符合GB/T9396—1996的要求。
2、质量要求
安装尺寸及其它技术要求根据客户要求制定，见产品图纸。