音响系统中最重要的组成部分就是音箱(当然也包括耳机这种微型“音箱”),因为再好的音乐节目,如果没有音箱去播放出来,那也只是一个“哑巴”歌唱家,我们总不能靠眼睛去看嘴型去感受唱歌人唱的是什么吧?正是因为音箱中有扬声器的存在。今天和大家再细究一点,谈谈作为电磁转换驱动发声的扬声器单元——当中的“磁”。希望今天小灵搜集有关“磁”的资料能给大多数朋友作一次基本科普吧。
相信各位小时候都玩过吸铁石,方块的、圆柱形的、环形的、马蹄形的都有。这就是磁体,磁体应用非常广泛,电动机、硬盘等设备中都能找到磁体的存在。
扬声器更是不能缺少磁体。扬声器需要永磁体与音圈形成的电磁体产生作用力,达到驱动振膜工作的目的。因此磁体在扬声器当中扮演了一个重要的角色,永磁体如果与电磁体的作用力大,就能实现快速有力的控制振膜,因此需求更好的磁体材料总是扬声器设计师们所关注的。
铁氧体磁体
铁氧体磁体
铁氧体磁体是扬声器设计当中运用最为广泛的磁体,它的主要成分是三氧化二铁,并与其他金属氧化物[氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等]烧制而成,它的优点是来源广泛、成本低廉,不易退磁。但缺点也非常明显,磁密度太低!
稀土类磁体
钕铁硼磁体
随着材料科学的进步,稀土类磁体发展迅速,钕铁硼磁体正是稀土类磁体的一种,它具有极高的磁密度,可达铁氧体7-14倍。
高音单元的钕铁硼磁体强大的磁容量演示
入耳式耳机的钕铁硼磁体的磁力演示
利用高音扬声器和耳机扬声器中拆下的钕铁硼磁体,吸附金属工具,结果很直观,相信大家能对其“强大磁力”产生深刻印象。
居里温度
磁体有个特性,在加温到某个温度时,磁性会消失,这个温度被称作居里点或居里温度。通常情况下,钕铁硼的居里温度为320-380摄氏度,铁氧体则能达到450摄氏度左右,钕铁硼的居里温度更低一些,但用于扬声器设计当中,并没大问题。另外,磁体还有一个特性,在居里温度之前,有一段温度内会出现随着温度提升磁力下降的问题,不同磁体,温度值不同。
导磁元件
锥形扬声器的基本结构
导磁板
导磁柱,又叫T铁
想形成磁隙,光靠磁体本身是不足够的,因此需要借助导磁板、T铁等元器件来搭建磁隙。当这些导磁元件与磁体接触时,就会具有磁体特征,可以这么认为,导磁元件能与磁体形成新造型的磁体。
磁感线
磁感线演示器
初中课本中我们就接触过磁感线,又叫磁力线,用于描述磁场中各点的方向,这线并不真实存在,只是为了描述磁场的一种辅助线条。因为提及磁体,磁感线有必须温习一下,温习的关键点是,不同形状的磁体,磁感线形状亦是不同的。前面我们提到了“导磁元件能与磁体形成新造型的磁体”,也就意味着新造型的磁体磁感线已经被改变。
磁路设计
扬声器离不开永磁体,如果希望能合理的利用磁能,需要对磁力线进行调整,这种设计叫做磁路设计。
球顶扬声器的基本结构
上面两张经典扬声器结构图,在磁路形式上属于外磁式的设计,其磁感线会向外扩张,漏磁较大。
防磁罩
漏磁大会带来副作用。当磁场中有CRT电视机、显示器,会磁化这些设备,导致变色。后来普遍采用了加装防磁罩的设计。因为防磁罩的加入,又形成了“新造型的磁体”,其磁感线再次被改变,漏磁降低。
磁路设计相当复杂,其基本设计目标并不是以最大化利用磁能为目的,而是旨在建立一个均匀的磁场供音圈使用,让音圈在冲程的各个点上都尽可能的获得均匀的作用力。虽然现代的计算机已经能提供虚拟化设计,但实际设计当中还得依赖大量的实验来完成。