喇叭開發(fā)講座

1、1揚聲器設計和開發(fā)過程簡介揚聲器設計和開發(fā)過程簡介張老師 編講2產品實現過程簡述 產品實現過程 1. 產品實現是指：策劃、管理、設計及開發(fā),直至包括顧客批準在內的全部活動 2. 產品實現過程大致包括五個階段： 1).策劃策劃（確定設計輸入要求） 2).產品設計和開發(fā)產品設計和開發(fā) 3).過程設計和開發(fā)過程設計和開發(fā) 4).產品與過程確認產品與過程確認 5).批量生產批量生產（反饋、評定和糾正措施） 各階段之間沒有/也不可能存在著明顯的時間界限； 各階段、各分（學科）小組的工作應該/也必須是同步進行；3產品實現過程簡述4產品實現過程簡述 第一部分一部分 產品的設計和開發(fā)產品的設計和開發(fā)5產品實現

2、過程簡述階段 二 輸 入（策劃階段的輸出） 輸 出（設計責任部門的輸出）1.設計目標1.設計失效模式及后果分析(DFMEA)2.可靠性和質量目標2.可制造性和裝配設計3.初始材料清單（初始設計方案）3.設計驗證4.初始過程流程圖4.設計評審5.產品和過程特殊特性(初始清單)5.制造樣件控制計劃6.產品保證計劃6.工程圖樣(包括數學數據)7.管理者支持7.工程規(guī)范8.材料規(guī)范9.圖樣/規(guī)范更改6產品實現過程簡述一. 設計輸入1.1 顧客要求 某公司提出為其開發(fā)一款汽車音響系統(tǒng)用5”揚聲器，要求 是： 1）腰型孔 2）腰孔中心直徑 3）插片規(guī)格 4）揚聲器性能 應符合GB/T9396 諧振頻率 9

3、0 Hz 阻抗 4 靈敏度 91 dB 額定功率 30 W 頻率范圍 2020 KHz 外觀 插件上方應標出“+”和“-”標記 揚聲器主要性能測試方法7產品實現過程簡述1.2 確定具體的設計目標 通過QFD分析方法確定產品開發(fā)的重點及初始設計目標8產品實現過程簡述1.2.1確定初始產品規(guī)格（技術參數） 9產品實現過程簡述10產品實現過程簡述1.2.2 確定可靠性目標 根據GB/T9397的要求，在額定功率條件下連續(xù)負荷100小時無損壞。 滿足振動沖擊等使用/運輸性要求1.2.3確定環(huán)境適應性要求 例如： 耐高溫80，低溫 - 40 冷熱溫度交變 耐鹽霧試驗48小時 材料的環(huán)保要求11產品實現過

4、程簡述 1.3 顧客的特殊要求和產品特殊特性 1. 顧客指定的特殊特性 （本產品的顧客未明確指出） 2. 設計部門指定 (根據設計經驗和對產品使用的分 析） 1). 涉及安全、環(huán)保、 法令法規(guī)的產品要求一定是產品的特殊 特性。 2). 顧客的特殊要求不應僅僅理解為對產品特性、外觀、安裝等 方面的要求，還可能包括對技術(特性）、質量（如Cpk、 PPM）等管理方面的要求，甚至還會涉及民俗民情等方面的 要 求。 12產品實現過程簡述 （一個產品的初始特殊特性舉例）13產品實現過程簡述 1.4 分析顧客和產品的其他要求 ，特別是隱性的要求 我們還必須考慮由于各種原因顧客未提出的技術要求（例如掌握的專

5、業(yè)知識）,易于忽略的技術要求（例如環(huán)保、行業(yè)/顧客對象的使用習慣），乃至地區(qū)習俗等方面的要求（例如顏色造型）等。14產品實現過程簡述二 .初始設計方案 2.1 設計方案： 初步的設計構思和計算 可借鑒的歷史經驗、可類比/移用的 產品和零組件 零/組件材料清單 供應商的初步考慮 2.2 設計FMEA 2.3 設計評審三.初始過程（工藝）流程 初始過程方案：過程（工藝）流程圖 15產品實現過程簡述四. 設計驗證（確認）試驗計劃（DVP&R) 下表是一種設計驗證計劃格式舉例16產品實現過程簡述五.開發(fā)進度計劃（一種可能的開發(fā)計劃格式舉例GANTTE圖）17產品實現過程簡述 設計過程舉例18產品實現過

6、程簡述典型的揚聲器結構包括三大部分：1.磁路系統(tǒng)：T鐵、磁鋼、上蓋板2.振動系統(tǒng)：音圈、彈波、紙盆、防塵帽3. 其他部分：盆架、接線板、壓圈 T鐵鐵 磁鋼磁鋼上夾上夾板板 音圈音圈 盆架盆架 彈波彈波 紙紙盆盆 防塵防塵帽帽 接線板接線板 壓壓圈圈19產品實現過程簡述 設計評設計評審審1.磁路設計磁路設計2.音圈設計音圈設計3.紙盆設計紙盆設計4.彈波設計彈波設計5.其他結其他結構件設計構件設計設計評審設計評審模具制造模具制造樣件制造樣件制造設計確認設計確認設計調整設計調整設計驗設計驗證證設計方案設計方案設計設計DFMEDFMEA A設計輸入設計輸入20產品實現過程簡述（一）磁路設計 磁路設計

7、的目的在于：在滿足相關條件的約束下（如體積、漏磁、重量等方面），在給定的磁間隙中獲得所要求的磁通密度Bg。也就是說，磁路設計的任務就是根據設定的間隙和Bg值來確定磁路結構形式、磁鋼材料及尺寸，和導磁件的尺寸。 21產品實現過程簡述 1.1 幾種典型的磁路結構形式及主要特點外磁式磁路內磁式磁路結構簡單， 成本低漏磁小漏磁大，體積大結構復雜，成本高22產品實現過程簡述 1.2 磁鋼材料 常見的揚聲器磁鋼有鐵氧體磁鋼和金屬磁鋼兩大類，幾款典型的磁鋼材料性能見下表。種類Br(Gs)Hc(Oe)(BH)max(106GOe)鐵氧體磁鋼Y25380019203.2Y28390024203.5Y334200

8、24504.2金屬磁鋼A1NiCo-5DG125006505.5NdFeBN33114001200031N33H114001700031N33SH11400200003123產品實現過程簡述 1.3 磁路設計 （簡單電路 ） （ 揚聲器磁路） 相同點： 1.電源 電池 磁鋼 2.無用耗能 電阻 磁阻 3.能量利用 燈泡發(fā)亮 間隙磁通 不同點： 1.線路的通斷可由開關控制 磁路永遠是閉合的， 不存在開關的通斷控制 2.電路元件值可精確計算 磁路元件無法精確計算 和測量 和測量K KReRe燈泡燈泡RmRm 磁路間隙磁路間隙24產品實現過程簡述 磁路設計必須考慮到揚聲器性能（靈敏度、Qts 等）、

9、使用環(huán)境（溫度、外界對漏磁場要求等）、價格因素等條件約束。 磁路設計復雜、困難、結果多樣、不精確。 磁路設計方法有：計算機軟件設計、磁導法、圖表法等。 不管用什么方法設計的磁路，都必須進行調整、驗證25產品實現過程簡述 綜合考慮本設計案例揚聲器的要求，確定該磁路設計的基本要求為：A.磁路結構和材料選擇： 1. 鐵氧體磁鋼，外磁式磁路 2. 導磁件（T鐵、上夾板）材料為A3/Q235 3. T鐵直徑為25 氣隙高度（夾板厚度）為3mm 氣隙寬度為1.2mmB. 本磁路的設計目標是：間隙 Bg=9000gs. 26產品實現過程簡述1.3.1 理想磁路的基本計算公式： “理想磁路”：沒有漏磁，沒有磁

10、阻，磁鋼所產生的磁通100%均勻分布于磁間隙。 式中 Bd 磁鋼材料工作點的磁通密度 Am 磁鋼的橫截面積 Bg 空氣隙的磁通密度 Ag 空氣隙的面積 Hd 磁鋼材料工作點的磁場強度 Lm 磁鋼的厚度 Hg 空氣隙的磁場密度 Lg 空氣隙的寬度 27產品實現過程簡述1.3.2 引入漏磁磁阻和漏磁系數 Kf 磁阻系數 Kr， 對上述公式加以修正后即可得到實用的磁鋼計算公式： 式中 Kf 漏磁系數， 一般可取2.53.5 Kr 磁阻系數， 一般可取1.31.528產品實現過程簡述1.3.3 磁鋼材料1）常溫下磁鋼材料退磁曲線2）溫度對鐵氧體磁鋼性能的影響29產品實現過程簡述 例：下圖是某公司生產的

11、Y30鐵氧體磁鋼在常溫下實測 的退磁曲線和計算的在-20及60 時退磁曲線 30產品實現過程簡述 3）常溫下上述磁鋼材料理論工作點為 Bd = 2010 Gs Hd = 1780 Oe 考慮到溫度因素后的磁鋼材料工作點確定為 B= 2000 Gs H= 1500 Oe 4) 尺寸計算 假定磁鋼內徑為 32 mm 計算得磁鋼外徑 Dm= 71mm 磁鋼厚度 Lm= 8mm 最終確定本設計案例磁鋼尺寸規(guī)格為： 70 32 10 31產品實現過程簡述 1.3.4 其他導磁件尺寸 上夾板 64 64 27 27 3 3 下夾板 64 64 3 3 極 心 25 25 13.5 13.5 32產品實現過

12、程簡述（二）音圈設計 音圈，不僅是一個既可能會影響到揚聲器的聲壓頻率特性、聲壓級、阻抗和阻抗曲線、失真、瞬態(tài)特性等揚聲 器參數、音質等的零件，也是一個關系到揚聲器的功率和壽命的零件，所以有人把音圈比喻為揚聲器的心臟，一點 也不為過產品試驗中，許多揚聲器的損壞確實也往往是從音圈開始的。 音圈設計的先決條件是：由已知的揚聲器額定功率確定了音圈內徑，由已知揚聲器的額定阻抗確定了音圈的直 流電阻Re 。 音圈設計的任務是：根據揚聲器的技術要求來決定音圈線的種類，線徑，導線的長度、繞組圈數寬度、骨架 材料。 33產品實現過程簡述2.1 音圈直徑VS 揚聲器功率 音圈直徑的選取可綜合以下音圈直徑VS揚聲器

13、功率關系圖表及市場通用的直徑規(guī)格來確定。34產品實現過程簡述2.2 音圈導線材料 音圈導線材料直接與揚聲器的功率、阻抗、靈敏度等多項技術 參數指標有關。 常見的音圈導線材料有: 銅線電阻率小,強度好,易焊接,可用于各種揚聲器 鋁線電阻率大,強度差,不易焊接,但重量輕,大多用 于高音揚聲器 銅包鋁線綜合了銅和鋁線的優(yōu)點,但價格較高,一 般用于要求較高的揚聲器中。 為抑制音圈溫升，音圈需要有較大的熱容量。 從表 2.1可以看到 鋁線的比熱容量大，密度小，因此從道理上講鋁線應該是比較好 的音圈線材，但鋁線強度差、焊接困難，銅包鋁線焊接性能雖好 卻又價格太 貴，所以在實際使用中仍是以銅線為主。 35產

14、品實現過程簡述 表2。1 鋁、銅、銅包鋁線的物理機械性能特性 導體鋁銅銅包鋁 物理性質密度（20 g/cm3）2。708。893。63比熱容（20 j/g ）0。900。380。12熱膨脹系數（20 1/g ）241721。9熱傳導率（20 w/cm ）2。223。932。47體積電阻率（20cm ）2。741。722。48電阻溫度系數 /m 0。0040。0030。004機械性質機械強度107pa71122 2710 14拉伸率（）23 25 30 4525 3036產品實現過程簡述 2.3 音圈導線的膠層: LOCK-用于小功率及溫升不高的揚聲器(150) SV-用于功率較大或溫升較高的揚

15、聲器(150) 音圈的耐功率/耐溫度特性37產品實現過程簡述2。4 音圈繞組寬度形式選擇 設上夾板厚度為Tp,音圈寬度Tv, Tp和Tv相比有三種狀態(tài)：38產品實現過程簡述分 類優(yōu) 點缺 點用 途Tv Tp2X短音圈失真?。豢梢圆捎枚鄬永@線的辦法提高效率磁通利用效率低；磁路大而費用高；線徑細而承受功率低中高頻揚聲器、高音驅動器TvTv TpTp2X2X長音圈長音圈失真??；失真?。豢稍试S大振幅可允許大振幅（低（低f f0)；磁通利用率高；磁通利用率高；承受功率大承受功率大質量增加，效率低；質量增加，效率低；易產生失真易產生失真大功率、全頻帶大功率、全頻帶低頻揚聲器低頻揚聲器Tv1。2 Tp效率型

16、音圈效率可提高；振幅小時失真也小不適合大振幅中頻揚聲器TvTp振幅小時無問題，效率較高振幅大時失真也大 中高音揚聲器39產品實現過程簡述2.5 導線直徑確定 音圈線徑設計的經驗公式 式中 I 音圈線允許通過的電流：A/mm2 一般取 7090 Pe 功率： w Z 阻抗： So 導線面積: mm2 本設計案例取I為80， Pe=15， Z=4，計算得導線的直徑為0.17 40產品實現過程簡述2.6 音圈導線長度圈數計算 1) 0.17銅導線的線電阻率為875/KM 由設定的音圈直流電阻Re= 3.6 計算得導線長 L= 4.2 M 2) 由音圈內徑為25.5， 計算得音圈繞組圈數 N= 53

17、3）音圈繞組寬度估算 計算得繞組寬度約 Tv= 5.2mm Tv=（53+1)/2 0.19 （ 5.3/3=1.77） 41產品實現過程簡述2.7 音圈骨架材料: 本設計案例選用涂SV膠的鋁骨架?；静牧媳砻嫱磕z耐 溫牛皮紙LOCKMax 140SV180NOMEXSV200Al片SV200LOCK150KAPTONSV200TILSV20042產品實現過程簡述（三）振盆設計 揚聲器性能和音質的好壞均主要取決于振盆,它是揚聲器的關鍵零件。 振盆設計的任務在于決定振盆的形狀（包括邊緣部分形狀），材料及主要的參數（如重量，共振頻率/變位）。43產品實現過程簡述3.1 振盆材料: 對振盆錐體材料選

18、擇的基本要求是 （1）密度?。?（2）彈性模量高； （3）阻尼適當。 振盆錐體的材料很多，不管那種材料滿足上述三條中的一兩項要求可以，但要滿足全部三個條件則相當困難因為這三個條件本身就是矛盾的，例如質量小就難以剛性大，彈性模量高就難以阻尼大，因此我們在實際選用時只能著眼重點，其他兼而顧之。 揚聲器要求對振盆的要求揚聲器要求對振盆的要求較高的靈敏度質量?。芏刃。╊l響曲線均勻幾何形狀好，內阻尼適當低失真，線性好高剛性，高內阻尼可靠性耐熱、耐濕、阻燃防水、防霉寬頻帶高比彈性率（E/)幾何形狀好低價格易加工、取材方便粘結性好44產品實現過程簡述 振盆錐體的材料來源其實很為廣范,關鍵是配料和制造工藝。

19、纖維類植物性纖維木材纖維、韌皮纖維、海藻纖維、果毛動物性纖維羊毛、蠶絲動物性纖維人造纖維化學纖維 、玻璃纖維化學纖維編織、玻纖編織塑 料注塑、吸塑金 屬鋁合金、鋁鈦合金45產品實現過程簡述 幾種常見紙漿材料特性示例漿料名稱芬蘭漿 新西蘭漿瑞典漿廣州漿纖維平均直徑(mm)0.0370.0380.350.034纖維平均長度(mm)2.933.082.751.98楊氏模量(dyne/cm2)1.85 1010 1.86 1010 2.34 1010 1.47 1010 密度(g/cm3)0.850.750.840.54內部損耗（%）0.0270.0260.0270.04946產品實現過程簡述 3.2

20、 錐盆形狀: 下圖是振盆錐體部分幾種典型的形狀和可能的頻率響應趨 勢（示意），設計時可根據揚聲器的要求試驗確定。 揚聲器頻率響應的寬窄與振盆形狀、材料有關，也與振盆的加工工藝相關。一般說來，對于同一種材料和加工工藝，振 盆的半頂角/圓弧半徑越小，越有利于揚聲器高頻響應的拓寬。 拋物線形直線形弧形指數形dBF拋物線形形指數形弧形直線形47產品實現過程簡述 直線性振盆半頂角估算： 式中 fh 紙盆高頻截止頻率 本例: fh = 5000Hz E 紙盆頂部材料楊氏模量 E = 1.91010 t 紙盆頂部厚度 t = 0.35mm Mc 紙盆質量 Mc = 2g Mv 音圈質量 Mv = 0.5g

21、計算得紙盆半頂角=59 48產品實現過程簡述3.3 (盆邊)折環(huán)3.3.1 折環(huán)材料:盆邊是揚聲器振動系統(tǒng)的彈性元件之一, 對盆邊材料的基本要求是：（1）具有足夠的順性，即比較柔軟；（2）具有一定的阻尼；（3）具有穩(wěn)定性和可加工性（如粘接性能）；（4）加工后的穩(wěn)定性(形狀、厚度和硬度)。 49產品實現過程簡述3.3.2 幾種常見的折環(huán)材料（1）聚氨脂泡沫塑料：價廉、柔軟、線性比布料好、易染色；易吸 潮 下表是國內常用的JM-30泡沫塑料和 GB10802對其規(guī)定的幾項物理指標。項目指標項目指標密度(Kg/m3)3028撕裂強度(N/cm)2.513.3拉伸強渡(KPa)100172壓縮性能壓陷

22、25硬度 N95伸長率(%)180300壓陷65硬度 N180回彈率（%）4565 / 25壓陷比2.350產品實現過程簡述(2) 橡膠:具有良好的阻尼、順性和耐疲勞性；質量大。項目苯乙烯丁二烯橡膠丁腈橡膠異丁烯橡膠氯丁橡膠聚氨脂橡膠密度(g/cm3)0.930.970.921.101.25脆化溫度()-10-70-15-60-50-39硬度(HS)20100201001095109040100反彈性(%)40902565205030604090使用溫度()-5010-45120-40130-30150-3014051產品實現過程簡述(3) 布基橡膠：具有橡膠折環(huán)的優(yōu)點，且不太重。(4) 熱塑

23、性人造橡膠：具有良好的耐侯、耐臭氧、耐紫外線及高溫和沖擊性,抗疲勞性好、撕裂強度高、彈性好、耐化學溶劑、工作溫度范圍廣。項 目指 標硬度（HS-A或HS-D)40A90A, 40D50D密度(g/cm3)0.93 0.97抗拉強度(MPa)3.6 22斷裂率(%)308450抗撕裂長(kN/m)1.7 2.1脆化溫度()-60 -3052產品實現過程簡述3.3.3 折環(huán)順性計算經驗公式53產品實現過程簡述 C=(1-2)b3/Eh3(b+D)1 2式中 C 折環(huán)順性(m/N) h 折環(huán)厚度(m) E 材料的彈性模量(Pa) 帕松比(0.250.3) b 折環(huán)寬度(m) D 錐體的有效直徑(m)

24、 1 ，2 波紋的剖面形狀系數： 正弦波形時 1=4，而2與 H/L 比值有關 有人認為：對于單折環(huán)而言,折環(huán)寬度約為折環(huán)外徑的118， 折環(huán)高度：折環(huán)寬度7 ：8。H/L00.050.10.20.30.4211.52.63.43.74.254產品實現過程簡述 盆邊的形狀有多種多樣，如： 本例盆邊的形狀采用單個、向上、半圓園弧形泡沫塑料邊。55產品實現過程簡述3.4 本設計案例紙盆設計結果 重量：g 頻率：Hz/g(順性：mm/g)56產品實現過程簡述（四） 彈波設計 彈波在揚聲器中的主要作用是:1) 保持音圈在磁間隙中的正確位置；2）保證振動系統(tǒng)僅沿軸向振動；3）和音圈振盆共同決定揚聲器的共

25、振頻率。 對彈波的要求是： 垂直方向上順從性要好, 水平方向上擺動要小。 對材料的要求是: 穩(wěn)定性和耐久性要好(包括耐折和耐氣侯)，有適當的透氣性。 彈波設計的主要任務是決定彈波的材料、折環(huán)的形狀、尺寸和 變位。 57產品實現過程簡述4.1 幾種常用彈波材料主要優(yōu)缺點對比：材料優(yōu) 點缺 點C(100%棉布)柔順，價格便宜，膠接性 好耐濕性差，易疲 勞，彈性恢復性差PC(POLYESTER/棉布）強度大、耐疲勞、不易變形價格比棉布貴NC(NOMAX/ 棉布）強度和耐疲勞比PC好膠接性差，價格比棉布貴一倍NOMEX(CONEX）耐熱、阻燃、耐疲勞、防水，穩(wěn)定性好，彈性恢復性好膠接性差，價格最貴58

26、產品實現過程簡述 不同材料彈波特性的舉例59產品實現過程簡述 彈波材料對揚聲器諧振頻率的影響舉例60產品實現過程簡述4.2 彈波順性設計的經驗公式 C=（12）B2 Eh3(B+dk)12 式中：C 彈波順性(mN) 帕松比（0.250.3） B 折環(huán)寬度（m) E 材料彈性摸量（Nm) h 折環(huán)材料厚(m) dk 音圈外徑(m) 1 折環(huán)剖面形狀系數（見表4.1） 2 折環(huán)深度系數（見表4.2）61產品實現過程簡述 表4.1 表4.2折環(huán)剖面形狀平面形梯形鋸刺形正弦形1值1234H/L00.050.10.20.30.42值11.52.63.43.74.262產品實現過程簡述4.3 本設計案例

27、彈波的設計結果 變位：mm/g63產品實現過程簡述（五）其他零件設計（略） 提示：盆架的有效高、彈波有效高與紙盆有效高 和之間：如果有可能，彈波與紙盆間應留 有充分的距離：這一方面是可以改善揚聲 器的裝配工藝特性，同時也有利于保證揚 聲器的性能。64產品實現過程簡述（六）揚聲器高頻響應的擴展 1.同軸揚聲器 嚴格意義上來說，同軸揚聲器實際上是一款具有低/高音揚聲器（及分頻器）的復合式揚聲器系統(tǒng)。 65產品實現過程簡述 2. 擴展高頻響應通?？紤]的做法有：1) 采用合適形狀的振盆，例如指數形；2）盡量采用高彈性模量的振盆材料；3）盡量減輕振動系統(tǒng)的質量；4）極心加銅套；5）采用雙振盆。66產品實

28、現過程簡述 下圖是某揚聲器采用高音杯來擴展高頻的結果： 本設計案例采用雙振盆的方法來擴展高頻。67產品實現過程簡述 提示：不同錐盆形狀和材料固然會影響揚聲器的高頻響應，試驗表明采用不同骨架材料的音圈也可能會對揚聲器的高頻響應產生影響。 下圖是某揚聲器使用紙骨架和鋁骨架的測試結果對比：68產品實現過程簡述 （七）設計驗證 一.理論計算 7.1 頻率響應和靈敏度dB SPL 400Hz 1W 1m85.8969產品實現過程簡述7.2 揚聲器振幅7.2.1 揚聲器幅射的聲功率 式中 空氣密度 c 空氣中聲速 o 共振頻率 a 有效幅射半徑 o o時的振幅70產品實現過程簡述 7.2.2 揚聲器振幅的

29、計算 將上式進行整理得到揚聲器振幅的計算公式： 代入有關數據:設fo=80, =1%, a=0.052 ，計算得o輸入電功率（w）149101625計算位移（mm）（=1%）1.322.653.964.185.296.6171產品實現過程簡述 7.2.3 用振幅計算結果對設計的揚聲器結構尺寸進行驗證 1) 對磁鋼厚度的驗證防止音圈碰底 2）對音圈/紙盆/彈波結合部位到上夾板距離的驗證 防止彈波碰上夾板 注：上夾板與盆架打凸鉚裝結構的揚聲器還應考慮到鉚裝后 “凸”的露出高度72產品實現過程簡述本設計案例揚聲器振幅的計算值和最終實物測量值：輸入電功率（w）149101625計算位移（mm）（=1%

30、）1.322.653.964.185.296.61實測位移（mm）1.732.733.544.054.3773產品實現過程簡述 功率 VS 振幅 74產品實現過程簡述二. 試驗驗證 下表是本設計案例事先擬制的試驗驗證計劃75產品實現過程簡述 （八）樣品試制 DOE（試驗設計）和調整 DOE是一個或一系列的實驗：對潛在影響過程的變 量，按事先規(guī)定的設計矩陣系統(tǒng)的變化進行試驗，以確 定影響和相互作用。 在揚聲器設計時對影響產品性能零件的參數（磁路 性能，軟件參數）設計中難以設定在現有條件下， 計算的結果是難以致信的，因為不確定因素太多了 一般需采用 DOE方法才能最后確定。 例如，揚聲器設計中確定

31、紙盆的參數（頻率/順 性，重量）、彈波參數（變位）、紙盆順性與彈波順性 的分配等均可能需要用到DOE方法。 為了保證揚聲器的性能，試制中還可能多次對盆邊 的形狀與材料、盆錐材料及配比、盆錐生產工藝參數， 乃至模具的設計與修改等都可能會用到DOE方法。76產品實現過程簡述 一種可能的DOE試驗記錄表式舉例77產品實現過程簡述（九）設計確認試驗 設計確認試驗按照事先策劃好的設計驗證計劃進行，包括以下幾個方面的試驗內容： 0.音質評價 1.技術要求的符合性 2.可靠性試驗 3.環(huán)境適應性試驗 78產品實現過程簡述 9.1 技術要求的符合性 檢查是否符合顧客提出的要求 9.1.1 純音檢聽 9.1.2

32、 頻率響應、靈敏度、共振頻率與阻抗（曲線曲線）79產品實現過程簡述 9.1.3 失真頻率(z)351015201005.26.389.3102001.51.72.52.83.35003.42.62.32.21.910001.81.61.31.21.220002.72.42.42.62.750002.31.91.51.61.4100001.91.61.31.2180產品實現過程簡述 9.1.4 指向性 9.1.4.1指向性頻率響應：偏離參考軸不同角度時測得的一組頻響曲線 9.1.4.2指向性圖形：用轉臺在同一頻率下測出的以極坐標表示的靈敏度變化圖形揚聲器的指向性頻率響應5060708090401

33、002001000500020000頻率 （Hz)靈敏度 （dB)01530456081產品實現過程簡述 9.1.5 T-S參數測量結果:項目計算結果LMS測量結果Fo(Hz)8096.79Sd（m2)0.00850.0085SPLo(dB/400Hz)85.8987.84(%)0.383BL（TM）2.462.56Vas(l)6.4696.62Qes1.5711.517Qms2.4044.439Qts0.9501.1382產品實現過程簡述 9.2 可靠性試驗 可靠性試驗主要考察產品使用中的可靠程度，它可能包括： 耐久性（如功率負荷）試驗 最大功率試驗 模擬實際使用的試驗（如掃描振動） 模擬實

34、際運輸（如跌落)試驗83產品實現過程簡述 9.3 環(huán)境適應性試驗 環(huán)境試驗主要考察產品在不同使用環(huán)境下的可使用性，它可能包括： 高/低溫儲存 高/低溫負荷試驗 高/低溫冷熱交變試驗 組合溫濕度試驗 低氣壓試驗 鹽霧試驗 防水性試驗84產品實現過程簡述 9.4 音質評價 評價揚聲器的音質是否能滿足使用要求 評價方法：相對比較法/絕對評價法85產品實現過程簡述86產品實現過程簡述（十）對揚聲器振動系統(tǒng)最大位移Xmax的討論 問題的提出：XMAX不是揚聲器的技術指標，但它確實與揚聲器的多項技術參數/音質有關，例如有些顧客可能會提出類似如下圖 所示的低頻失真和功率壓縮的要求，這些都與XMAX有一定關系

35、。10.1 XMAX與揚聲器性能的關系1.揚聲器的低頻振幅失真： 87產品實現過程簡述2.揚聲器的低頻功率壓縮： 下圖是本設計案例揚聲器10W時的聲壓壓縮情況實例。 揚聲器低頻振幅失真、揚聲器的聲壓功率壓縮根源在于：揚 聲器策動力F=BLI的非線性，即揚聲器磁路（BL）分布和支撐系 統(tǒng)Cms分布的非線性而造成。88產品實現過程簡述10.2 關于（BL）的Xmax電動力是位移的函數 1） (BL)和電動力F 理想的間隙磁通分布:至少在音圈振動范圍內 的磁通密度分布應該是恒定大小的，示意如下。 此時的電動力 F = BLI。BBg01/2 hvx1x-1/2 hvx289產品實現過程簡述 2）實際

36、磁路間隙中可能的磁通分布90產品實現過程簡述 3）（BL）值和電動力F 現實磁路間隙中的磁通分布如上圖所示：磁通密度 B的分布是距夾板中心位置X的函數，這跟理想中的恒定磁通分布相距甚遠磁路設計的任務之一就是要盡可能地使磁通 Bg的分布在音圈運動范圍內（即X在比較大的范圍內）變化幅度盡可能地小一些，并使其分布盡可能地以音圈振動中心（上夾板厚度中心點O）為對稱。 為此，現實磁路中電動力（BLI）的計算為: F （B1l1 + B2l2 + B3l3 + ) （BnLn）I BLI 式中：Bn、Ln表示間隙中某處的磁場強度和該處的的音 圈線長度分量 B 表示在音圈運動范圍內間隙中平均磁場強度91產品

37、實現過程簡述 根據前面的設計計算，當上夾板Lp=3時 Bg = 9000gs. L = 4.2m 考慮到在音圈繞組寬度5.5mm和振幅4mm時，音圈活動范圍約13.5mm（5.5+24)。在此范圍內B的平均值如果按Bg的65%估算，即 B = 5850gs.,此時 （BL）= 2.46（TM） 此時電動力 F =（BL）I = 2.46I92產品實現過程簡述某揚聲器磁間隙（BL）值與位移X關系的實際分布示例 93產品實現過程簡述4）調整（BL）分布曲線的設計變更途徑A.對極心高度/形狀的變更可以改變B分布曲線形態(tài)B.對夾板厚度/形狀的變更可以改變B分布曲線形態(tài)C.音圈設計調整繞音圈組寬度與夾板

38、厚度之比，可以 改變(BL)分布曲線形態(tài)D. 音圈裝配調整音圈繞組在磁間隙中的位置，可以改 變（BL）分布曲線形態(tài)94產品實現過程簡述10.3關于Cms的Xmax振動系統(tǒng)彈性系數是位移的函數 揚聲器振動系統(tǒng)總彈性由振盆邊緣和彈波兩部分 共同構成。由于振盆邊緣和彈波兩者各自的彈性大小及 線性范圍、設計師對兩者彈性大小的分配比例、以及裝 配等多種因素的影響，使振動系統(tǒng)總彈性與位移的分布 曲線和線性范圍與理想中的狀態(tài)也可能偏差甚大。95產品實現過程簡述1） 彈波實測結果表明：彈波順性與其位移不成線性關系。 注：順性分別以10g、20g、50g、100g配重計算。 按50g配重，彈波的順性為1.5mm

39、/N。96產品實現過程簡述 彈波順性的測量結果：Cd=3.8/1.3=2.92 mm/N97產品實現過程簡述2） 盆邊實測結果表明：盆邊順性與其位移不成線性關系。 紙盆邊順性的測量結果：Cc=5/3.2=1.56 mm/N98產品實現過程簡述3)盆邊與彈波組合后的順性與其位移不成線性關系。盆邊與彈波組合后的順性測量結果：Cms=3.8/3.5=1.08 mm/N99產品實現過程簡述 某揚聲器支撐系統(tǒng)彈性系數與振幅的實際測量結果示例：100產品實現過程簡述 4）對系統(tǒng)彈性分布的調整A.調整振盆邊緣形狀和材料 改變盆Cms曲線的形態(tài)B.調整彈波形狀和材料 改變彈波Cms曲線的形態(tài)C.調整振盆和彈波

40、的順性比 改變振動系統(tǒng)Cms曲線 的形態(tài)D.裝配過程注意不要使兩個零件有附加的預應力 改變振動系統(tǒng)Cms曲線的形態(tài)101產品實現過程簡述10.4 結論 1. 實際上的揚聲器XMAX不是簡單的1/2（Tv-Tp），它取決于（BL）、CMs 與振幅X的分步趨勢是四個X中的最小的一個X值。 2. 適當增加XMAX有助于減小揚聲器的低頻振幅失真（這僅僅是減小揚聲器失真環(huán)節(jié)的一小部分而不是全部工作）和聲壓功率壓縮。 3. 試制階段認真分析揚聲器的XMAX有助于產品優(yōu)化設計。102產品實現過程簡述 第二部分 過程的設計和開發(fā)103產品實現過程簡述 過程 就普遍意義來說：過程應當是包括從物料進廠到產品運送到

41、顧客庫房的每一個環(huán)節(jié)。我們在這里所述的過程僅指產品的工藝技術過程。 “過程設計和開發(fā)”的目標是 1. 保證完全開發(fā)出一套有效的制造系統(tǒng) 2. 保證制造系統(tǒng)能滿足顧客所有的期望104產品實現過程簡述階段三 輸 入（設計責任部門的輸出） 輸 出（工藝責任部門的輸出）1.設計失效模式及后果分析(DFMEA)1.包裝標準/規(guī)范2.可制造性和裝配設計2.過程流程圖3.設計驗證3.車間平面布置圖4.設計評審4.過程特性矩陣圖5.制造樣件-控制計劃5.過程失效模式及后果分析(PFMEA)6.工程圖樣(包括數學數據) 6. 控制計劃7.工程規(guī)范7.作業(yè)指導書8.材料規(guī)范8.初始過程能力研究計劃9.圖樣規(guī)范更改

42、9.測量系統(tǒng)分析計劃105產品實現過程簡述 在進行過程設計和開發(fā)（工藝）前，必須充分了解輸入條件和要求，包括： 產品圖紙 產品技術要求 可靠性和環(huán)境試驗要求 產品特殊特性 設計FMEA 106產品實現過程簡述工藝過程文件一般應包括以下內容：1.過程流程圖2.過程失效模式及后果分析(PFMEA)3.控制計劃4.作業(yè)指導書 每個生產階段的過程（工藝）文件又可能因開發(fā)階段側 重點不同而有所差別。107產品實現過程簡述 一. 揚聲器裝配過程流程圖108產品實現過程簡述 典型的揚聲器結構T鐵鐵磁鋼磁鋼上蓋板上蓋板音圈音圈盆架盆架中心盤中心盤紙盆紙盆防塵帽防塵帽接線板接線板壓圈壓圈109產品實現過程簡述

43、過程流程圖 描繪整個過程材料流程的圖形，包括任何可能的返工或返修的操作。 保證過程流程中所有的作業(yè)都在流程圖上得以顯示，并能夠表明生產的直接和可能的選擇路徑。110產品實現過程簡述 揚聲器的裝配過程流程圖格式之一111產品實現過程簡述 揚聲器的裝配過程流程圖格式之二112產品實現過程簡述 二.過程FMEA（PFMEA）113產品實現過程簡述過程 FMEA PFMEA的目的主要是降低風險，幫助制造/裝配責任工程師： 確定潛在產品和過程失效模式和相關連的原因/機理 幫助分析新的和更改過的制造和裝配過程 評估失效時對顧客/過程的影響 確立主要過程變差，以便對其采用過程控制 建立失效模式的排列清單，確

44、定糾正/預防措施優(yōu)先順序114產品實現過程簡述一種PFMEA格式舉例115產品實現過程簡述（工序）磁路零件打膠一） 影響膠合牢度的失效機理1.膠種選擇2.膠液的配方3.膠量及其分布4.膠的固化條件：溫度、時間、濕度5.被膠合面的清潔和處理二） 預防措施1.零件表面：平整度的檢查、預清潔（灰塵和油污）處理2.生產前的機器設定：設備的Cmk應1.33；氣壓、轉速、打膠時間；膠量、配比。 3.膠量/配比的定時/不定時檢測（并作好記錄）三）建議措施 1.膠量的定期/不定期檢測（包括記錄檢測的時間、留樣以便萬一時便于分析和采取處施，例如可以按時間段區(qū)分隔離） 2.做膠量的 X- R（SPC）圖 3.磁路

45、牢度抽測（滑落、跌落、沖擊）116產品實現過程簡述（工序）充磁一）失效機理1.充磁方向相反2.未能使磁鋼充磁飽和 （3. 特別注意雙磁路磁鋼的充磁和組合）二）預防措施1.生產前的設定：極性，充磁電壓，首件確認2. 每次充磁機維修后的再確認三）探測1.用極性測試儀對揚聲器極性進行檢測2.用在線測試儀對揚聲器靈敏度進行檢測117產品實現過程簡述（工序）純音檢聽/在線測試一）失效機理1.不良品未被識別 2.不良品混入3.漏檢二）預防措施1.規(guī)定檢聽環(huán)境噪聲水平2. 生產前的儀器設定：電壓、頻率范圍、掃描速度（時間）3.（比對用的）限度樣件隨時可得4.不良品/可疑品的標識（例如倒置，貼標簽）與隔離5.

46、檢聽人員輪換操作118產品實現過程簡述 三.控制計劃119產品實現過程簡述3.1 三個不同過程開發(fā)階段的控制計劃： 樣件制造階段 樣件控制計劃為樣件制造過程的控制而編制。對樣件的大多數特性一般采用100%檢驗和測試； 樣件控制計劃應對在樣件制造過程中的尺寸、量測、材料和性能測試加以描述。在可能的情況下，采用生產過程制造樣件。 樣件制造過程是投產后過程控制計劃的開發(fā)依據。 試生產階段 是編制生產控制計劃的連續(xù)過程中的一部分。需要增加頻度，對量產前所需的尺寸、量測、材料和性能加以描述。 批生產階段 著眼于大量生產，對生產過程中產品過程特性及其控制方法、測試要求和測量系統(tǒng)應作出完整的文件規(guī)定。 12

47、0產品實現過程簡述3.2 關于批生產控制計劃1）目的和內容： 在完全正式生產之前，確?？刂扑辛慵瓦^程的整體計劃已文件化 該計劃應覆蓋過程流程圖中的所有操作，包括：設備、夾具或工裝產品和過程特殊特性規(guī)范或公差測量或評價技術抽樣樣本容量和頻次每個生產工序（工步）的控制方法和反應計劃121產品實現過程簡述2）批生產與試生產控制計劃的主要差別它們的主要差別就在于：檢驗的抽樣數不一樣。 試生產檢驗基本上是100%的檢驗而批生產檢驗的容量和 頻次主要是抽樣 通常在試生產階段開展全尺寸符合性檢驗，批生產時則是按年度或顧客要求開展此項工作。批生產是以試生產控制計劃為輸入，來決定： 測量系統(tǒng)分析計劃 作業(yè)，

48、監(jiān)控指導書 反應處施 初始過程能力分析注：在某些情況下，試生產和批生產控制計劃是可以相同的，僅需注明 抽樣檢驗和測試要求。因此試生產應當在典型的生產條件下進行。122產品實現過程簡述 3) 批生產控制方法的重點應放在：滿足全部的顧客要求；更注重過程控制而非產品控制；更注重預防而非探測發(fā)現；更注重控制限目標而非規(guī)范限；更注重防錯措施而非檢驗；運用控制方法（SPC）。4）在批生產件被批準后不太長的時間內應使Cpk1.33。123產品實現過程簡述一種控制計劃格式舉例124產品實現過程簡述3.3 關于特殊過程的控制1.特殊過程的定義 ISO9000:2000 7.5.2：當生產和服務提供過程的輸出不能

49、有后續(xù)的監(jiān)視或測量加以驗證時，組織應對任何這樣的過程實施確認。這包括僅在產品使用或服務已交付之后問題才發(fā)現的過程。 “特殊過程”是指：1）.在過程中無法方便地通過檢驗來判斷過程產品是否達到輸出要求，只能通過工藝參數控制來間接地實現對質量特性的控制；2）.過程中形成的缺陷可能在后續(xù)的生產和服務過程乃至在產品使用或交付后才能顯露出來的質量特性；125產品實現過程簡述3).不可重覆的過程和具有昂貴價值的產品，不能經濟地進行測試；4).顧客有特殊要求；5).如果不對過程實施確認，可能導致嚴重后果。 上述過程通常稱為特殊過程，如：焊接、鍛造、鑄造、熱處理、表面處理、粘接、注塑、擠塑、吹塑等。 126產品

50、實現過程簡述 2. 特殊過程的確認 所有的特殊過程都必須得到確認。 特殊過程中，人、機、料、法、環(huán)、測各因素的確認實質 是過程的保證“能力”，要求如下圖:崗位資格認證技術能力認證人員設備標稱能力是否滿足工藝的要求設備實際能力確認設備原材料是否附合要求原材料貯存是否符合規(guī)定材料確認內容127產品實現過程簡述 工藝文件編制是否符合設計及標準要求工藝文件審批是否規(guī)定工藝環(huán)境條件是否滿足工藝及產品質量控制要求環(huán)境因素及危險因素是否滿足環(huán)境/職業(yè)安全健康管理體系的相關要求環(huán)境檢測工具是否符合技術要求檢測工具是否按規(guī)定定期檢查檢測確認內容工藝驗證是否有效監(jiān)測方法是否恰當對過程預期達到的質量（產品質量特性）

51、通過試驗結果確認128產品實現過程簡述3.特殊過程的控制舉例： A.磁路膠合是一個特殊過程，應考慮對以下所有環(huán)節(jié)的控制措施： 磁路零件的清潔 膠種/配比的選擇（應事先取得包括：耐正壓力/剪切力、耐高/低溫、耐高低溫的溫度交變、耐溫濕度、耐振動和沖擊等合格試驗報告） 設備的Cmk應1.67 生產前的工藝設定（打膠機的轉速，打膠時間，氣 壓，膠量，膠量比等） 生產中的定期/不定期檢查（樣本的保留，時間的記 錄） 膠量的Cpk應1.33 固化環(huán)境設定（溫度，時間，濕度等） 抽樣檢查（滑落試驗/沖擊試驗）129產品實現過程簡述B.充磁是一個特殊過程，控制措施應包括： 充磁機的選擇：充磁能力（應保證被充

52、磁鋼性能飽和） 充磁機的工作穩(wěn)定性（環(huán)境工作溫度和 溫升是對充磁機有影響的） 生產前充磁機的設定：極性，電壓 （揚聲器）磁路的放置：方向，位置 生產前的首件確認：極性，磁通 生產中不定期的檢測：極性，磁通 千萬不要將極性的正確性放到的后道工序去檢測，因為有 些問題是無可挽回的如釹鐵硼，雙磁路是不可復充磁的）130產品實現過程簡述 四.作業(yè)指導書131產品實現過程簡述4.1 目的： 把所有缺乏書面程序會導致質量不良的過程書面化。 保證文件化的指導書在所有那些因缺少指導書而影響質量的工作崗位可得。 技術規(guī)范中的信息必須描述如何進行某項活動。132產品實現過程簡述4.2 要求 必須為所有負責過程操作

53、的人員提供成文的過程監(jiān)視和作業(yè)指導書，指導書在現場應易于得到。 作業(yè)指導書必須參考控制計劃，必須能被操作者在工作中的不同情況下所參考。 標準的作業(yè)指導書應包括（或參考以下內容）： 作業(yè)設定（操作要素、作業(yè)順序、操作節(jié)拍）/反應指導書 工具、量具和其他設備使用指導書 工具更換周期 材料的標識和處理指導書 顧客和供方指定的特殊特性 統(tǒng)計過程（SPC）控制要求 有關工程和制造標準 檢驗和試驗指導書 預防性維護時間表、指導書和查核表133產品實現過程簡述一種作業(yè)指導書式樣舉例134產品實現過程簡述 五.生產確認試驗計劃和報告（PVP&R)135產品實現過程簡述生產確認試驗(PV)1.對產品設計正確性的

54、進一步的確認2.對（工藝）過程設計正確性的確認3. 對（工藝）過程中包括工藝裝備、工藝參數、輔助材料、測試儀器等的確認136產品實現過程簡述 六. 過程質量和揚聲器性能137產品實現過程簡述一.磁路裝配1影響磁路間隙磁通密度的過程因素1）與磁鋼性能的關系 磁鋼特性的好壞是直接決定磁路間隙磁通的大小以及揚聲器性能穩(wěn)定性的首要因素。2）與磁路結構的關系 同電路一樣，要想使磁鋼在揚聲器磁路中獲得磁能的最大利用率，也必須盡可能地減小磁路中一切不必要的磁阻損耗。減小磁阻的途徑可能有： A在成本允許的范圍內選用磁阻小的導磁材料。如軟鐵，硅鋼片，低碳鋼等。 B盡可能地減少構成磁路各零件接觸部位的間隙，增加各

55、導磁件的接觸面積。例如將前后片與磁鋼旋壓緊，一方面可使膠液分布均勻，同時又可減小磁鋼與前后片的間隙從而減小了磁路內的磁阻。138產品實現過程簡述 應盡力減小夾板與磁鋼間 的距離，以減小磁阻：空氣的 導磁率遠比鋼板小得多，即空 氣的磁阻遠遠大于鋼板。 1）夾板盡可能地平； 2）膠不必太多太厚。 139產品實現過程簡述 3）充磁過程 當充磁電壓VV1時，磁鋼的B隨充磁電 壓的增加大致成線性地增加。 當充磁電壓V1VV2時，磁鋼的B隨 充 磁電壓的增加而增加的速度放慢。 當充磁電壓V2VV3時，磁鋼的B隨 電壓的增加幾乎不再增加，此時我們稱磁鋼 達到了飽和狀態(tài)。 當充磁電壓卸去后，磁鋼并不是保持充

56、磁 電壓V3時刻的磁性B3，而是隨著V的下降 沿 著另外一條路線（又叫退磁曲線）下 降， 直 到充磁電壓為零（V=0）。 A要想使揚聲器磁路間隙有較強的磁通，設計者選用合理剩磁Br的磁鋼。 B要想使揚聲器有較強而穩(wěn)定的間隙磁通，除了設計者選用合理Hc的磁鋼,工藝上必須保證使磁鋼充飽和。 為了將磁鋼充飽和,充磁機產生的磁場強度要求至少超過磁鋼材料Hc的三 倍這就是為什么Hc 越高的磁鋼對充磁機的要求也越高的原因。140產品實現過程簡述2磁間隙中的磁通分布（1）理想的磁間隙中的磁通分布 F=（Bn Ln）I 式中的Bn，Ln表示間隙中某處的磁場強度和該處的的音圈長度。141產品實現過程簡述 （2）間隙圓周上的磁通分布 例：假設公稱間隙寬度為1.2，音規(guī)偏差為0.2，即間隙可能為1.11.3,相差18.2%，如上左圖所示。不考慮其它因素的影響，僅由于間隙寬度的差異就可能使間隙中的磁通不均勻（B值大?。┫嗖?8.2%。根據公式F=（BL）I 可知電動力F1和F2的大小也就有可能相差18.2%，如上右圖所示。說不定正是由于這不相等的力是音圈在上下振動過程中產生扭擺、造