論車載揚聲器系統的輕量化設計

摘 要：車載揚聲器的重量直接影響著整車的重量，輕量化、低成本的設計必然成為揚聲器廠商追求的設計目標。本文對如何降低揚聲器的重量，從零件的材料、結構及揚聲器整體的設計方面做了闡述，并舉例說明。

關鍵詞：車載揚聲器；設計；系統

中圖分類號：TN643 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

現在一般國產轎車使用的普通車用揚聲器的重量都在0.6kg左右，日系車揚聲器的重量相比重了一倍左右。通過結構和選材的改變，其重量可以進行有效地優化，整體性能也有所提高。如日系車多采用釹鐵硼的內磁式的揚聲器。

一、揚聲器的零部件結構現狀

揚聲器的零部件主要有盆架、磁鐵、上夾板、下夾板、振膜、彈波、防塵蓋，零部件的重量越輕，揚聲器的重量也就越輕。

首先分析一下零部件的材料，

零部件材料如下：

（一）盆架。（1）鐵板。厚度為0.4mm～1.2mm。是盆架材料中最重的；（2）鋁合金壓鑄。鋁的重量比鐵輕很多；（3）增強塑料。增強塑料-聚碳酸脂（PC，ABS）的重量更輕，而且還具有高剛性、耐沖擊、尺寸穩定的特點。

（二）磁鐵。（1）鋁、鎳、鈷磁體。特點是磁能積高、剩磁高，但因鈷的缺乏＼價格高而逐步被鐵氧磁鐵取代；（2）鐵氧體。特點是價格低廉、矯頑力大、對外磁場穩定等一系列優點；（3）稀土類。稀土類磁體以釹鐵硼磁體為代表，它的磁能積為鐵氧體10倍以上。

（三）上夾板和下夾板：鐵板。（1）音盆：紙漿類、金屬材料類、高分子材料類、復合類材料、紙漿改性材料、金屬改性材料；（2）彈波：棉布、合成纖維；（3）音圈骨架：紙、耐熱塑料、KAPTON（樹脂）、鋁箔；（4）防塵蓋：紙、KAPTON。

三、揚聲器的輕量化對策

從以上零部件的材料來看，在揚聲器中占重量較大的部分為揚聲器的盆架、磁鐵、上夾板、下夾板、音盆。減輕揚聲器總重量最有效的辦法就是減輕這幾種零部件的重量。

（一）盆架，減輕重量可采取以下三種措施。（1）改善零件材料：傳統的揚聲器盆架都是用酸洗薄鋼板沖壓而成，鐵的密度大，重量也重，一個常規的6英寸鐵盆架的重量是120g，而一個塑料盆架只需75g；（2）改善零件結構：一般的方法是在保證盆架的支撐力度的基礎上，盡量把孔開大，減少鐵板的面積；（3）改善整體設計：整體設計時，把盆架與上夾板的沖壓改為把上夾板注塑到盆架中，可以取消沖壓用的四個凸起。

（二）磁鐵，減輕重量可采取以下三種措施。（1）改變零件材料：鐵氧體磁鐵雖然具有材料來源容易、價格低廉、矯頑力大、對外磁場穩定等一系列優點，但體積大、重量高，而釹鐵硼的磁能積為鐵氧體10倍以上，在達到同樣磁能積的基礎上，釹鐵硼的體積可以大大縮小，同樣重量也可大幅降低；（2）改善零件結構：把下夾板底部改為向上凸起，可以降低磁鐵的厚度，即減輕磁鐵重量；（3）改善整體結構：通過改善磁路的結構，比如把外磁式改為內磁式，磁鐵體積也可降低，同時還能提高揚聲器的性能，得到改善音質的效果。

（三）上夾板，減輕重量可采取兩種措施。（1）降低厚度，從而減輕重量；（2）在上夾板的中心位置打孔，以減小體積，從而達到降低重量的目的。

（四）下夾板，減輕重量可采取兩種措施。（1）把T狀改為碗狀；（2）在碗的底部開孔。

（五）振膜振膜雖然很輕，但通過改善材料和設計，也可降低30%的重量可以有效減少振膜重量的材料主要有以下3種：

（1）BIODYNA振膜。紙漿中加了香蕉纖維、碳纖維、PBO、云母、CELLGAIN纖維、有機纖維素。這幾種材料的復合，使振膜剛性提高、密度減小、具有適當的內阻尼；（2）TPX振膜。TPX是聚4-甲基-1-戊烯共聚體，密度只有0.833g/cm3，還有很好的阻尼性；（3）HD-A（High Definition Aerogel，高精凝膠），是以聚丙烯為基礎材料，再加入適當比例的碳纖維和Kevlar纖維組成。這種材料比較輕，比紙漿輕30%；硬度比紙膜高70%；并且還有相當大的阻尼。

（六）把一個揚聲器從520g 降到155g，經歷了兩次比較成功的改善。1.第一次主要是通過改善揚聲器的整體結構和改善零件材料來達到輕量化的目的。（1）改善整體結構。重量變化最大的三個零件是磁鐵、上夾板、下夾板。而磁路系統就是由這三種部品組成的。改善前的外磁式結構，要求磁鐵、上夾板和下夾板必須達到一定的直徑和厚度，才能滿足揚聲器對磁能積和音壓的要求，因此磁鐵、上夾板、下夾板的體積都很大，重量也很重。把外磁式改為內磁式，是最有效的降低此路系統重量的方法，因為內磁式的磁路系統是封閉的，下夾板改為碗狀，最大限度地減少了漏磁，上夾板只要保持厚度不變，面積減少80%，也可達到相同的磁能積，相應地磁鐵的面積也可大大縮小；（2）改變零件材料。第一次輕量化改善從材料方面做了大膽地嘗試，即把磁鐵從鐵氧體材料改為了釹鐵硼材料，釹鐵硼的磁能是同樣體積鐵氧體磁鐵的10倍，因此，可以用鐵氧體20%的體積的釹鐵硼磁鐵，來達到效果比鐵氧體好很多的輕量磁路系統。通過上述兩項措施，一個6英寸揚聲器的重量成功地降低了45.5%。2.第二次改善也是從結構和材料兩個方面進行改善。（1）改善結構。把磁碗的底部作成凹狀，而且從中心開了一個直徑6mm的小孔，這樣的改善，即可減小磁鐵的厚度，又可減輕磁碗的重量。因為作成凹狀后，等于是提高了磁碗底部的有效高度，但實際高度不變，而內部的磁鐵和華司卻可以在不影響磁能積和音壓的情況下減小厚度，從而減輕重量；（2）改變材料。要減輕盆架的重量，主要是材料的選擇。盆架的材料現在主要有鐵、鋁、聚碳酸脂。同樣結構的聚碳酸脂的重量比鐵要輕很多，而且還具有高剛性、耐沖擊、尺寸穩定的特點。

從鐵板盆架改為聚碳酸酯盆架，盆架功能沒有受到任何影響，但重量可以從120g降到78g，降幅達到35%。

四、揚聲器的輕量化成果及意義

通過以上的對策，一個6英寸的揚聲器重量可以從520g 降到155g，輸出功率卻由20W增加到了25W。這對整車的輕量化做出了可觀的貢獻。據國際權威部門統計，汽車質量每減輕10%，可降低油耗6%～8%。因此，這將大大降低能耗總量和環境壓力。除此之外，汽車輕量化也有利于汽車的操控穩定性能的提升，減小振動，沖擊和降低噪音，提高零部件的耐用性和安全性能。

參考文獻：

[1]王云飛.汽車揚聲器系統的輕量化[J].全國機械設計年會，2009.

[2]武斌功，張侃.一種饋源喇叭的輕量化設計制造技術[J].機械與電子，2004（05）.