纸盆纸浆材质 - 材料配件室 - 声学楼论坛

扬氏模量又叫弹性模量,固体材料受力后发生形变,在弹性限度内,材料的应力与应变之比是一个常数,叫杨氏模量.它描述材料抵抗形变能力的大小,与材料的结构,化学成分及制造方法有关,是工程技术中常用的力学参数.泊松比是指材料的横向线应变ε\'和纵向线应变ε的绝对值之比；剪应力τ与剪应变γ的比G为常数,称为材料的剪切模量,其物理意义与弹性模量E类似,即说明材料抵抗剪切破坏的能力,其的大小随材料而异,可由试验测定。弹性模量E、泊松比ε、剪切模量G之间的关系为G=E/2（1+μ），这三个值随温度的变化其值也变化！

以上是《工程材料手册》上的定义，个人以为，扬氏模量是个集中的量，在扬声器中我们讨论纸盆的材料时，主要是在考量分割振动出现在什么频段，而纸盆可以近似认为是一个板型结构（实际上很多分析中，也是这样近似的），因此，我认为我们更应关心的是剪切模量G，做平板扬声器兄弟应该知道这是比较重要的。

在这儿引用一段由FINECONE软件说明中的一段:

1. E-modulus or Young’s Modulus is the stiffness of the material in MPa or N/m²

2. Mass Density (rho) is in kg/m³ and specifies how dense/compressed the material is. In comparison the value for water is 1000 kg/m³.

3. Poisson’s ratio (nu) is a measure of the compressibility of a material. Use the default value 0.33 if not known.

4. Damping (delta) is a factor specifying the internal damping (loss) of a material. Max damping is 1.00

1讲的是杨氏模量,单位是N/m²

2讲的是材料密度,单位是kg/m³.

3讲的是泊松比,缺省值是0.33

4讲的是阻尼系数,最大值是1.

我的印象是许多纸盆厂是提供不了相关数据的.

这一点似乎给FINECONE软件的使用带来了不利因素.

其实不然.

对于单元设计师来说, FINECONE软件就是个工具而已,

有工具比没有工具好,对吧?

希望这个主题的讨论能给有关人员带来有操作性的启发.

我敢说这里有大大的商机.

最低限度可写出真正有指导意义的论文.

总的来说,很欣赏一些跟帖,说一句俗套的话:

水平不低,可以说是扬声器讨论中太少见的了,

特别是关于材料特性的讨论.

顶！！！这个坛子高手很多！！！我等只有学习学习再学习了，呵呵！

一些材料的特性:

普通纸浆: E 0.06*10¹⁰ N/m³ ρ 0.43*10³ kg/m³

PC(聚碳酸脂): E 0.51*10¹⁰ N/m³ ρ 1.38*10³ kg/m³

TI(钛): E 10.78*10¹⁰ N/m³ ρ 4.5*10³ kg/m³

AL(铝): E 7.15*10¹⁰ N/m³ ρ 2.8*10³ kg/m³

BE(铍): E 27.44*10¹⁰ N/m³ ρ 1.84*10³ kg/m³

[此贴子已经被作者于2005-11-22 14:09:37编辑过]

扬声器的各种部件,按其作用的不同,可分为振动系统和磁路系统两部分,此外还有扬声器盆架将两部分组成牢固的整体。磁路系统提供驱动音圈所必需的磁场;扬声器的振动系统,包括驱动组件--音圈、辐射组件--振膜、振膜边缘的支撑悬挂部件--折环、以及保证音圈在磁隙中正确位置及提供一定顺性与阻尼的部件--定位支片。

驱动单元俗称喇叭（正规的名称是扬声器），在构造用料方面有下面几点值得特别注意。

电动式扬声器的振膜（中音及低音扬声器的振膜或称音盆）材料常见的有几种：纸盆、PP盆、编织盆、陶瓷盆、铝盆、三明治盆等。球顶高音扬声器振膜材料主要有：丝膜、PEI膜、铝膜、钛膜等。纸盆历史悠久（锥形动圈式扬声器模型在20世纪20年代就有了），取其质轻和具有适当的阻尼特性，至今仍很普及且有多家名厂坚持采用。不同的纸浆材料、不同的掺杂纤维、不同的抄纸工艺、不同的施胶方式等都会造成不同的声音特性。但总的说来纸盆易受潮变形，它的杨氏模量低，不能产生高传播速度，因而高频上限受到限制。不过，用于中低音扬声器还是声音很中性，十分适合。现在纸盆多在低音和中音扬声器上使用，纸盆高音扬声器在高档扬声器系统中已很少采用。

约在八十年代初期，塑料振膜开始出现，在中音和低音扬声器上起初BBC采用Bextrene，后来聚丙烯（Polypropylene）逐渐普遍，愈来愈流行，今日的扬声器采用这种材料的占了一大部分。掺杂的聚丙烯振膜具有良好的阻尼特性，不受潮湿影响，可以塑铸出任何需要的厚度及形状，质轻而硬，物理特性与声音特性均较佳。聚丙烯可以与其它材料混合塑铸成硬度更高的振膜，例如混合云母粉，玻璃纤维或石墨等，变化很多。

金属振膜在八十年代已出现，但当时技术只在起步阶段，显露出许多缺点，例如声干硬，高音剌耳，虽然瞬态响应快但音色不自然。经过多年的改良，高音单元的半球形金属振膜首先取得成功，材料包括铝、铝合金及铍钛等轻金属。将长处发挥和避免缺点，近年来金属振膜球顶高音单元变得流行，甚至低价扬声器亦采用，世界知名的公司成功运用的有美国JBL、英国B&W、法国FOCAL、英国AE、MONITOR等。

至于中音和低音单元采用金属振膜达成优良性能还是近几年的事，英国AE（Acoustic Energy）首先制成全金属振膜扬声器，获得崇高评价，但售价昂贵。继AE之后，Monitor Audio和德国ELAC、美国OPEL亦发展成全金属振膜扬声器，将这种技术迈向更成熟阶段。全金属振膜扬声器的优点是声音速度快，干净利落，高音特别宽阔及透明度高。

在振膜周围有一圈边缘与支架连接，它是一种柔顺材料，为振膜提供自由活动的悬挂。所用的材料有多种，包括合成橡胶（分两大类：丁氰—阻尼好、丁烯—顺性佳）、泡沫塑料（FOAM）、涂胶布（CLOTH）、Santoprene、Nu-Flex等。它们都做成波浪形或正反半卷边，令柔顺度达到指定的高低。气垫式扬声器的低音扬声器边缘必须具有非常高的柔顺度以便大幅度活动，一般透气式扬声器需要边缘柔顺度较低，这是考虑采用那种材料的主因。

扬声器支架的工作是保持机械构造稳定及为振膜提供准确的活动。支架必须构造坚固和避免谐振。一般扬声器采用的支架材料有铁、铝合金等，铁支架是拉伸制成，如果材料厚的话亦相当坚固，现在不少大口径的低音扬声器仍用铁支架，但如果材料太薄则容易引起谐振且易变形。铁支架制造成本较低，所以在低价扬声器中普遍采用。

铝合金压铸的支架在坚固性及防谐振方面性能更佳，外型亦较美观名贵，但这类支架制造成本较高。

扬声器音圈根据低、中、高音单元的需要而有所不同。高音扬声器音圈用十分细的线绕成，包括铜线和铝线两种，铝线质重较轻，可获得更佳的瞬态响应，但在承载力和耐用性方面不及铜线；中音和低音扬声器多用铜线绕音圈，而且铜线较粗能承受大功率，有些低音扬声器绕至四层音圈增加承载力，至于铜线形状亦不同，例如圆形、六角及长方形横断面，圆线最普遍使用，六角及长方形线可以紧密排列不留空隙，能增加磁场利用效率。普通扬声器的音圈多绕在纸管上，但纸不是良好的导热体且不能耐高温（最高只到180℃），只具有轻的优点。为了提高散热效率和耐温性能，大功率扬声器多采用铝或Kapton音圈管，将音圈固定在铝管上因散热较佳，显着增加瞬时承载力，近期愈来愈多扬声器采用这种材料。另外高档的还有NOMEX--采用芳香族聚酰亚胺制成箔膜，最高工作温度300℃ ，具有绝缘、质轻、耐高温、粘接力强等优点。用它制成的扬声器音色柔和圆润、悦耳动听。TIL--采用玻璃纤维为基材，上面加聚酰亚胺合成，最高连续工作温度230℃，其特点为耐高温、材料强度高、刚性好、不易变形。

早期的扬声器多采用铝镍钴（Al-Ni-Co）合金磁铁，它具有高强度易加工和容易防止磁场泄漏且能减少谐波失真的优点，可惜制造成本较高。现在厂家们大多采用氧化铁磁铁，亦称陶瓷磁铁，它也具有较高的磁感应强度，但需要较大的截面积。有一种稀土磁体称为Samarium Cobalt，中文名译作钐钴磁体，它的磁能积为传统磁铁的五至六倍，因此只需用少量即可达到足够的强度，但这种磁体十分昂贵，比较适合用于高单元上，中音及低音单元上甚少见。近几年，另一种稀土磁体--钕铁硼（Nd-Fe-B）性能超群（具有高磁能积、高矫顽力），价格也较便宜，因而得到广泛采用，但其耐温较差（存在高温劣化现象，普通的只耐80℃温度、性能最好的也只耐150℃）。

分频器通常用三种零件构成：电感、电容及电阻。电感线圈是用铜线绕成，高通部分线较细，低通部分线较粗，分频器的线圈有空气芯式及铁芯式，视乎不同的设计而定。电容对音质影响甚大，现在高质素扬声器中分频器多采用无感低损耗聚丙烯电容，它的品质极受HI-FI迷注意。当然，分频器的类型、阶数及分频点的选择等是更基本的设计，它的设计从根本上影响整个系统的物理特性及音质。

一般音箱的分频器多将零件安装在线路板上，整齐美观，但线路板的铜箔因厚度关系，对大电流信号不利，所以一些发烧级扬声器采用直接用硬线焊接方式，取得更佳音质。

音箱箱体材料主要是要求具有良好的阻尼特性，坚固无谐振。设计家为了达到这个目标，过去已选用了各式各样的材料，包括木屑（刨花）板、木夹板、纤维板、塑料，甚至用到人造大理石、水泥及金属。早期音箱多用木夹板（多层胶合板）或碎木粒压合板（刨花板、木屑板），取其容易切割和制造。现在较高级的扬声器系统采用中密度纤维板（MDF）甚至原木，具有更佳的特性。Celestion在他们的SL600书架扬声器箱上首创采用航空科技，以三夹层结构的铝制成声箱，有如飞机地板的构造一样，极为坚固全无谐振，那款书架式扬声器箱非常成功。另一创新的声箱构造是B&W的Matrix，内部作骨架式结构配合吸音棉从而获得清纯的音质。

强！赞一下！！看来原声也是一匹黑马！！

以下是引用水仙在2005-11-15 21:47:38的发言：

一些材料的特性:

普通纸浆: E 0.06*10^10 N/m^3 ρ 0.43*10^3 kg/m^3

PC: E 0.51*10^10 N/m^3 ρ 1.38*10^3 kg/m^3

TI: E 10.78*10^10 N/m^3 ρ 4.5*10^3 kg/m^3

AL: E 7.15*10^10 N/m^3 ρ 2.8*10^3 kg/m^3

BE: E 27.44*10^10 N/m^3 ρ 1.84*10^3 kg/m^3

受益了!多謝水仙兄!

不好意思，打搅大家一下，本人在对BMB系列用低音用喇叭与YAMAHA用低音喇叭的纸盆分析时，发现一个很特别的现象，它们的纸盆在材质与外观结构尺寸上都很容易做到，但是，在做成喇叭时，频宽会比较窄。如果要想频宽得到延伸，低频部份又会变得很差。类似情况在SONY使用的喇叭单体也会遇到。希望有识之士对此做一些研究。本人在经过长时间的比较，总结认为：在于纸盆胴体与边的结合方式。

"本人在经过长时间的比较，总结认为：在于纸盆胴体与边的结合方式。"

愿闻其详!

[此贴子已经被作者于2005-11-22 14:36:34编辑过]

以下是引用YANG在2005-11-22 14:33:28的发言：

对不起, 我把你的话理解成, "BMB, YAMAHA, SONY使用了一种特殊的技术,在不改变纸盆形状,外观尺寸材料的情况下,
只要调整胴体与边的结合方式,就可以任意调节频响范围."

你需要的是基础知识, 而不是道听途说自行猜测的电声玄学,报名培训班了吗?

要在做廣告了!不過還是支持!

顶到前面去,大家继续深入讨论!

以下是引用国明在2005-11-15 01:56:39的发言：

不好意思,刚才突然想到上面的公式有点错误,因为是晚上看贴时现推的,有些地方没考虑清楚.

1:1混合后总杨氏模量不应该是E1+E2,而是(E1+E2)/2,因为两种材料各占50%,而3:7混合的应该没错.

之所以这样考虑是因为几种物质的掺杂只是物理反应, 而不发生化学反应.对于两种物理量的叠加,对于有些标量,其结果都只可能落在两者之间,小于两个量的最大值但大于它们最小值, 比如两种不同密度材料的混合Min.(ρ1,ρ2)<ρ混<Max.(ρ1,ρ2)

这个问题感觉没那么容易, 也引起了我的兴趣,
刚查了一些外文文献,得出的结论与我上面计算杨式模量是一致的.E=(1-f)*Em+f*Ef, E介于两个量之间
(f为纤维占基材横截面的比值,可以理解为掺杂体积比,Em,Ef分别为基材和掺入纤维的杨氏模量)

举例:Em=20, Ef=90, 掺入纤维20%, 则E=(1-0.2)*20+0.2*90=34,可见是模量比原来的20要大了,如掺30%的羊毛,则E=41,又有明显增长.

但是以上只是"拉力方向与纤维的方向在一条直线上的"的结论,

如果"拉力方向与纤维的方向垂直",则此时应变不同ε=ε1+ε2, 但合力相同σ=σ1=σ2, 也很容易推得,
杨氏模量E=(Ef*Em)/{(1-f)*Ef+f*Em},同样E落在两个量之间.

同样以上面的例子的参数举例, 此时E=(20*90)/{(1-0.2)*90+0.2*20}≈23.68, 同样会比基材要大一些,但效果不如上面那个.如果掺入
30%的羊毛,E≈26,所以可以看出掺得比例越多越好,但E增长得不快,效率显然不如上面"共线"型的

实际掺杂时纤维的排列方向应该是无序的,各个方向都有.所以总效果会在两种之间.

然而另外一个物理量剪切模量算法不同,比较复杂(我认为剪切模量对纸盆失真的影响也是很大的)

最后管善群认为"欲使喇叭中高频声压频响的谷值尽量缓和一些, 必须设法抑制辐射体本身简正振动,除了纸盆形状要考虑,对辐射体的材料也要采取应对措施,例如在纸浆中加入适量羊毛,碳素纤维以及适量胶质,可以有效阻尼纸盆本身简正振动幅度"---摘自管善群<电声基础>,另外羊毛可以增加韧性和损耗,由此看来,掺毛纤维主要目的是增加内损耗上考虑,这同改变杨氏模量的关系就不大了,否则可能是管善群忽略了杨氏模量的重要性.

还是条件不足，应该加以考虑复合材料的浸润比

晕，完蛋，跑，88888