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我国未来5~15年电声器件发展研究
发布人:admin 发布时间:2007/7/20 浏览:1979次
 
(一)“十一五”及2020年远景目标
高举科技兴业的大旗,进一步调整产品结构,使产品品种规格沿多元化多层次的方向扩展。实现专业电声器件、通信电声器件和汽车音响电声器件达到国际水平;电容传声器、手机用微型传声器和微型扬声器、扩声用专业扬声器(包括扬声器系统)进入并达到国际先进水平。坚决贯彻以客户的要求为产品标准的原则,加快ISO-9000,ISO-14000,ISO-18000及QS-9000等国际质量安全环保标准的认证工作,提高产品的一致性。继续实行“上档次从零件抓起”的方针,提高和完善以专业化协作为特征的行业组织结构。鼓励有条件的装配企业,保留精干的零部件研制开发力量,生产自已的专有零件,追求产品的个性化。在全面多方位满足国内各领域需求的同时,继续发展面向国际大市场。提倡出口地域要全方位,以远洋为主;出口产品要多层次,以中档为主;出口形式要多样化,以自营为主;出口客户以国外大公司为主的方针,以适应国内市场国际化,国际竞争国内化的趋势。提高经济运行质量,真正使我国电声行业变大为强,让“中国声”在全球唱响。
(二)发展重点
1.通信电声器件
上世纪90年代通信行业在我国得到迅猛发展。1998~2002年我国手机产业规模不断扩大,生产量年增长率分别为473%、138%、61%和51%,2003年前11个月生产1.6亿部。每一部手机至少需要一个微型传声器、一个微型扬声器和一个微型声响器,仅手机用电声器件需5亿只/年。
目前电信运营业投资继续保持良好发展,加上手机市场上出现的喜新厌旧现象又特别明显,手机更新换代非常快,国内潜在消费需求会进一步增加。目前我国移动电话普及率为20~25%,离“十五”规划所确定的30%普及率目标还有一定差距,离发达国家70~80%的普及率相差更远。我国移动电话普及率肯定会进一步提高。我国将形成世界手机制造生产的聚集带,出口贸易将继续增加。预计2004年手机产量1.7亿部,出口9000万~1亿部。
有线电话继续普及发展,预计到2005年电话机年产量将达3亿部,需要各类通信电声器件9亿只。
通信电声器件尽管竞争非常激烈,但市场的需求量越来越大,同样技术要求也会越来越高。
2.数字广播专业录音电声器件
人们物质生活水准的上升,必然引起对音乐文娱生活的追求,对音质的要求也会逐步提高。作为音响系统中的始终端设备—传声器和扬声器(扬声器系统)对音质起着至关重要的作用,专业录音级、家庭录音(半专业级)电声器件会很快提到议事日程,据了解北京市目前已有几百家录音棚,西方国家家庭录音已很普及。这是一个电声器件企业可以开辟的新场所。
数字广播的普及,音频信号的优良化使声信号源的质量大大改善,从而对扬声器、耳机等电声器件性能的提高会起到很大的推动作用。电声企业必须适应这种新技术的发展趋势,研制生产出新一代的扬声器、耳机等产品去满足用户的需求。
中档偏上水平的电声器件是我国电声器件企业的优势,而且国际市场又用量较大,抓住这个市场机会,促进专业、准专业电声器件的研制生产,是国际市场给予的一个良好机会。
3.汽车音响电声器件
在我国经济保持快速稳步发展的环境下,带来了汽车工业的新发展。作为汽车电子产业中重要组成部分的汽车音响必然会得到很好的发展。
据有关资料,我国2003年轿车产销量为185万辆,比2002年增长75%,2004年会比2003年增长35%,达到250万辆。而且预计到2010年中国的轿车拥有量将达到1亿辆。汽车工业飞速发展的同时必然会带动包括汽车音响在内的所有汽车电子产业的高速发展。
汽车音响电声器件作为电声器件的一个门类分支是在最近10年之内才在我国兴起的,市场之大,增长之快,潜力之宽并不会亚于手机电声器件。
(三)关键技术及创新
1.超小薄型高性能磁路结构设计
在电动式扬声器、传声器、送受话器及电磁式送受话器中均有一个由永磁体、导磁极板柱组成的磁路,在磁路中的某一部位建立一个直流恒定磁场,这个直流恒定磁场强度的大小、均匀性都直接关系到整个电声器件的各项声性能指标。在电声器件向微型化超薄型、大功率方向发展的时候势必会向磁路设计提出新的要求。如:优选使用Y40能级高矫顽力的稀土永磁体,便于机加工的高导磁材料,组成超薄型磁路;采用两块或多块永磁体,组成磁路主体为共同,在两个或两个以上的间隙中形成直流磁埸,达到有两处可产生音频交变力,实现组成两个独立的电声换能单元的目的。
合理优良的磁路设计就是要实现采用适宜磁能级的永磁体达到建立最佳的直流磁场,它不仅仅涉及到整个电声器件体积的大小,同时直接影响到电声器件承受电功率、失真、灵敏度等主要电声指标。合理科学的磁路设计对电声器件优良的电声性能将起到良好的保证作用。
2.宽频带低噪声高输出低失真电容极头及集成阻抗变换器设计
电容传声器由于频带宽、音质优良被用于高档专业录音,但它由于极头很小的电容量给结构设计造成困难,最突出的是防潮性不容易解决,从而有可能带来噪声级的提高;膜片松紧程度控制不好,造成频响和输出灵敏度的不一致和音质差异;极头电容量小,内阻抗太大,必须通过FET阻抗变换器,才能有效取得极头输出的端电压,而阻抗变换器又可能给极头本身性能附加不利因素。
电容传声器极头本身存在的两大问题在设计和工艺方面做了很多基础工作,并已有很好的效果。而目前电容传声器性能的进一步提高制约于FET阻抗变换器,特别是阻抗变换器的噪声严重影响电容传声器的等效噪声级和动态范围的下限声压级,这也是我们电容传声器与国外先进产品客观电声技术指标的差异之一。
电容传声器能否再上一个台阶,FET阻抗变换器设计技术是一个关键。
3.高性能高稳定的电声软件设计及制造技术
电声器件有两部分组成,一是包括磁路及托架等刚性结构,二是包括像音圈、振膜、定心支片等,在电声器件工作时处于运动状态的构件。我们把后者这些部件称为电声器件的软件。电声器件主客观性能很大程度上决定于软件的性能。
优良的软件性能依赖于软件的设计和加工过程的工艺控制。
软件设计应包含软件形状设计和原材料的确定。软件的形状可以在原材料物理指标基础上改变其参数,而软件的形状又被电声器件的有限尺寸和安装方式所制约。采用CAD技术进行软件形状设计和CAM技术加工模具能实现所需软件形状和形状的一致性。软件原材料的物理指标要优良、性能要稳定。材料可以是单一或多种原材料的复合。根据不同的要求,确定原材料的配比,最终达到所需软件的优良设计。
有了优良的形状设计和模具制造技术,又确立了科学合理的原材料配比,下一步就涉及制造过程的工艺流程,压力、温度、时间等因素的科学确定和严格控制;软件相应物理参数的检测等等才能保证电声器件的软件达到高质量、高稳定、高一致性。
目前,无论是扬声器,还是传声器、耳机,性能上不去,一致性不好,根本原因之一是软件满足不了电声器件的要求,软件性能上不去的原因之一是设计制造技术仍然比较落后。
(四)目标产品
1.新颖手机配套用微型扬声器和传声器
手机由于功能的不断健全和造型的不断变化,更新换代非常快,手机的不断更新换代对配套的微型扬声器和传声器无论从外形、安装方式、接口性能提出了新的要求,同时也给电声器件的配套带来了新的机遇。
手机配套用微型扬声器和传声器只有包括电声性能、功能要求、安装方式、耐环境、可靠性等全方位去满足手机的要求,才能继续发展壮大。
2.高保真数字音响系统的传声器耳机及扬声器系统
高保真数字音响系统一般都会包含系统始端的传声器和系统终端的耳机、扬声器系统。随着数字技术的不断发展,系统信号处理的水平在不断改进完善提高,同时,人们物质生活水平的上升,对整个音响系统的质量和效果都有新的要求。作为系统始终端的传声器、耳机和扬声器系统只能有新一代更具特色的产品才能适时满足用户需要。
3.汽车音响中的扬声器系统
随着汽车工业的发展,作为汽车电子之一的音响系统,必然会同样得到发展。
汽车音响目前装饰到DVD、2声道、4声道、5声道功放、超低音功放及相应的2组、5组、6组扬声器系统。实际上汽车音响已经成为一个流动的娱乐中心。汽车音响在它使用的特定环境,必然对电声器件提出了与其他电声器件相比较更为特殊的要求,比如耐高低温、耐潮湿、承受大功率、频带宽、多通路等特点。汽车音响是我国近10年来电声器件新扩展的使用领域。
4.大功率大动态优良指向性的专业扬声器及扬声器系统
这是电声器件一个传统的使用领域,随着扩声系统设备的不断完善和技术的进步,扩声场合声要求的提高,对电声器件会有新的更高要求。
在大型的扩声场所,要求整个场合,不仅是能听到声音,而且是要听到效果较好的声音,这样就要在整个大型埸合的范围内建立比较均匀的高声压级,满足语言扩声和文艺演出兼容的多功能扩声要求,具备能承受大电功率,频带宽,大的动态范围等特点,同时根据不同场合,可以自由组合安装,满足全天候。为满足上述要求,高低音扬声器单元、无源分频器、号筒的指向性(保证声场的均匀,并防止声反馈)就应该有新的更高的电声性能指标。
中大型体育场馆、中大型礼堂、各种娱乐场所等专业扩声是电声器件使用的重要领域之一。无论是电声性能指标、可靠性,还是吊装调试都有区别于其他使用领域的特殊要求。
(五)建议重大科技项目
1.基础类项目
(1)   电声器件及部件CAD、CAT和CAM技术的发展应用
电声器件总是可以采用等效电路的方法,应用电子电路原理,在不同的频段内分析电路特性,实现电声器件优良声性能和推断电声器件部件的性能要求。分析时我们总可以将电声器件的软件等效为三个参数:阻尼Rm、顺性Cm和质量Mm,这三个参数主要依赖于软件材料本身的杨氏模量E、材料密度ρ和内阻尼系数,同时又与软件的形状和加工方式有关。软件形状为异形,要正确测定其软件的杨氏模量和内阻尼是很困难的,而一旦最基础的E、ρ、内阻尼提供不准确,那么作为电路基础的Rm、Cm、Mm就谈不上精确,电路分析误差自然就会非常大。运用CAT技术测试扬声器软件的E等物理参数,运用CAD进行扬声器的磁路设计、散热设计和零部件的力学设计进而实现扬声器单元的CAD设计。同时也可依据振膜等物理参数,在计算机上模拟制成的样品,就可预知显示成品频响等各项性能指标。将所显示指标与原设计要求作比较,为达到预定要求,修改软件的参数,再在计算机上模拟,经过多次的反复修改,使模拟软件完全满足成品所需要的各项性能要求。再根据模拟软件的性能指标,采用CAM加工和CAT测试,来实现所需要求性能的软件。也就是在电声器件和部件从设计、制造、测试采用连贯的CAD、CAM和CAT技术,自动设计(包括修改设计),进行加工(再加工)测试部件基础数据和电声器件性能指标,要比目前单独的CAD、CAM和CAT技术的应用效果可能会更好,设计速度会更快,对电声器件及部件的技术水平和质量提高会起到更好的推动作用。
再有,我们在设计扬声器系统(音箱)时目前已广泛应用先测得低音扬声器的谐振f0、总品质因数Qts、等效容积Vas等参数(Small参数),应用泰勒.史莫尔(Small)方法,可计算出箱体容积大小和倒相管直径与长度,及在此状态下扬声器系统的低频特性。相反,也可以根据所需音箱声性能和箱体状态反推所要求扬声器单元的Small参数。如果把要求的扬声器系统声性能与低音扬声器单元Small参数测试及箱体参数设计采用CAD、CAT技术连贯应用,扬声器系统的设计水平会大大提高,设计速度会得到加快。
(2)   电声器件生产线检测及设备的研究
目前对电声器件的一致性要求越来越高。生产厂家除了尽可能保证零部件制造误差不能太大外,都加强了在生产过程中的部件检测和最后成品的检测。目前扬声器(包括扬声器系统)除了常规的纯音检听外,对灵敏度、频率响应都开始进行百分之百测试,传声器同样是如此,送受话器更不用说了。生产线上大量的检测工作对测试仪器设备提出了与常规测试仪器不同的要求,如:测试仪器长期工作要稳定,测试速度不能太慢,测试时生产线的环境噪声不能影响测量结果等。如何进一步提高测试仪器的稳定性和减少噪声对测试结果的影响,还有许多技术难关需要去攻克。
电声器件的装配已基本上做到流水作业,为保证装配的一致,各企业均根据自身产品特点研制了许多相应并有效的装配工具及专用设备,对产品品质和合格率的提高起到了积极作用。但通用的较大设备到是薄弱环节,例如高效率、低能耗、超高磁感应强度的充磁机就是一例。目前钕铁硼(Nd-Fe-Ba)磁体以它固有的磁能级高,可以加工成很小体积等特点已在电声器件中得到广泛的应用,然而正由于它矫顽力极高,目前更多的是先将磁体充好磁再装配,这样造成装配过程很麻烦、合格率低的问题。如果超高磁感应强度充磁机能得到真正应用,Nd-Fe-Ba磁体将在电声器件中更会得到广泛的应用,对电声器件性能的提高和降低成本都是非常有意义的。
(3)   电声产品国标的修订研究
进入WTO以后,电声产品同其他产品一样,必须与国际接轨。首先,产品标准应该和有关国际标准一致。扬声器测量方法目前已在组织力量按照国际电工委员会(IEC)的IEC 60268-5:2003 E d.3.0版本修订。我国传声器的标准是上世纪90年代制定,测量方法参照了IEC标准,通用技术条件参照了日本工业标准JIS C 5502,这两个国家标准已在我国执行了15年之久。传声器测量方法IEC 60268-4:2004 E d.3版本已公布,新的传声器国家标准的修改制订工作势在必行。同时新的语言通信用传声器和耳机标准(IEC)版本也已公布。为了促进我国电声器件的进一步发展,更好地让电声产品走向国际市场,有关电声产品的国家标准的修订研究工作是非常重要的
2.技术开发类项目
(1)   数字和与数字音响设备配套的高档电声器件的研究开发
作为音响系统中的数字调音台等周边设备和数字功放相继研制成功及产业化,势必带动和促进作为音响系统始终端的电声器件的数字化发展。从而规范了数字音响系统中设备与电声器件的接口关系,保证数字音响系统最佳性能的发挥。
适应于等离子、液晶显示的超薄型电视机的性能和安装要求的超薄型扬声器下一步肯定会得到发展。
数字电视的播放,数字电视机的发展普及,DVD技术的进一步发展,为满足上述新的音响设备要求的新一代更高水平的扬声器(扬声器系统)是必须开发的。
(2)   新一代微型电声器件的研究开发
通信特别是无线通信事业的发展,手机小型化多功能智能化的特点更为明显,对配套的电声器件包括体积大小、安装方式、承受功率,一件多功能、音质等都会提出新的要求。目前常规使用的驻极体传声器和微型电动扬声器已经满足不了配套要求。“十一五”期间,微型电声器件应达到国际先进水平。更薄更小甚至片状结构新的换能方式如类似硅传声器的微小电声器件;一个共同磁路多个发声功能;将FET集成到某一零件中大大减小由于现有FET占领空间太大的驻极体传声器等微型电声器件无论在无线通信手机配套领域,还是隐蔽性更强的特殊场合都是非常重要的。
(3)   专业扩录音家庭录音用高档传声器耳机和扬声器系统的研究开发
专业扩录音家庭录音用的传声器、耳机、扬声器系统用量大,技术水平相对也比较高。目前我国相应产品的水平与国际同类产品确实还有一定差距。电声器件企业的任务是要赶上达到国际先进水平:15英寸专业扬声器承受功率应达到350W以上、灵敏度达99dB/1m1W;电容传声器的噪声在1.5μV(A–计权)以下;动圈传声器的频响应达到40–18000Hz、灵敏度达–52dB/Pa;专业耳机的频响应达到20–20000Hz;无线传声器达到专业级,并在失真度和音质方面提高产品水平,保证产品的一致性,提高工艺水平,彻底改善外观质量。这样,在专业扩录音、家庭录音等高水平要求的埸合就有我们应有的阵地
 (4) 新颖汽车音响扬声器系统的研究开发
汽车音响系统目前已达到包括DVD播放机,杜比5.1功放,1~2路、4~5路及1路超低音扬声器系统,对扬声器要求是全频带、低失真、承受大的电功率,低音重放强有劲等要求,而且功能和效果还在不断提高。可以这样讲,已经完全达到满足一个流动娱乐中心的效果。“十一五”期间,汽车音响系统的扬声器应达到国际水平:尺寸从4英寸、6.5英寸、6.5×9英寸直至12英寸、15英寸形成系列,采用有3~4只甚至6~7只不同频段的扬声器单元组成一个30-20000Hz全频带扬声器系统,12英寸汽车低音扬声器能承受150W(RMS)电功率,耐高低温-40??60℃以上,耐相对湿度95%以上等恶劣的环境。这样,我国的汽车扬声器完全能满足汽车工业的发展和汽车音响配套的需求。
(5)   特殊环境下使用的专用电声器件的研究开发
在许多特殊环境条件下使用的专用电声器件,它们应能适应恶劣的环境,满足特殊的要求,数量不多,但用户又少不了。电声器件企业还需花很大的人力物力去研制开发。例如:测试火箭发射塔附近高达150dB以上声压级的测量传声器;能有效完成在坦克、直升飞机内高达124dB以上噪声级状态下高清晰度通信使用的抗噪声送受话器;深潜水情况下,静态水压大、工作条件差,又要完成清晰度高的通信用送受话器;在耳聋助听器上使用能满足补偿听力损失特性的微型送受话器;能耐环境、高灵敏度、良好指向性的声向定位用的传声器等等。这些特殊环境下使用的专用电声器件,是国民经济各个部门不可缺少的。
(6)   新型电声器件高质量零部件的研究开发
前面已讲到电声器件优良的性能,一致性好,稳定可靠,很大程度决定于基础零部件的性能,所以继续不断研制开发新的零部件对电声器件性能的提高、技术的发展至关重要。
纸浆掺杂物、优良振盆和各种掺杂盆的开发。为有效改进纸盆的Rm Cm Mm三个参数而研制特种材料的振盆和在基础纸浆中掺加如羊毛、聚丙烯(PP)、生物材料等纤维,采用PP、发泡PP和防弹纤维布等高强度材料,控制打浆工艺和成型工艺,制作刚性好、质量轻、内阻尼大的优质锥体。研制内阻尼适宜、工艺可行,性能稳定的布边、橡塑边、发泡橡塑边等复合边。以实现整个锥盆刚性好、质量轻和合适的内阻尼的目的,提高了E/P的比值,最终达到优质振盆的目的。
研制高档动圈传声器、耳机、高音扬声器、微型扬声器上使用的各种有机振膜和复合型振膜。
研制轴向顺性大、径向顺性极小、大动态、高稳定的定心支片。使像芳纶(CONEX)、高熔点芳香族聚酰胺(NOMEX)及与棉的混纺物这样的高稳定性材料在定心支片零件上得到广泛应用。
研制耐高温、承受大功率的音圈。音圈在扬声器中是要承受电功率产生热的元件,大功率扬声器音圈的温度可达到200~250℃以上。采用耐高温漆包线和耐高温胶粘剂及散热效果好或耐温性能好的材料作音圈骨架研制耐温达250℃以上的优质音圈。使扁铜包铝线、扁铝线音圈在中高档高低音扬声器上得到普遍应用 。                                                                                
3.应用研究类项目
(1)   多声道音响系统的机理研究及电声产品
目前家用音响往多声道趋势发展,比如杜比5.1即是由左右主扬声器、中置扬声器、左右后环绕声扬声器及超低音扬声器组成。电信号的处理已有成熟的专利技术。在一个有限空间中,多声道源产生的声波交叉传播,这时就涉及到扬声器摆放的合理点和聆听者有一个最佳位置,同时音响系统各声道的声压大小、频率范围、方向性等电声学特性与聆听者的生理声学、心理声学特性都会对主观听感造成影响。这方面的研究目前已有有关部门在开展,但还有许多基础理论可去探讨。如何使扬声器系统去满足适应这种要求将是电声器件企业所关心的。
(2)   数字电声器件与音响设备,数字音频设备与电声器件配接系统研究
在音响系统中,尽管把每一环节做得很好,但搭配衔接得不合适就不会有最佳效果。在音响系统中信号源(包括传声器、DVD、CD等)与前置放大器的衔接,功率放大器与扬声器系统的衔接应该是不同的概念,在模拟器件时代已得到合理的解决,从而取得了良好的音响效果。数字前置放大器、数字功率放大器、数字传声器、数字扬声器的应用,就带来了一个数字器件与数字音响设备,模拟器件与数字音响设备,数字器件与模拟音响设备如何实现最合理的科学的衔接,还有待我们去研究探讨,以便让数字电声器件和音响设备的性能得到合理最佳的发挥。
4.产业化类项目
(1)   新颖微型电声器件产业化研究与建立
通信产业的发展给微型电声器件的研究开发指出了新的发展方向亦给电声器件配套带来了巨大的商机。微型电声器件用量大、要求一致性好。为了保证配套要求必须在零部件的加工和装配工艺上做工作,安排科学的工艺流程,配备先进的零部件加工设备,建立自动半自动装配线,设置部件、成品性能的检测仪器。做到微型电声器件生产流程合理,使生产效率得到提高,产品质量得到控制,一致性得到保证,真正达到满足通信设备配套的要求。微型电声器件结构原理不同,零部件加工要求,工艺流程亦会有差异。必须针对不同原理结构的电声器件建立专用的产业化设备,才能使其发挥真正的效果。
(2)   以高保真数字化推动新一代电声器件上档次和产业化的建立
高保真和数字化对电声器件的性能和一致性提出了要求,同时亦为相应的电声器件配套提供了希望。
满足配套要求造型新颖,工艺精良的专业音箱和家用音箱产业化的建立是提高扬声器系统品质的重要措施。
小巧佩戴舒适,电声性能优良的高质量耳机产业化的建立,可以为我国耳机这个门类产品得到蓬勃发展创造良好的条件。
高档歌唱传声器是除了扩声用传声器以外的一个传声器大门类,使用量之大不亚于扩声用传声器,扩大高档歌唱用传声器的生产能力可以为大大提高国产歌唱用传声器的配套率提供保证。
5.条件支撑与保障类项目
(1)   高质量优性能基础材料的研究和基地建立
电声器件优良的性能,很大程度上依赖于基础原材料的优劣,而相当一部分基础原材料作为电声器件企业已无能为力去研究开发。比如优质纸浆的研制、生产;优良性能的磁性材料的研制、生产;工艺性好、易操作、胶粘强度高、耐高温、快干的胶粘剂的研制、生产;均匀超细漆包线的研制、生产;声学性能良好、厚度非常均匀的有机薄膜等等这些专用纸浆,专用棉、合成纤维织物,专用胶粘剂及化工材料只能由政府部门统一协调,在可能的条件下得到规划安排,建立基地。不然的话,在一定程度上会制约我国电声器件技术的发展和性能的提高。
(2)   鼓励和支持有条件的企业建立技术开发中心,增强创新能力
企业的发展和在市场上参与竞争都需要产品,产品的开发和生产都要有人去完成。所以企业之间的竞争、产品之间的竞争,实际上最终反映在人员的竞争上。人的工作质量除了人本身的工作能力、工作态度以外,还应该有必要的工作环境来支撑。优秀的产品开发人员加上良好的开发机构和条件自然对产品开发的质量和速度起到决定性作用。
作为国家应该鼓励和支持有条件的电声器件企业建立技术开发中心,给予必要的支持。鼓励企业在产品开发方面增加资金投入,增强创新能力,在我国形成若干个产品开发能力和创新能力强、生产和质量管理队伍雄厚的骨干企业,那么我国的电声器件行业必定会得到再一次腾飞,进入持续快速发展的新时期。
 
 
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