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喇叭的可靠性和可靠性試驗介紹
更新時間： 2016-04-18 點擊次數： 2659次喇叭的可靠性和可靠性試驗介紹
揚聲器的可靠性和可靠性試驗的主要問題，從試驗目的、試驗應力和失效數據等方面討論了揚聲 器可靠性和可靠性試驗，在揚聲器的設計和制造階段進行可靠性工作十分重要。
【關鍵詞】揚聲器；可靠性；可靠性試驗；可靠性技術
【Abstract】In this paper，the main prohelems of loudspeaker reliability and loudspeaker reliability test are described．The test purpose，test stress and aging data of loudspeaker reliability test are discussed，hence the impor- tanee of the the reliability test in loudspeaker’S design and manufacturing．
【Key words】loudspeaker；reliability；reliability test；reliability technology
1 引言
在人們的日常活動中，經常會涉及到產品的可靠 性問題。但是可靠性學科的誕生并不久遠，一種說法是 以AGREE——美國電子設備可靠性咨詢組(Ad— visory Group on Reliability of Electronic Equipment) 的報告于1957年7月在美國的發表為 標志。從那時 起，可靠性技術在4O多年的應用和發展中，經歷了萌 芽、發展和成熟的過程Ⅲ。中國從2O世紀5O年代中期 開始建 立了可靠性試驗基地，推動了國產元器件的可 靠性進程，為今天國產元器件廣泛地進入世界市場打 下了良好的基礎。
中國已經成為揚聲器制造大國，但還沒有成為揚 聲器制造強國。隨著產量的劇增，質量和可靠性尚有待 提高。其實揚聲器 的可靠性是中產品的重要特征， 對于這一點，有些揚聲器制造商認識是不夠的，概念也 很模糊。所以要扭轉只重視揚聲器 性能指標設計，忽視 可靠性設計的傾向，充分認識可靠性的內涵和意義。
2 揚聲器的可靠性
2．1可靠性的定義和適用范圍 揚聲器可靠性的定義是：“揚聲器產品在規定的條 件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。 ”它是揚 聲器產品出廠后的時間質量指標，用來描述揚聲器在使用過程中是否易損壞和可靠程度。隨著用戶要求的 提高，揚聲 器結構越來越復雜(如汽車揚聲器)，輸出功 率越來越大(如PA揚聲器)，使用環境越來越嚴酷(如 戶外揚聲器)，將會導致揚聲器產品的可靠性水平下 降。同時如采用新材料、新工藝或新技術，也會使揚聲 器不可靠的因素增多。
揚聲器的可靠性還可定義為：“揚聲器產品在規定 的條件下和規定時間內所允許的故障數。”數學表達式 為平均故障間隔時間(MTBF)。可認為隨機故障是不可 避免和可接受的，也就導致由于設計原因或制造過程 引起的故障，只要在允許數之內，往往不再作進一步的 追溯。為此，早在1995年上就開始對傳統的可靠 性定義和隨機失效無法避免的舊觀念提出了質疑，同 時在可靠性工程中開始推行失效物理方法。在歐洲也 開始用無維修使用期(MFOP)取代原先的MTBF，故障 率浴盆曲線分布規律隨之被打破[21。因此，結合失效物 理方法和失效分析方法_3_，設計出不存在隨機失效的 揚聲器產品或許不是一種妄想。有相當多的國外企業 在這方面已進行了有成效的工作。
可靠性定義中的“規定的條件”決定了可靠性的范 圍很廣，產品的可靠性與產品的工作狀態、使用條件、 儲存運輸的環境 條件有很大的關系。條件可分為使用 條件和周圍環境條件兩大類。使用條件是指進入產品 內部而起作用的應力條件，包括各種 電應力、化學應力 和物理應力等。周圍環境條件包括溫度、濕度、氣壓、有 害氣體、霉菌、鹽霧、沖擊、振動和輻射等各種環境應力 條件。從這個意義上來說，環境試驗也歸屬可靠性試驗 范疇。這些應力條件可以單獨施加也可以綜合施加，綜 合施加對揚聲器產品的可靠性影響將更為顯著。
2．2可靠性技術
2．2．1 降額設計 降額設計的目的是通過設計，使揚聲器工作時，讓 對揚聲器可靠性影響較大的關鍵部件承受的應力適當 低于常規水平，從而降低其基本失效率。在揚聲器系統 設計中，降額設計應用得比較普遍。在揚聲器單元設計 時，采用較大面積的定位支片、較大口徑的音圈、引線 及引線的整形設計等都體現了降額設計的思想。
2．2．2 冗余設計 冗余設計的思想由于成本的關系，在揚聲器或揚 聲器系統的設計中體現得并不充分。多股編織線的應 用或雙定位支片的采用或許可以體現一些冗余設計的 思路。
2．2．3 熱設計
揚聲器的故障率會隨著工作溫度的增加而上升， 為降低失效率，就必須降低工作溫度。Henricksen C． A．從理論上對揚聲器的熱傳導機理作了討論[41。揚聲 器的發熱原因主要是音囤的發熱，所以降低揚聲器工 作溫度可以從降低音圈的發熱和提高音圈和磁路的散 熱著手。揚聲器的熱沒計方法有：(1)通過在極芯、定位 支片、盆架、紙錐根部、音圈骨架上設計通孑L形成散熱 通道。同時也須注意防止設計不良產生氣流噪聲。(2) 使用磁流體，提高音圈散熱能力。該方法有時不能與方 法(1)并用。(3)使用黑色器件，提高器件的熱輻射和熱 傳導能力。(4)在成本允許的情況下，增加散熱片進行 散熱。(5)對于*功率且連續使用的揚聲器，可能需 要采用油冷或水冷技術才能提高可靠性。(6)提高材料 和膠粘劑的耐熱。很多揚聲器設計人員在碰到問題時 會本能地采用這個辦法，但是單純提高材料和膠粘劑 的耐熱并不是好的可靠性設汁思路。因為膠粘劑和材 料的穩定性有可能成為揚聲器可靠性提高的不確定因 素。當然，在使用橡膠或塑料部件時，仍需特別關注這 些部件對溫度或溫度沖擊的耐受性。
2．2．4可靠性預計 可靠性預計一直存在爭議，有人提出應使用可靠 性估計這個詞，因為在實踐_中發現可靠性預計與產品的實際可靠性關聯很小，缺乏經驗或應用不當只能產 生低劣的設計。在GJB／Z299B一98《電子設備可靠性預 計手冊》圈中，沒有像其它元器件那樣給出揚聲器失效 率數學模型，而是直接給出揚聲器的工作失效率為 p=O．13xl0~／h。
3 揚聲器的可靠性試驗
由于揚聲器的用戶范圍極廣，揚聲器可靠性的試 驗方法大同小異，但是在試驗應力和失效判據上存在 一定差異，所以筆者主要從試驗目的、試驗應力和失效 判據方面作討論。
3．1可靠性試驗分類 可靠性試驗通常分為環境試驗、壽命試驗、篩選試 驗、現場試驗和鑒定試驗等。揚聲器的可靠性試驗經常 接觸到的是環境試驗、壽命試驗和現場試驗。 揚聲器的Z大噪聲功率試驗在某種程度上可以反 映揚聲器可靠性的狀態，但并不是嚴格意義上的可靠 性試驗。然而因為其試驗方法、試驗應力和失效判據 等，與其它可靠性試驗項目有很大的關聯，一些爭議也 源于對該試驗的認識，需要作一些討論。 該試驗項目的節目源濾波器常見的有GB，IEC， DIN、JIS、EIA和IHF等，前4項是等效的，有些用戶可 能不是很了解，需要作好解釋。相當多的國外用戶，尤 其是大用戶要求在20 Hz～20 kHz范圍內進行試驗，這 與GB標準的規定是有區別的，試驗結果表現為失效 率升高。 、 GB廠r9397—1996《直接輻射式電動揚聲器通用規 范》閻中對失效判據的描述是“試驗后應無熱損傷和機 械損傷，并符合4．2要求”。通用規范中4．2要求是對發 聲異常的判定，發聲異常是指無聲、碰圈、明顯垃圾聲、 嚴重異常聲和機械聲等。所以試驗失效判據應該并列 分為兩類，*類是熱損傷和機械損傷，第二類是發聲 異常。實際的情況是第二類失效(發聲異常)發生時，一 定出現了*類失效(熱損傷和機械損傷)。*類失 效(熱損傷和機械損傷)發生時卻不一定就能明顯覺察 出第二類失效(發聲異常)，例如揚聲器的多股編織線 斷了若干股，已出現打火現象，在特殊環境下使用已具 備危險性，但是純音檢聽仍能符合通用規范中4．2要 求。又例如使用塑膠部件的揚聲器，塑膝件出現變形或 熱熔現象，在試驗室條件下純音檢聽也能符合通用規 范中4．2要求，但是由于實際使用條件或安裝條件的 差異，卻可能使揚聲器塑膠件的該類變形或熱熔現象趨于嚴重而導致失效。所以僅以第二類失效作為該試 驗的失效判據是片面的，這是產生試驗結果爭議的主 要原因。 有些用戶對試驗前后的揚聲器指標的變化幅度會 提出要求，如諧振頻率、阻抗和靈敏度等，變化幅度如 給得較小，對中低檔揚聲器而言，有相當的難度。 試驗后的純音檢聽功率，有相當多的用戶要求在 額定功率下檢聽。
3．2壽命試驗
揚聲器的壽命試驗是揚聲器可靠性試驗的重要內 容，通過這個試驗，可以了解產品的失效規律、失效率 和平均壽命等可靠性特征量。為了解決試驗樣品數量 和試驗周期的矛盾，可以采用加速壽命試驗。加速壽命 試驗分為恒定應力加速壽命試驗、步進應力加速壽命 試驗和序進應力加速壽命試驗。SJ／T10601-94t71((家用 揚聲器可靠性要求及試驗方法》和EIA一426B-1998f8 (Loudspeakers，Optimum Amplifier Power)提供了揚 聲器的壽命試驗和恒定應力加速壽命試驗的方法。 AES2—1984(r2003)t91(AES Recommended Practice Specification．of Loudspeaker Components Used in Professional Audio and Sound Reinforcement)可利用 作為揚聲器步進應力加速壽命試驗的參考。步進應力 加速壽命試驗可以用來確定揚聲器承受安全電應力的 極限水平，在對不同批次或不同廠家的揚聲器進行比 較時，便于探明工藝變化或設計變化對產品性能的影 響。需要注意的是：揚聲器步進應力加速壽命試驗只應 作為揚聲器恒定應力加速壽命試驗的預備試驗或揚聲 器恒定應力加速壽命試驗的補充試驗。 在進行揚聲器壽命試驗時，對試驗樣品的監控保 證了試驗結果的準確性。由于揚聲器特別是大功率揚 聲器的特殊性，監控通常比較困難。利用PC平臺的試 驗設備可以較好地解決這個問題。國內已開始生產這 種儀器。
3．3機械試驗
GB／T9397—1996《直接輻射式電動揚聲器通用規 范》 規定了揚聲器的基礎機械試驗內容，可以參照執 行。但是有些用戶尤其是大的汽車制造商，給出的要求 高于該標準。例如跌落試驗，增加了無包裝跌落項目， 有包裝時跌落方向為一角三邊六面；滑落沖擊試驗，角 A從6O。增加到75。，滑落直線距離從600 mm增加到 l 000 mm；碰撞試驗，增加門撞擊試驗(現場試驗)，波 形為近似半正弦波，加速度300 m／s ，持續時問6 ms，撞擊次數100 000次，揚聲器垂直安裝。
3．4氣候環境試驗 氣候環境試驗主要是指溫濕度試驗。汽車或戶外 揚聲器試驗溫度范圍可能擴大31J-4o-85。C。
3．5溫度循環沖擊試驗
揚聲器的溫度循環沖擊試驗是揚聲器的極限應力 試驗的一種。該試驗的目的是評價揚聲器承受高 溫 與低溫的能力，以及高溫與低溫的交 替變化對揚聲器的影響。由于揚聲器設計或工藝的原 因，不少揚聲器在這個項目上會出現失效。例如布折環 會出現變形等。對于不同的客戶，該試驗的應力及應力 施加周期會不同。不同的應力及應力施 加周期會得出 不同的結果，相互問并不具備可比性。
3．6 鹽霧試驗和交變鹽霧試驗
揚聲器鹽霧試驗㈣的試驗目的存在認識上的誤 區，與廣泛持有的觀點相反，該試驗不是模擬海洋大氣 的影響，而是主要用來評價保護涂層的質量和均勻 性。 模擬海洋大氣影響的試驗是交變鹽霧試驗l11】。交 變鹽霧試驗的嚴酷等級分為6級。其中3-6級適用于 在含鹽大氣和干燥大氣頻繁交替使 用的產品，例如汽 車及汽車零部件。目前，揚聲器該類試驗的失效判據沒 有統一認識，令人頗為困擾。
3．7太陽輻射試驗
揚 聲器的太陽輻射試驗口 是評價太陽輻射對戶外 或汽車揚聲器所產生的熱效應或光化學效應，試驗溫 度低溫25。C，高溫40。c或 55。C。主要失效是外觀和機 械失效，特別是揚聲器的塑膠部件和帶涂層塑膠部件。 該試驗實施前提是揚聲器產品在使用時暴露 在太陽輻 射下。所以要求揚聲器做太陽輻射試驗的客戶并不是 很多。
3．8淋雨試驗
主要用來觀察汽車或戶外揚聲器對水的滲透性和 密封性。通常揚聲器廠不具備淋雨試驗的主要試驗設 備下雨室，所以該試驗一般由整車廠完成。整車廠根據 試驗結果將揚聲器分成不能暴露于水、有滲水性、無滲 水性和防水等若干等級，然后按照揚聲器在汽車上使 用部位的不同，選擇不同等級 的揚聲器。
3．9其它試驗
氣壓、有害氣體、霉菌和粉塵試驗基本上未在揚聲 器上實施。限于篇幅，不再贅述。
4 揚聲器的可靠性試驗設計
為了評估產品的可靠性，必須采用合理的試驗方 案，不同的試驗方案會得出不同的結果，相互問并不具 備可比性。有時為了盡快找出問題，需要進行加速試驗 或極限應力試驗，做這些試驗時，要注意應力的增加不 要破壞原有的失效分布規律，否則加速試驗或極限應 力試驗的結果是可疑的。可靠性試驗設計應包括試驗 樣本的規定、試驗條件的確定、試驗截止時間的確定、 測量周期的確定和失效判據的確定等幾個方面。
5 結束語
可靠性學科和可靠性物理學是成熟較晚的學科， 揚聲器在可靠性方面尚有很大的研究空間。揚聲器可 靠性技術應該貫穿于揚聲器的整個壽命期內，在產品 的設計和制造階段進行可靠性工作，對于提高產品的 固有可靠性十分重要。在進行可靠性試驗工作前，揚聲 器制造商可能需要與用戶開展充分的溝通，便于可靠 性工作的順利開展。
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