一种球形瓷质音箱及制作方法与流程

本发明是涉及一种球形的瓷质音箱，更具体的说是涉及一种以中国景德镇瓷器原料及陶瓷生产工艺为基础制作的球形瓷质音箱。

背景技术

近百年音箱问世以来，木质六面体音箱始终作为音箱的主流形式一直延用到今天。

六面体音箱，由于音箱内各个面对声波的反射，如处理不当，这类音箱内部极易产生驻波，有损音质的重放。木材，特别是制作音箱用的高档木材，随着森林资源的枯竭，也成为稀缺材料。就木材本身而言，它密度低，材质中存在天然的孔洞。以木材制作的音箱，容易产生共振，普遍的存在声染色现象。木质音箱由于其材质、加工工艺等限制，对使用环境有相当的要求，随着时间和环境条件的变化容易发生形变、开裂而难以长期保存。六面体的单调形式也越来越不能满足当今人们对音箱审美的追求。为克服上述这些问题，人们在音箱放声形式、制作材料、造型美化等方面做了很多的探索。球形音箱以其箱内各点对称，能有效的抑制驻波产生的特殊物理形式受到人们的青睐。由于当前常用于音箱制作的各类材料(如高密度板、木材、金属、高分子材料等等)，在制作球形箱体，尤其是大型球形箱体的时候存在着加工工艺复杂、耗材、造价偏高等诸多问题，所以除在小型的电脑、蓝牙等普及水平的音箱领域有用塑料压制的球形音箱外，在高音质、大功率、大体积音箱中尚不多见。

瓷质材料在密度、气密性、稳定性、可塑性等方面都非常理想，中国传统的陶瓷造型工艺能轻松的完成球形壳体成型，可作为一种制作球形箱体的有效途径。瓷质体的不足之处是有易碎的缺点。根据现代科学研究其易碎的原因是瓷质体在冷却过程中瓷体内部会产生许多小裂纹，这些小裂纹在受到外力作用时或存在应力时，微小的裂纹会迅速扩展，致使瓷体破裂，只要设法消除外力或应力就能防止裂纹扩展，有效的克服瓷体的易碎缺点达到理想的要求。

中国陶瓷在近千年的发展中形成了一整套本民族无可替代的陶瓷制作和装饰工艺，尤以景德镇陶瓷(下简称景瓷)最为突出。青花手绘、颜色釉、釉上釉下彩、影青、半刀泥、堆雕等为景德镇工艺代表。把这些工艺结合到球形瓷质音箱上，实现了声学技术和美学艺术的完美结合。这种具有中国典型民族风格的新型音箱不但克服了木质音箱的不足之处，而且使人们在听觉享受的同时得到视觉享受的极大满足，必将拥有广阔的市场，为古老的陶瓷艺术开拓新的应用领域。

技术实现要素：

本发明针对木质六面体音箱存在的问题，通过合理的使用常规或改性瓷泥，用传统的陶瓷注浆或手工拉坯技艺完成一定容积、壁厚的两端开孔的球形瓷质音箱的坯体，在合理的施加景德镇传统或改性外釉装饰后，入窖烧制成球形瓷质音箱壳体。对壳体内部进一步强化处理后，固定好前后安装板，分别安装好选定的扬声器和低频辐射器、接线柱等配件，完成了球形瓷质音箱。见附图

该音箱克服了木质六面体音箱存在的不足和瓷体易碎的缺点，有机的将技术和艺术融合一身，使之形成了一种具有鲜明的中华民族风格的特色产品。

本发明是通过下述技术方案予以实现：

一、本发明通过以下技术途径改善瓷质箱体易碎的缺点。

1、选用景德镇优质高白釉瓷泥制作坯体，这种瓷泥烧制成瓷后玻化程度高于其他产地的瓷泥，瓷质密实坚固，只要选择适当的壁厚，成瓷的整体强度不低于木质箱体。为进一步增加瓷体的韧性可在瓷土中添加一定量的晶须进行改性。改性后的瓷坯烧制成型后，晶须和瓷体的晶体紧密结合，由于晶须强度很高不易拉断，在瓷体收到外力时承担大部分的外力负荷从而减轻了陶瓷晶体本身的负担，因而使裂纹不易产生，即使产生裂纹晶须纤维也能将它紧紧拉住，使裂纹不至于进一步扩展。试验表明：增加1％氮化硅晶须后生成的瓷体比不加晶须抗裂强度提高数倍以上。在瓷泥中增加一定量的氧化锌也有增加瓷体韧性提高抗冲击强度的作用。其机理是：足够小的氧化锌颗粒晶体，在瓷体中是以四方相存在，在外力或存在应力集中时，氧化锌晶体由四方相向单斜相转化，吸收了断裂能，增加了瓷体的韧性，起到了阻止断裂扩大的作用。

2、选用景瓷的常规面釉添加适当的氧化锆和微量的氧化钇等稀土进行改性，其机理如下：景瓷面釉无论是烧青花的透明面釉或颜色面釉，主要属于灰釉系列。这种釉其主要成分就是一种玻璃，它的缺点是虽有相当硬度但质脆，表面存在许多细小的裂纹，钢性有余，韧性不足。在面釉中添加适量的氧化锆烧成瓷后，氧化锆以四方相晶体存在面釉层，当面釉层受外力的作用时，四方相晶体向单斜相转化同时吸收能量，阻止了细微裂纹的扩展。原面釉添加氧化锆后会使熔点增高，添加适当的稀土氧化钇可调节改性后外釉，使之不改变原有釉的烧制温度。

3、坯体不施内釉，成瓷后在未施釉的内壁均匀涂一层树脂胶再贴一层纤维布，根据箱体设定的强度要求，可反复涂贴树脂胶、纤维布数层。固化后的树脂纤维复合物牢固的吸附在坯体上，在外力作用时由箱壁传到来的应力使该层发生弹性形变，吸收了外力，减少了外力的破坏作用。同时因为这种复合物牢牢的拉紧内壁，即使产生纹裂也不易进一步扩展。

以上三种方法，任何一种都能起到改善陶瓷易碎缺点的作用，可根据箱体对防裂等级的要求，采用一种、二种或三种方法的不同组合以满足期望的要求。试验证明：采用三种方法同时应用的瓷质箱体，比只采用常规瓷泥和面釉的瓷质箱体在同等壁厚的情况下相比，其抗裂性能可有几何级增长。

二、本发明通过以下设计和步骤完成球形瓷质音箱的全部制作：

按所设定的音箱放音的上下限频率要求，选用合适的扬声器。根据扬声器厂家提供的等效容积参数确定球形瓷质音箱的内外径、壁厚以及球形音箱前后孔的大小及金属安装环尺寸、各固定螺丝的预留位置。根据球形音箱的大小及希望的强度，选用常规或改性瓷泥采用注浆或手工拉坯的方法，按确定的尺寸完成瓷质音箱的泥坯并阴干。在泥坯上开好前后出声孔，去除浮尘后按照选用的方案对坯体实施面釉的装饰工艺，如手绘青花、釉下彩、颜色釉等。坯体完成外装饰后放入1300℃度温度的还原焰气窖火中烧制成瓷。成瓷后箱体内壁先均匀刷一层环氧胶，再贴一层纤维布，根据所设定的要求可反复涂布数层，静置固化后安装好前后金属环。在前安装环上安装上扬声器，后安装环安装低频辐射器、接线柱、连接线等部件。为保证箱体的气密性，在各部件之间均应加密封垫或密封胶，检查无误后煲机100小时，测试其频率特性是否达到要求的标准。最后为保护扬声器，选择一个对应口径的防尘罩安装到扬声器上，本发明音箱即告完成。

如前所述本发明的瓷质音箱由瓷质箱体、扬声器、安装环、低频辐射器等部组成，其相关技术、原材料、部件及有关数据分述如下：

一、常规及改性瓷泥：常规泥是由专业瓷泥厂生产的，用来制作瓷坯的基本材料，主要成分是瓷土，优选江西景德镇生产的高白釉泥，其主要成分为高岭土。该类瓷泥烧成后玻化程度高、瓷体洁白、密实坚固，相比其他产地的产品不易破裂。改性瓷泥是在常规瓷泥中均匀的添加入氮化硅晶须或碳化硅晶须及氧化锌后的产物。晶须添加物优选氮化硅晶须，添加量为所用瓷泥干物质的0.5～1.5％，优选为1％。氧化锌颗粒为纳米级产品，添加量为所用瓷泥干物质的0.5～5，优选为2％。

二、常规面釉、改性面釉以及表面装饰工艺：常规面釉指景瓷工艺中通常使用的透明面釉以及彩色面釉。改性面釉指的是在常规面釉内均匀加入二氧化锆和稀土氧化物的产物。氧化锆为纳米级，添加量为所用常规面釉干物质部分的0.5％-1.5％，优选为1％。稀土氧化物为氧化钇，添加量为所用氧化锆的0.5％-1.5％，优选为1％。面釉装饰工艺是指成瓷前后对坯体进行美化、装饰的手段。有手绘和贴花、釉上和釉下之分。成瓷前在坯体上用颜色作画后再施上透明面釉的方法俗称釉下彩，色彩能保持千年。本发明优选最具民族特色的青花釉下彩。成瓷后，在釉面上作图，有粉彩、新彩、法郎彩、描金等多种手段，本发明优选最有代表性的红铜、齐兰等颜色釉上作描金。面釉装饰是使本发明的球形瓷质音箱具有鲜明的民族风格和对其赋予无限的艺术价值的重要一环。中华陶瓷面釉装饰工艺有千年的沉淀，博大精深，在继承的基础上，创新改造、发扬光大与现代生活接轨是本发明的最重要目的。

三、烧结温度及烧窑工艺选择：陶瓷烧结大体分高、中、低三种温度，烧窑可用电窑和气窑两种，本发明优选高温(1300℃)还原焰气窑。

四、球形瓷质音箱容积、壁厚、内外径的计算：球形瓷质箱体为保证放音效果，其容积不得小于所选扬声器的等效容积，可用v＝πr³公式推算出球体内直径，考虑到烧制过程中坯体会缩小，为减化计算，经试验只要取坯体容积不小于扬声器等效容积的1.5倍，就能使音效得到保证，坯体容积越大低频重放越加有利，但不要大于2倍，以免浪费人工、原料。这个倍数原则上小型箱体取大些，大型箱取小些，以便保证低频效果。本发明所选用的景德镇高白釉瓷泥高温烧成的成瓷，其密度、坚实度、玻化度都大大优于其他产地，本身就有很高的强度，改性后的瓷泥烧制的瓷体在抗裂、抗压等强度上更进一步得到了大幅的提高。经多次试验，对于常规高白釉瓷泥坯可按下列公式估算壁厚就能满足基本的强度要求。对改性泥坯而言，这个厚度更可使强度得到保证。

综上所述可用下列三个公式综合确定所求坯体制作时的尺寸。

坯体容积≥1.5倍扬声器等效容积

五、扬声器：扬声器是本球形瓷质音箱的主要发声部件。为保证本音箱具有点声源的特性和高水平的放音功能，选择使用高保真点声源全频带扬声器单元，而不采用多个扬声器复合的形式。可选用单盆全频带扬声器、双盆全频带扬声器、点声源同轴全频带扬声器，优选单盆全频单扬声器。

六、低频辐射器：低频辐射器是近年来替代音箱倒相管的一项技术，合理的选择低频辐射器能大幅提高音箱低频效率，并能有效克服倒相管出口的气流声。原则上低频辐射器有效活塞面积不小于对应扬声器的振盆有效面积，本发明优选两者相等。

七、前后声孔的设计制作及相关部件的安装：前后声孔是为了安装扬声器、辐射器等发音部件在球形箱体上对称开的两个孔，原则上孔径应大于扬声器和低频辐射器要求的安装开孔，为了便于计算和制作本发明可采用下列公式：坯体开孔口径＝扬声器最大外径÷0.8。把孔口边缘修成了一个平面，沿口的宽度为1-5cm，见附图。以成瓷后箱体声孔沿口的尺寸为准，制作两个金属平面金属环，外径为声孔沿口外圆的尺寸，环内径为扬声器和低频辐射器所要求的安装开口孔尺寸。两环在合适位置四个方向上各打1个孔。用特制长螺栓经声孔贯穿箱体，两端装上金属环，涂上强力胶，用螺帽将环紧固箱体后再分别在环上安装好扬声器、低频辐射器、接线柱、联线等。

八、煲机：煲机是指在音箱制作检查无误后，通入扬声器额定功率一半的低频电流，使音箱连续工作100小时，其作用是通过长时间的低频工作，使新扬声器自动调整到最佳工作状态。为便于操作，选用50赫低压交流电接入，控制其工作电压的大小为

附图说明

附图1为本球形瓷质音箱的剖面示意图，分14个部分配合说明书发明内容所述进一步阐述球形瓷质音箱的原理、结构的特点。14个部分见附图所述，分别为：1、球形瓷质箱体2、长螺杆3、球形瓷质箱体开孔外沿4、前金属环5、螺杆固定用螺母6、扬声器7、后金属环8、低频辐射器9、接线柱10、接线柱固定用螺母11、扬声器连接线12、扬声器安装螺栓13、低频辐射器安装螺栓14、扬声器保护罩。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明作进一步描述

实验例1：

已知条件：所用常规高白釉瓷泥缩比为8缩，要求成品箱频率特性额定功率大于3w，外形球形，箱体体积大小适中，定位电脑的桌面高档次球形瓷质音箱。

第一步：根据已知的频率和功率要求，选用某品牌3寸单盆全频发烧扬声器，厂家给出参数为：阻抗4欧额定功率5w，有效振盆直径75mm，等效容量为0.8升，扬声器最大外径95mm，要求安装开孔直径70mm，同时选择3寸低频辐射器，安装尺寸和扬声器大体相同。

第二步：根据本发明所选方法，在所用常规高白釉瓷泥中添加其干物质的2％的纳米级氧化锌，以改进成瓷的韧性。为突出视觉效果，选用青花釉下彩工艺装饰，手绘青花缠支莲花纹。在所用常规透明面釉中添加其干物质的1％的纳米级氧化锆和氧化锆用量的1％的氧化钇。

第三步：确定球形坯体的尺寸，并按尺寸完成坯体的制作。根据本发明所述简化计算方法，取坯体容积为2倍扬声器等效容积。

坯体容积＝2x0.8＝1.6升则

坯体前后开孔＝9.5÷0.8≈12cm

开孔修沿口宽度取1.5cm，根据上述计算确定球形坯体的各项尺寸为：外径17.2+2x2.70＝22.6cm壁厚：2.75cm内径：17.2cm

前后孔：12cm孔沿口宽：1.5cm

根据上述球坯尺寸制取石膏模，用注浆法使用上述备用改性瓷泥做成毛坯，再通过修坯达到所定要求。

第四步：在坯体上用手工绘画青花缠技莲图案后施加上述改性面釉放入1300℃还原焰气窖烧制成瓷。

第五步：在成瓷箱体内壁涂环氧胶一层，贴玻璃纤维布一层后固化。

第六步：测量成瓷箱体出声孔实际直径为9.6cm孔沿口外沿直径10.7cm。用1mm厚不锈钢板制作两个圆环，外径为10.7cm内径为7cm，在离环中心点4.5cm处，四个方面各打一个φ4mm的孔，在环一面涂上强力胶，用4个φ4的长螺栓贯穿两边出声孔，用螺栓将两金属环围箱体两头紧固在球箱上。

第七步：将扬声器、低频辐射器等部件加密封垫，分别安装固定在两金属环上，和瓷质球箱成为一个整体，检查无误后接通3.2v的50赫交流电煲机100小时，测试音箱频响为满足设计要求。

第八步：选择一个合适的3寸的扬声器防护罩，安装在扬声器上，制作完成。

该箱从30cm处自由落体于木地板三次、无破损痕迹。外观青白相间，古朴典雅，两音箱用2.0声道放音音场宽阔，高低分明，具有大型箱的气概。给它们加配一对红木底座，更具有鲜明的民族特色。

实验例2：

已知条件：所用常规高白釉瓷泥缩比为8缩，要求成品箱频率特性：额定功率大于20w，定位适合家居摆放的高档中型瓷质音箱。

第一步：根据已知的频率和功率要求，选用某品牌5寸单盆全频发烧扬声器，厂家给出参数为：阻抗4欧额定功率60w，有效振盆直径110mm，等效容量为10升，扬声器最大外径135mm，要求安装开孔直径115mm，同时选择5寸低频辐射器，安装尺寸和扬声器大体相同。

第二步：根据本发明所述方法，在所用常规高白釉瓷泥中添加其干物质的1％的氮化硅晶须，以改进成瓷的韧性。为突出视觉效果采用釉上粉彩工艺装饰。在所用常规透明面釉中添加其干物质的1％的纳米级氧化锆和氧化锆用量的1％的氧化钇。

第三步：确定球形坯体的尺寸，并按尺寸完成坯体的制作。根据本发明所述简化计算方法，取坯体容积为2倍扬声器等效容积。

坯体容积＝2x10＝20升则

坯体前后开孔＝13.5÷0.8＝16.9≈17cm

开孔沿口平台宽度取1.5cm，根据上述计算确定球形坯体的各项尺寸为：外径38+8＝46cm。

壁厚：4.0cm内径：38cm

前后孔：17cm沿口宽：1.5cm

根据上述球坯尺寸，用手工拉坯法使用上述备用瓷泥做成毛坯，再通过修坯达到所定要求。

第四步：在坯体上施加上述改性面釉放入1300℃还原焰气窖烧制成瓷，在成瓷白釉面上用传统粉彩工艺按乾隆风格满工描画五彩图案，在烤花炉中二次烧制完成。

第五步在成瓷箱体内壁涂环氧胶一层，再贴玻璃纤维布一层，反复共贴三层静置固化。

第六步：测量这个成瓷箱体出声孔直径为13.6cm沿口外径15.9cm，用1.5mm厚不锈钢板制作两个圆环，外径为15.9cm内径为11.5cm，在离环中心点6.3cm处，四个方面各打一个φ4mm的孔，在环一面涂上强力胶，用4个φ4的长螺栓贯穿两边出声孔，将两金属环在箱体外侧夹固球箱，

第七步：将扬声器、低频辐射器接线柱等部件加密封垫，分别安装固定在两金属环上和瓷质球箱成为一个整体，检查无误后，接通11伏50赫交流电煲机100小时，测试音箱频响为满足设计要求。选择一个5寸扬声器罩固定在扬声器上，制作完成。从30cm处自由落体于木地板三次、无破损痕迹。此箱外观富丽堂皇，两音箱用2.0声道放音声场宽阔、大气磅礴、高低分明，具有大型箱的气概，加配一对红木底座，放在中式家具中，和谐一体极具观赏价值。

实验例3

已知条件：所用常规高白釉瓷泥缩比为8缩，要求成品箱额定功率大于100w，适合100m²的大厅所用高档大型箱。

第一步：根据已知的频率和功率要求，选用某品牌12寸全频同轴点声源发烧扬声器，厂家给出参数为：阻抗8欧额定功率150w。有效振盆直径25cm，等效容量为133升，扬声器最大外径26cm，要求安装开孔直径23cm，同时选择12寸低频辐射器，安装尺寸和扬声器大体相同。

第二步根据本发明所选方法，在所用常规高白釉瓷泥中添加其干物质的1％的氮化硅晶须和2％的纳米级氧化锌，以改进成瓷的韧性。为突出视觉效果，选用景市郎红釉加描金图案工艺装饰，手工绘花边及装饰花纹。在所用常规郎红面釉中添加其干物质的1％的纳米级氧化锆和氧化锆用量的1％的氧化钇。

第三步：确定球形坯体的尺寸，并按尺寸完成坯体的制作。根据本发明所述简化计算方法，取坯体容积为1.5倍扬声器等效容积。

坯体容积＝1.5x133＝200升则

坯体前后开孔＝26÷0.8＝32.5cm

开孔沿口宽度取5.0cm，根据上述计算确定球形坯体的各项尺寸为：外径80+2x6.8＝93.6cm

壁厚：6.8cm内径：80cm

前后孔：32.5cm沿口宽：5cm

根据上述球坯尺寸，用手工拉坯法使用上述备用瓷泥做成毛坯，再通过修坯达到所定要求。

第四步：在坯体上施加上述改性郎红釉放入1300℃还原焰气窖烧制成瓷，成瓷后在郎红釉面上采用手绘描金工艺装饰，按乾隆彩釉描金石榴瓶的花纹为参考满工用金水描画，放入烤花炉中二次烧成。

第五步：在成瓷箱体内壁涂环氧胶层，贴玻璃纤维布反复三层固化。

第六步：实测这个成瓷箱体出声孔直径为26cm孔沿口外沿直径26.4cm，用2mm厚不锈钢板制作两个圆环，外径为26.4cm，内径为23cm，在离环中心点12.5cm处，四个方面各打一个φ5mm的孔在环一面涂上强力胶，用4个φ5的长螺栓贯穿两边出声孔，用螺栓将两金属环在箱体外侧夹固球箱。

第七步：将扬声器、低频辐射器等部件加密封垫，分别安装固定在两金属环上和瓷质球箱成为一个整体，检查无误后，接通24.5v50赫交流电煲机100小时。测试其频响为满足设计要求。选择12寸扬声器罩固定在扬声器上，制作完成。此箱外形硕大，古朴典雅、喜庆庄重。两音箱用2.0声道放音声场宽阔，音色平衡。这对箱加配一对大型红木底座，无论是放声还是观赏都是极其震撼。充分展现了陶瓷艺术和音乐艺术的无限美感。

本发明在生产和应用中具有以下积极意义：

1、能克服木质六面体音箱的不足，特别能长时间保存。

2、能减少木材的使用从而减少对森林资源的破坏。

3、克服了陶瓷易碎的缺点，为陶瓷应用打开了一个新的途径。

4、充分发挥了中华民族陶瓷艺术上千年的优秀技艺，完美的展现了艺术和技术的统一，满足了人们对审美的不断追求。