音箱设计指导书
作者 广州白云技师学院 李柏雄 其实音箱的设计并不难，难的是如何才能具有这方面的知识。这本设计指导书希望能给各位玩家一个交代，当然并不是说任何人都可成为内中高手。请相信，一般来说你的第三对自制音箱才能称得上是你的成功作。1. 基本设计这里要谈的主要是箱体的设计。箱体及倒相管的最佳值可根据下述TS参数来计算。Fs：单元的谐振频率暗访设备 Qts：单元谐振频率下的Q值 Vas：单元的等价换算容积 关于Q值Q值的含义如下： Qms机械系的顺性= wM/Rms Qes电气系的顺性= wM/real(A^2 / Zes) = wM/(A^2 * Res / |Zes|^2) -> wM/(A^2 / Res) Qts（ Qms+ Qes）= 1/(1/Qms + 1/Qes) = wM/(Rms + A^2 / Res) M: 振动系质量w: 谐振角频率Res: 音圈的直流阻抗。从单元侧来看的放大器与分频器的阻抗也加算在内Rms: 振动系的机械阻抗A: 阻尼系数。以1安培电流流过音圈时，振动系上被施加有多少牛顿的力来表示 从上述来看，Q值似乎可以被看成为谐振系的实成分(R)与虚成分(wM或1/wC)的比。虚成分越大，则谐振系所保持的动能就越大；实成分越大，则消耗的动能就越大，故Qts越低，谐振就越早被衰减。因此，所谓易于驱动的喇叭指的就是Qts低的喇叭。 关于Qts的特征：Qts将随着Qms与Qes的任一方变小而变小。就是说，只要电气或机械的任一方的制动性好即可。 关于Qms：Rms越大，即摩擦越大，Qms就越小，制动性能越好。不过，Rms要是太大，谐振将被抑制，低音则出不来。因此，对于低音喇叭来说，为了有好的低频重放能力，Rms都设计得很小。相反地，对于高音单元来说，制动优先，Rms都很大。高音单元封装 液磁为的就是这个。
关于Qes：Res变小或A变大，Qes即会变小。即
１）．将A做大。为此可加强磁钢磁性，增加音圈的匝数。
２）．将Res做小。使用电传导性能优异的线材绕制音圈。使用输出阻抗低的放大器。使用粗的连接线材。不使用分频器。或使用串接陷波滤波器。
总结
从Q值来看一个好的喇叭单元应该是：
磁钢强大。直流阻抗相对的低。有适当的Rms。振动膜轻。谐振频率低。
然而，全部满足上述要求是不可能的，若全部满足了的话，将变成一个具有高频段被极端加强了的f特的喇叭。我们只能要求一个兼顾平衡的最佳值。将来，可用数码滤波器对f特与相位进行补偿，那是另一回事了。
设计中要注意的是Qts值，此数值因阻尼系数而变化。阻尼系数低，则固废焚烧Qts升高，低域的谐振频率附近将呈上升的F特（频率特性）。阻尼系数亦会因分频器（若是低音喇叭，则起因于电感的内阻及串接电阻Rs）而下降，因此设计时要考虑到这些。换句话说，即先决定分频器和喇叭单元后再进行箱体的设计。
在分频点以2000Hz以上居多的2waysystem中，Qts的上升不过为10％，500Hz以下的3way系统中箱体的设计将大为不同。
至于箱体的尺寸，取不易产生驻波的比率即可。边长的比率以3：4：5最为著名。若内尺寸为30ｘ40ｘ50ｃｍ的话将可得到60升容积的箱体。15ｘ20ｘ25的话将达到75升。当然计算容积时要去除内部加强筋和倒相管，以及喇叭单元所占据的体积。
将障板（安装喇叭单元的平面）进行某种倾斜以减少障板中央面积的做法经常被采用，但在定量上该如何做，还没有一个固定的说法。我做过的箱体中倾斜的就较多。实际上四方体是会产生驻波的，为此要使用吸音材料。但可以不必在意工作在100Hz以下的低音单元所带来的驻波影响。想想看为何？若声波速度为340ｍ/s，那么100Hz的λ/2硫化床（1/2波長）是多少？
2. Closed Box：封闭箱
推荐新手们先制作密封型的系统。因为其它类型的箱体制作起来相对困难，并且由于是自行设计制作，若没有进行阻抗测定的话使用起来心情肯定不怎么样。后期调校是必要的。倒相箱如此，号筒箱更不用说了。
优点：
设计自由度广，认真制作的话一般都将OK。不用测定仪。 计算简单。 rbd-508制作容易。 相位特性优秀。 箱体小。
缺点：
低音量感不如其它类型的音箱。在箱体设计上，将箱体容积视为参数，系统的Q值将随之而变化。当达到1/√2时，F-3dB（频率特性-3ｄB时的频率）最低。封闭箱的场合仅此而已。
3. Ported Box：倒相箱
倒相型的设计顺序为：
1）挑选与放大器相匹配的喇叭单元。
2）设计分频器。
3）设计箱体。
与放大器相匹配的这种说法，仅针对内阻在10欧以下的胆机玩家。内阻有100欧以上的晶体管放大器（FET,双极型）的场合，分频器的影响占支配地位，可以跳过1）来设计。
在设计上要注意的是，不要取比计算所求得的最佳容积大的箱体，因为相位特性将会劣化。
常见的倒相管虽然以圆管为多，但只要横截面积相同，什么形状都可。只是，过于扁平的截面形状将使实效截面积减少。考虑到驻波问题，倒相管位置不要过于靠近箱体边缘即可。由于低音没有什么指向性可言，故有很多箱体将倒相管设在背面。
刚才提过，倒相箱的场合必须测定其阻抗特性以便对管长进行微调整。看看市售的音箱基本上都是倒相型的，就可知道倒相型的完成度还是相当高的。在封闭箱上要实现32Hz的低音是难的一件事，这就是近来的单元几乎都以倒相箱为前提设计的原因。
关于喇叭单元的阻抗、机械系的阻抗Zms见下式
F == Zms * V (1)
F:施加于振动系的力
V:振动系的速度
阻尼系数A以1安培电流流过音圈时，振动系上施加有多少牛顿的力来表示，如下式
F == A * I (2)
F: 施加于振动系的力、I:电流
一般情况下，由于F = B * L * I
B:磁束密度
L:磁导体长度（音圈在其中运动的磁腔长度）
故A == B * L另外，由于振动系发振导致音圈产生的逆向电压 = V * B * L = AV
给喇叭施加电压板栗剥壳机E时，就有下式
E = Zes * I + A * V (3)
将(1)(2)代入(3)，则
E = (Zes + A^2/Zms) * I ，故喇叭的阻抗Z为Z = Zes + A^2 / Zms
即，Zms的值为Zms = Rms + j(wMms - 1/wCms)
Zms:机械系阻抗
Rms:等价机械阻抗（包括放射阻抗）
Mms:振动系质量（包括附加质量）
Cms:等价顺性
Zes的值为
Zes = Res + jwLes
Zes:电气系的阻抗
Res:音圈直流阻抗
Les:音圈的感抗
理解了上述内容后再看看阻抗曲线，应该会明白许多了吧。
阻抗的最低值用Res来表示。
高频段的阻抗上升是由Les引起。
谐振频率点的波峰形状表示的是机械阻抗的波形。
谐振频率点的波峰幅度大小与A^2成比例。
基于上述，机械驱动性好的单元，谐振频率处的波峰流畅且宽阔。
电气驱动性好的单元的Qes小，故A^2/Res大。即谐振频率的波峰大，Res小。
让我把话题回到倒相箱上。要制作倒相箱,在单元取向上当然是挑选适合倒相箱的，但其Qts若大于1/√3（约0.57）的话，F特就变得不平坦了。另外，Qts太大的话倒相管的谐振频率与箱体的谐振频率在频带上将离得很开，这对整个系统来说不是一件好事。在计算上Qts大的话F-3dB将下降，有人喜欢那样做，不过在定论之前有必要进行不断的重复试听，对听感上的特征的把握还是必需的。
4．分频器
下面列举了6dB/oct或12dB/oct的2Way系统设计上所必须要用到的公式。
衰减器的衰减量n dB，讲述出声压下降n Db的回路。
+ -----R1-----+-----+
| |
R2 Speaker
| |
- ------------+-----+
R1 = Res * {1 - 10^(-n/20)}
R2 = Res * 10^(-n/20)/{1-10^(-n/20)}
Res : 喇叭的直流阻抗
串接陷波滤波器
从放大器侧看去，对喇叭单元阻抗曲线中谐振频率处的波峰进行切除的回路。一般用于Qms大的高音喇叭的6dB/oct衰减的场合。
+ -----+-----+
| |
L |
| |
C Speaker
| |
R |
| |
- -----+-----+
L = Qes * Res / w0
C = 1 / (Qes * Res * w0)
R = Res + Qes * Res / Qms
Res : 喇叭的直流阻抗
Qes : 电气系的Q
Qms : 机械系的Q
w0 = 2 * PI * fs
fs : 谐振频率
PI : 3.141592
一些厂家的高音单元参数中经常没有提供Q值，可通过以下来求得。
L = Mms* Res^2 / A^2
C = A^2 / (w0^2 * Mms * Res^2)
R = Res + Res^2 / (Z0 - Res)
Z0 : 谐振频率处的阻抗
Mms : 振动系质量
A : 阻尼系数
低音喇叭的阻抗补偿
从放大器侧来看，消除喇叭单元阻抗曲线中由Les导致的上升的回路。
+ -----+-----+
| |
C |
| Speaker
R |
| |
- -----+-----+
R = Res
C = Les / Res^2
Res : 喇叭单元的直流阻抗
Les : 喇叭单元的感抗
6dB分频线路
+ -----C1-----+
|
Tweeter
|
- ------------+
+ -----L1-----+
|
Woofer
|
- ------------+
Rt == 高音单元的直流阻抗
Rw == 低音单元的直流阻抗
f == 分频点频率
w == 2 * PI * f
Butterworth方式
C1 = 1/ (Rt * w)
L1 = Rw / w
12dB分频线路
+ -----C1-----+-----+
| |
L1 Tweeter
| |
- ------------+-----+
+ -----L2-----+-----+
| |
C2 Woofer
| |
- ------------+-----+
Rt ==高音单元的直流阻抗
Rw ==低音单元的直流阻抗
f ==分频点频率
w == 2 * PI * f
Linkwitz-Riley方式
C1 = 1 / { 2 * (Rt * w) }
L1 = 2 * Rt / w
C2 = 1 / { 2 * (Rw * w) }
L2 = 2 * Rw / w
Bessel方式
C1 = 1 / { root3 * (Rt * w) }
L1 = root3 * Rt / w
C2 = 1 / { root3 * (Rw * w) }
L2 = root3 * Rw / w
Butterworth方式
C1 = 1 / { root2 * (Rt * w) }
L1 = root2 * Rt / w
C2 = 1 / { root2 * (Rw * w) }
L2 = root2 * Rw / w
Chebychev方式
C1 = 1 / (Rt * w)
L1 = Rt / w
C2 = 1/ (Rw * w)
L2 = Rw / w
为何要使用吸音材？其一是吸收驻波，其二是衰减Q值。
若存在驻波的话，特定的频率将会被强调，这是很不希望出现的。应该结合箱体的尺寸比例来进行吸音处理。箱体的6个面中，相面对2个面中取其1面共计3个面的吸音，在箱体正当中的吊装吸音，或在单元后方的粘贴等等，有各种的吸音处理方法。
对Q值的衰减是在低域的频响不平坦，谐振频率附近有被强调的情况下才采用的。F特即使平坦了，也有的玩家会说这样的声音不一定好听。在倒相箱上，由于衰减了Q值后其相位特性亦将产生变化，故吸音处理以仅仅能够抑制驻波的程度为妥。
吸音材料有玻璃棉，粗毛毡，细羊毛，以及厂家的专用吸音材等。最近还有人使用硬毛毡，石墨毛毡等，在效果上大相径庭，不过有人说硬毛毡对低域的吸收率高，有人说石墨毛毡在全频段的效果都很好，这只是个各人取舍的问题。我个人喜欢细羊毛或不易出粉灰的吸音材。
最后，有一句关于吸音处理的名言，我记得很牢：吸音处理属于一种有诀窍的技术，我认为大家都不会轻易外传，我也将闭口不谈。
广州白云技师学院
2012—05--12
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议