《音箱设计指导书》word版

1、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 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/RmsQes电气系的顺性= wM/real(A2 / Zes) = wM/(A2 * Res / |Zes|2) - wM/(A2 / Res) Qt

2、s（ Qms+ Qes）= 1/(1/Qms + 1/Qes) = wM/(Rms + A2 / 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

3、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）将A做大。为此可加强磁钢磁性，增加音圈的匝数。）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。

4、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1

5、0，500Hz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304050的话将可得到60升容积的箱体。152025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340/s，那么100Hz的/2（1/2波

6、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。 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-3B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

7、。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

8、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E时，就有下式 E = Z

9、es * I + A * V (3) 将(1)(2)代入(3)，则 E = (Zes + A2/Zms) * I ，故喇叭的阻抗Z为Z = Zes + A2 / 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 + jwLesZes: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

10、抗的波形。 谐振频率点的波峰幅度大小与A2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A2/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/

11、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 / w0C = 1 / (Qes *

12、Res * w0)R = Res + Qes * Res / QmsRes : 喇叭的直流阻抗Qes : 电气系的QQms : 机械系的Qw0 = 2 * PI * fsfs : 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* Res2 / A2C = A2 / (w02 * Mms * Res2)R = Res + Res2 / (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 | | S

13、peaker R | | |- -+-+R = ResC = Les / Res2Res : 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 * fButterworth方式C1 = 1/ (Rt * w)L1 = Rw / w12dB分频线路+ -C1-+-+ | | L1 Tweeter | |- -+-+ -L2-+-+ | | C2 Woofer | |- -+-+Rt =高音单元的直流阻抗Rw

14、 =低音单元的直流阻抗f =分频点频率w = 2 * PI * fLinkwitz-Riley方式C1 = 1 / 2 * (Rt * w) L1 = 2 * Rt / wC2 = 1 / 2 * (Rw * w) L2 = 2 * Rw / wBessel方式C1 = 1 / root3 * (Rt * w) L1 = root3 * Rt / wC2 = 1 / root3 * (Rw * w) L2 = root3 * Rw / wButterworth方式C1 = 1 / root2 * (Rt * w) L1 = root2 * Rt / wC2 = 1 / root2 * (Rw * w) L2 = root2 * Rw / wChebychev方式C1 = 1 / (Rt * w)L1 = Rt / wC2 = 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