《音箱設計指導書》word版

1、音箱設計指導書作者廣州白云技師學院李柏雄其實音箱的設計并不難，難的是如何才能具有這方面的知識。這本設計指導書希望能給各位玩家一個交代，當然并不是說任何人都可成為內中高手。請相信，一般來說你的第三對自制音箱才能稱得上是你的成功作。1. 基本設計這里要談的主要是箱體的設計。箱體及倒相管的最佳值可根據下述TS參數來計算。Fs：單元的諧振頻率 Qts：單元諧振頻率下的Q值 Vas：單元的等價換算容積 關于Q值Q值的含義如下： Qms機械系的順性= wM/RmsQes電氣系的順性= 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: 振動系質量w: 諧振角頻率Res: 音圈的直流阻抗。從單元側來看的放大器與分頻器的阻抗也加算在內Rms: 振動系的機械阻抗A: 阻尼系數。以1安培電流流過音圈時，振動系上被施加有多少牛頓的力來表示 從上述來看，Q值似乎可以被看成為諧振系的實成分(R)與虛成分(wM或1/wC)的比。虛成分越大，則諧振系所保持的動能就越大；實成分越大，則消耗的動能就越大，故Qts越低，諧振就越早被衰減。因此，所謂易于驅動的喇叭指的就是Qts低的喇叭。 關于Qts的特征：Qts將隨著Qms與Qes的任一

3、方變小而變小。就是說，只要電氣或機械的任一方的制動性好即可。 關于Qms：Rms越大，即摩擦越大，Qms就越小，制動性能越好。不過，Rms要是太大，諧振將被抑制，低音則出不來。因此，對于低音喇叭來說，為了有好的低頻重放能力，Rms都設計得很小。相反地，對于高音單元來說，制動優(yōu)先，Rms都很大。高音單元封裝液磁為的就是這個。 關于Qes：Res變小或A變大，Qes即會變小。即）將A做大。為此可加強磁鋼磁性，增加音圈的匝數。）將Res做小。使用電傳導性能優(yōu)異的線材繞制音圈。使用輸出阻抗低的放大器。使用粗的連接線材。不使用分頻器?；蚴褂么酉莶V波器?？偨Y從Q值來看一個好的喇叭單元應該是：磁鋼強大。

4、直流阻抗相對的低。有適當的Rms。振動膜輕。諧振頻率低。然而，全部滿足上述要求是不可能的，若全部滿足了的話，將變成一個具有高頻段被極端加強了的f特的喇叭。我們只能要求一個兼顧平衡的最佳值。將來，可用數碼濾波器對f特與相位進行補償，那是另一回事了。設計中要注意的是Qts值，此數值因阻尼系數而變化。阻尼系數低，則Qts升高，低域的諧振頻率附近將呈上升的F特（頻率特性）。阻尼系數亦會因分頻器（若是低音喇叭，則起因于電感的內阻及串接電阻Rs）而下降，因此設計時要考慮到這些。換句話說，即先決定分頻器和喇叭單元后再進行箱體的設計。在分頻點以2000Hz以上居多的2waysystem中，Qts的上升不過為1

5、0，500Hz以下的3way系統(tǒng)中箱體的設計將大為不同。至于箱體的尺寸，取不易產生駐波的比率即可。邊長的比率以3：4：5最為著名。若內尺寸為304050的話將可得到60升容積的箱體。152025的話將達到75升。當然計算容積時要去除內部加強筋和倒相管，以及喇叭單元所占據的體積。將障板（安裝喇叭單元的平面）進行某種傾斜以減少障板中央面積的做法經常被采用，但在定量上該如何做，還沒有一個固定的說法。我做過的箱體中傾斜的就較多。實際上四方體是會產生駐波的，為此要使用吸音材料。但可以不必在意工作在100Hz以下的低音單元所帶來的駐波影響。想想看為何？若聲波速度為340/s，那么100Hz的/2（1/2波

6、長）是多少？2. Closed Box：封閉箱推薦新手們先制作密封型的系統(tǒng)。因為其它類型的箱體制作起來相對困難，并且由于是自行設計制作，若沒有進行阻抗測定的話使用起來心情肯定不怎么樣。后期調校是必要的。倒相箱如此，號筒箱更不用說了。優(yōu)點：設計自由度廣，認真制作的話一般都將OK。不用測定儀。 計算簡單。 制作容易。 相位特性優(yōu)秀。 箱體小。 缺點：低音量感不如其它類型的音箱。在箱體設計上，將箱體容積視為參數，系統(tǒng)的Q值將隨之而變化。當達到1/2時，F-3dB（頻率特性-3B時的頻率）最低。封閉箱的場合僅此而已。3. Ported Box：倒相箱倒相型的設計順序為：1）挑選與放大器相匹配的喇叭單元

7、。2）設計分頻器。3）設計箱體。與放大器相匹配的這種說法，僅針對內阻在10歐以下的膽機玩家。內阻有100歐以上的晶體管放大器（FET,雙極型）的場合，分頻器的影響占支配地位，可以跳過1）來設計。 在設計上要注意的是，不要取比計算所求得的最佳容積大的箱體，因為相位特性將會劣化。 常見的倒相管雖然以圓管為多，但只要橫截面積相同，什么形狀都可。只是，過于扁平的截面形狀將使實效截面積減少?？紤]到駐波問題，倒相管位置不要過于靠近箱體邊緣即可。由于低音沒有什么指向性可言，故有很多箱體將倒相管設在背面。 剛才提過，倒相箱的場合必須測定其阻抗特性以便對管長進行微調整?？纯词惺鄣囊粝浠旧隙际堑瓜嘈偷?，就可知道

8、倒相型的完成度還是相當高的。在封閉箱上要實現32Hz的低音是難的一件事，這就是近來的單元幾乎都以倒相箱為前提設計的原因。關于喇叭單元的阻抗、機械系的阻抗Zms見下式 F = Zms * V (1)F:施加于振動系的力V:振動系的速度阻尼系數A以1安培電流流過音圈時，振動系上施加有多少牛頓的力來表示，如下式 F = A * I (2)F: 施加于振動系的力、I:電流一般情況下，由于F = B * L * I B:磁束密度L:磁導體長度（音圈在其中運動的磁腔長度）故A = B * L另外，由于振動系發(fā)振導致音圈產生的逆向電壓 = V * B * L = AV給喇叭施加電壓E時，就有下式 E = Z

9、es * I + A * V (3) 將(1)(2)代入(3)，則 E = (Zes + A2/Zms) * I ，故喇叭的阻抗Z為Z = Zes + A2 / Zms 即，Zms的值為Zms = Rms + j(wMms - 1/wCms)Zms:機械系阻抗Rms:等價機械阻抗（包括放射阻抗）Mms:振動系質量（包括附加質量）Cms:等價順性Zes的值為Zes = Res + jwLesZes:電氣系的阻抗Res:音圈直流阻抗Les:音圈的感抗理解了上述內容后再看看阻抗曲線，應該會明白許多了吧。阻抗的最低值用Res來表示。 高頻段的阻抗上升是由Les引起。 諧振頻率點的波峰形狀表示的是機械阻

10、抗的波形。 諧振頻率點的波峰幅度大小與A2成比例。 基于上述，機械驅動性好的單元，諧振頻率處的波峰流暢且寬闊。 電氣驅動性好的單元的Qes小，故A2/Res大。即諧振頻率的波峰大，Res小。 讓我把話題回到倒相箱上。要制作倒相箱,在單元取向上當然是挑選適合倒相箱的，但其Qts若大于1/3（約0.57）的話，F特就變得不平坦了。另外，Qts太大的話倒相管的諧振頻率與箱體的諧振頻率在頻帶上將離得很開，這對整個系統(tǒng)來說不是一件好事。在計算上Qts大的話F-3dB將下降，有人喜歡那樣做，不過在定論之前有必要進行不斷的重復試聽，對聽感上的特征的把握還是必需的。4分頻器下面列舉了6dB/oct或12dB/

11、oct的2Way系統(tǒng)設計上所必須要用到的公式。衰減器的衰減量n dB，講述出聲壓下降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濾波器從放大器側看去，對喇叭單元阻抗曲線中諧振頻率處的波峰進行切除的回路。一般用于Qms大的高音喇叭的6dB/oct衰減的場合。+ -+-+ | | 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 : 電氣系的QQms : 機械系的Qw0 = 2 * PI * fsfs : 諧振頻率PI : 3.141592一些廠家的高音單元參數中經常沒有提供Q值，可通過以下來求得。L = Mms* Res2 / A2C = A2 / (w02 * Mms * Res2)R = Res + Res2 / (Z0 - Res)Z0 : 諧振頻率處的阻抗Mms : 振動系質量A : 阻尼系數低音喇叭的阻抗補償從放大器側來看，消除喇叭單元阻抗曲線中由Les導致的上升的回路。+ -+-+ | | C | | S

13、peaker R | | |- -+-+R = ResC = Les / Res2Res : 喇叭單元的直流阻抗Les : 喇叭單元的感抗6dB分頻線路+ -C1-+ | Tweeter |- -+ -L1-+ | Woofer |- -+Rt = 高音單元的直流阻抗Rw = 低音單元的直流阻抗f = 分頻點頻率w = 2 * PI * fButterworth方式C1 = 1/ (Rt * w)L1 = Rw / w12dB分頻線路+ -C1-+-+ | | L1 Tweeter | |- -+-+ -L2-+-+ | | C2 Woofer | |- -+-+Rt =高音單元的直流阻抗Rw

14、 =低音單元的直流阻抗f =分頻點頻率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 為何要使用吸音材？其一是吸收駐波，其二是衰減Q值。 若存在駐波的話，特定的頻率將會被強調，這是很不希望出現的。應該結合箱體的尺寸比例來進行吸音處理。箱體的6個面中，相面對2個面中取其1面共計3個面的吸音，在箱體正當中的吊裝吸音，或在單元后方的粘貼等等，有各種的吸音處理方法。 對Q值的衰減是在低域的頻響不平坦，諧振頻率附近有被強調的情況下才采用的。F特即使平坦了，也有的玩家會說這樣的聲音不一定好聽。在倒相箱上，由于