《音箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》word版

1、音箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書作者廣州白云技師學(xué)院李柏雄其實(shí)音箱的設(shè)計(jì)并不難，難的是如何才能具有這方面的知識(shí)。這本設(shè)計(jì)指導(dǎo)書希望能給各位玩家一個(gè)交代，當(dāng)然并不是說任何人都可成為內(nèi)中高手。請(qǐng)相信，一般來說你的第三對(duì)自制音箱才能稱得上是你的成功作。1. 基本設(shè)計(jì)這里要談的主要是箱體的設(shè)計(jì)。箱體及倒相管的最佳值可根據(jù)下述TS參數(shù)來計(jì)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(jià)換算容積 關(guān)于Q值Q值的含義如下： Qms機(jī)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(dòng)系質(zhì)量w: 諧振角頻率Res: 音圈的直流阻抗。從單元側(cè)來看的放大器與分頻器的阻抗也加算在內(nèi)Rms: 振動(dòng)系的機(jī)械阻抗A: 阻尼系數(shù)。以1安培電流流過音圈時(shí)，振動(dòng)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(shí)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(dòng)能就越大；實(shí)成分越大，則消耗的動(dòng)能就越大，故Qts越低，諧振就越早被衰減。因此，所謂易于驅(qū)動(dòng)的喇叭指的就是Qts低的喇叭。 關(guān)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(jī)械的任一方的制動(dòng)性好即可。 關(guān)于Qms：Rms越大，即摩擦越大，Qms就越小，制動(dòng)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(duì)于低音喇叭來說，為了有好的低頻重放能力，Rms都設(shè)計(jì)得很小。相反地，對(duì)于高音單元來說，制動(dòng)優(yōu)先，Rms都很大。高音單元封裝液磁為的就是這個(gè)。 關(guān)于Qes：Res變小或A變大，Qes即會(huì)變小。即）將A做大。為此可加強(qiáng)磁鋼磁性，增加音圈的匝數(shù)。）將Res做小。使用電傳導(dǎo)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(jié)從Q值來看一個(gè)好的喇叭單元應(yīng)該是：磁鋼強(qiáng)大。

4、直流阻抗相對(duì)的低。有適當(dāng)?shù)腞ms。振動(dòng)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(gè)具有高頻段被極端加強(qiáng)了的f特的喇叭。我們只能要求一個(gè)兼顧平衡的最佳值。將來，可用數(shù)碼濾波器對(duì)f特與相位進(jìn)行補(bǔ)償，那是另一回事了。設(shè)計(jì)中要注意的是Qts值，此數(shù)值因阻尼系數(shù)而變化。阻尼系數(shù)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(shù)亦會(huì)因分頻器（若是低音喇叭，則起因于電感的內(nèi)阻及串接電阻Rs）而下降，因此設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行箱體的設(shè)計(jì)。在分頻點(diǎn)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(shè)計(jì)將大為不同。至于箱體的尺寸，取不易產(chǎn)生駐波的比率即可。邊長的比率以3：4：5最為著名。若內(nèi)尺寸為304050的話將可得到60升容積的箱體。152025的話將達(dá)到75升。當(dāng)然計(jì)算容積時(shí)要去除內(nèi)部加強(qiáng)筋和倒相管，以及喇叭單元所占據(jù)的體積。將障板（安裝喇叭單元的平面）進(jìn)行某種傾斜以減少障板中央面積的做法經(jīng)常被采用，但在定量上該如何做，還沒有一個(gè)固定的說法。我做過的箱體中傾斜的就較多。實(shí)際上四方體是會(huì)產(chǎn)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?yàn)槠渌愋偷南潴w制作起來相對(duì)困難，并且由于是自行設(shè)計(jì)制作，若沒有進(jìn)行阻抗測定的話使用起來心情肯定不怎么樣。后期調(diào)校是必要的。倒相箱如此，號(hào)筒箱更不用說了。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)自由度廣，認(rèn)真制作的話一般都將OK。不用測定儀。 計(jì)算簡單。 制作容易。 相位特性優(yōu)秀。 箱體小。 缺點(diǎn)：低音量感不如其它類型的音箱。在箱體設(shè)計(jì)上，將箱體容積視為參數(shù)，系統(tǒng)的Q值將隨之而變化。當(dāng)達(dá)到1/2時(shí)，F(xiàn)-3dB（頻率特性-3B時(shí)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(shè)計(jì)順序?yàn)椋?）挑選與放大器相匹配的喇叭單元

7、。2）設(shè)計(jì)分頻器。3）設(shè)計(jì)箱體。與放大器相匹配的這種說法，僅針對(duì)內(nèi)阻在10歐以下的膽機(jī)玩家。內(nèi)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(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)上要注意的是，不要取比計(jì)算所求得的最佳容積大的箱體，因?yàn)橄辔惶匦詫?huì)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(shí)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(shè)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(duì)管長進(jìn)行微調(diào)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(dāng)高的。在封閉箱上要實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)的原因。關(guān)于喇叭單元的阻抗、機(jī)械系的阻抗Zms見下式 F = Zms * V (1)F:施加于振動(dòng)系的力V:振動(dòng)系的速度阻尼系數(shù)A以1安培電流流過音圈時(shí)，振動(dòng)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(dòng)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(dǎo)體長度（音圈在其中運(yùn)動(dòng)的磁腔長度）故A = B * L另外，由于振動(dòng)系發(fā)振導(dǎo)致音圈產(chǎn)生的逆向電壓 = V * B * L = AV給喇叭施加電壓E時(shí)，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(jī)械系阻抗Rms:等價(jià)機(jī)械阻抗（包括放射阻抗）Mms:振動(dòng)系質(zhì)量（包括附加質(zhì)量）Cms:等價(jià)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(nèi)容后再看看阻抗曲線，應(yīng)該會(huì)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(diǎn)的波峰形狀表示的是機(jī)械阻

10、抗的波形。 諧振頻率點(diǎn)的波峰幅度大小與A2成比例。 基于上述，機(jī)械驅(qū)動(dòng)性好的單元，諧振頻率處的波峰流暢且寬闊。 電氣驅(qū)動(dòng)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(dāng)然是挑選適合倒相箱的，但其Qts若大于1/3（約0.57）的話，F(xiàn)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說不是一件好事。在計(jì)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(jìn)行不斷的重復(fù)試聽，對(duì)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(shè)計(jì)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(cè)看去，對(duì)喇叭單元阻抗曲線中諧振頻率處的波峰進(jìn)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(jī)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(shù)中經(jīng)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(dòng)系質(zhì)量A : 阻尼系數(shù)低音喇叭的阻抗補(bǔ)償從放大器側(cè)來看，消除喇叭單元阻抗曲線中由Les導(dǎo)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(diǎn)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(diǎn)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(huì)被強(qiáng)調(diào)，這是很不希望出現(xiàn)的。應(yīng)該結(jié)合箱體的尺寸比例來進(jìn)行吸音處理。箱體的6個(gè)面中，相面對(duì)2個(gè)面中取其1面共計(jì)3個(gè)面的吸音，在箱體正當(dāng)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(duì)Q值的衰減是在低域的頻響不平坦，諧振頻率附近有被強(qiáng)調(diào)的情況下才采用的。F特即使平坦了，也有的玩家會(huì)說這樣的聲音不一定好聽。在倒相箱上，由于