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1、音箱的设计制作音箱的设计制作1、引言 目前音箱是按其构造分类的，例如闭箱、倒相箱、空纸盆箱（无源辐射箱）、迷宫箱、二级倒相箱、前号筒箱、后号筒箱、箱式低音炮、管式低音炮、加载式、传输线式、管道式等等约有 10 余种形式，而每一种音箱都不得有各自的原理解释，绝大多数解释的不完全不全面。人们知道，设置音箱的目的有两个，一是因为频率在 1200Hz 以下的低音无方向性，振膜前后方的声波呈反相状态，会引起低音声短路，致使低频声压大跌，因此需用音箱隔离前后声波；二是单个扬声器的频响范围有限，为拓宽频响，需用 2 只以上扬声器分别工作在不同的频段，以达到对高低音向两端延伸的要求。防止声短路问题，但背辐射声
2、波的能量没有利用起来。为改善这一弱点，人们又发明了 10 余种形式的音箱，在防止低音声短路的前提下，充分利用背辐射声波的能量，提高电声轮换效率，拓宽低频响应。这 10 余种音箱都有各自的工作原理解释，有些解释较清楚，有些解释较笼统，甚至还有一些片面的误解。这种设计制作各种音箱带来了难度，为此，笔者提出一种全新的通用的音箱原理消音与半消音原理。在充分理解的基础上，就能举一反三，设计制作好任意结构的音箱。2、音箱的分类传统的分类是按箱体的结构分类，而根据消音与半消音原理分类，是按背辐射声波的处理方式分类，这就将所有的动圈式扬声器归纳为一个共同的原理消音与半消音原理。并分为两大类箱形，即消音箱和半消
3、音箱。21 消音式音箱消音式音箱就是对箱内声波作消音处理，闭箱就是典型的消音箱，此外，大障板箱、背开口箱、对称驱动箱、前号筒箱等均为消音式音箱。通过消音二字，对其工作原理就能大体略知，消音的好坏，直接关系到放音质量的好坏。这里可把背辐射声波分为两个频段，分别对待。一段是低音扬声器装箱后听谐振频段，另一段是低音单元除去谐振频段后的全部频段即非谐振频段。对谐振频段来说，未加入吸声材料时，声波能量被吸收的较少，能量被转移消化的较少，因此谐振能量较大，低音单元在谐振频率处的谐振未受到太多的抑制，振幅依然很大，造成很强的自感电势，自感电势与信号电势共同参与电声双向反应（笔者在另一文章提出了电声双向反应论
4、），对谐振频率处的声波造成最大的波形失真，这是危害之一。危害之二是当电信号停止时，惯性导致大振幅具有较强的余振，造成声波拖尾变长，使低频变得拖泥带水，产生隆隆声。这个隆隆声就是余振拖尾造成的，是电信号中没有的新声波。危害之三是强烈的振幅产生较高的声压，该声波失真又大，又会使频响曲线的低端凸起，破坏了声压的平衡。对音箱来说，减少这 3 点危害的有效方法就是增加吸声材料。但吸声材料的加入量并非越多越好，过多的吸声材料，虽然减少了前两个危害，但又造成低音力度不足。这就需要折衷处理，如何掌握吸声材料的加入量，以什么为标准呢？应以反映谐振峰阻尼特性的 Q 值为标准，将音箱 Q 值调整在 0.60.7 之
5、间为好。当 Q 值0.7 较多时，阻尼不足，低频声压虽上升，但是瞬态特性变差，低频伴有隆隆声，声波不清晰。影响音箱 Q 值的因素有两点，一是单元装箱前的 Q 值，由扬声器厂家设计确定，用户一般只能挑选不能调整。二是箱内吸声材料的品种和数量可选。这两个因素是互相影响的，一个方面的不足，可用另一个方面给予补偿。但这种补偿是有限度的，例如一个自身阻尼不足的低音单元，品质因数 Q 值过大时，是无法通过增加吸声材料来使其工作在最佳状态的，只能使其转好一点而已。扬声器的谐振频率装箱后会向上漂移，漂移量的大小，受箱容积和吸声材料的影响。箱容积越大，吸声材料越多，向上漂移量越小，反之相反。所以消音箱谐振峰的频
6、率，由单元、箱容积及吸声材料共同决定。单元谐振频率低，箱容积大，吸声材料多，谐振频率就低。值得注意的是单元的谐振频率，这是起主导作用的。如果单元谐振频率偏高，就不能指望通过加大消音箱容积来延伸低频响应，因为单靠增大消音箱容积只能获得减少向上的漂移量，并不能使音箱的谐振越过扬声器自身谐振点向下延伸（半消音可以）。一对音箱的低频表现，应该是频率低、声压足、无隆隆声。而频率和声压两者很难同时照顾到最佳值，只能折衷考虑。追求低频的最佳方案是，单元口径大（口径略小但线性冲程长），谐振点低，适当的大容积，适量的吸声材料。低频响应的下限值，主要由单元谐振点所决定。任意一只低音单元，可以配用不同容积的箱体，箱
7、容积偏大时，谐振峰向高峰漂移小，频响箱容积偏小，谐振峰向上漂移大，频宽变小，能量较为集中，使低端声压有所上升，箱容积小到一定程度时，会在低频段的频响曲线上出现一个上凸区。人们希望在保持声压频响曲线尽量平坦的前提下尽量拓宽低频下限。 对谐振峰以上频段的背辐射声波，即非谐振频段声波，则要做最大程度的消音处理，消音越彻底，背辐射声波对振动体的调制干扰越小，声染色就越小，下面声波就越清晰。为了使消音更彻底，增加吸声材料的数量是必要的，但不是唯一的，消音需注意以只要充分理解了消音式音箱的含义，再融入传统的设计公式或计算机辅助设计，不难制作出满意的消音式音箱。 22 半消音箱消音式音箱具有设计调试简单的特
8、点，音质也很好，但背辐射声波未能利用起来，低频失真较大，且低频下潜不深。而随后发展起来的半消音式音箱，对这两条缺陷有所改进，既能减少低频失真又能拓宽低频响应，但调试复杂一些，如果没有对音箱原理的深刻认识，没有简单的仪器帮助，很难将低频和中频及中高频部分做好，尤其是中频和中高频。倒相式、两级倒相式、空纸盆式、迷宫式、带通式（低音炮）、管道式、后号筒式、1/4波长加载式、传输线式、科尔顿式等等，均为半消音式音箱。它们都有一个共同特点，那就是充分利用背辐射声波在谐振频段的能量。通过箱腔空气谐振与扬声器谐振的互相耦合，最大限度地将扬声器谐振能量较变为箱腔谐振能量，再通过开口或空纸盆将谐振能量辐射出去，
9、从而提高低频声压并拓宽了低频响应。由于扬声器谐振能量通过谐振波这根本看不见的空气弹簧从开口大量辐射出去，加大了振膜的负载，有效抑制了振膜在谐振频段的大幅振动，从而减少了扬声器感应电势的产生，使失真显著减少，并能大幅提高低音扬声器的功率承受额。半消音式音箱的种类虽然很多，结构各不相同，但其工作原理大同小异，例如两级倒相式，就是在倒相式基础上，又增加了一个谐振腔，两个箱腔谐振与扬声器谐振互相耦合，使谐振频率处的交流阻抗曲线形成 3 个小峰，3 个阻抗峰比 2 个阻抗峰更优一筹，能使谐振输出声波频带进一步展宽，拓展了低频。调试良好的箱腔谐振，使振膜在此频段的辐射阻抗大为提高，负荷的大幅提高使振幅更小
10、，自感电势更低，失真因此更小，振动冲程的压缩使其具有更大的功率承受额，比单级谐振（倒相）箱性能更佳，只是调试更加复杂罢了。空纸盆箱与倒相箱原理相同的是，对有害声波要尽一切手段，最大限度地做消音处理，减少有害声波对内对外的干扰，从而提高下面声波的清晰度。不同的是对谐振频段的处理，消音式只是作简单的部分消音，让反映谐振峰阻尼特性的 Q 值保持在中等程度。半消音式除对谐振给予部分消音，让 Q 值保持在中等程度外，同时还对谐振波作最大限度的利用，达到拓宽低频响应，减少失真，提高功率承受额的目的。 3、总结综上所述，消音式与半消音式，都遵循一个共同的原理，即消音与半消音原理，对谐振频段作有限消音，对非谐振频段全消音处理。遵循这个原理，就能做好任意结构的音箱。
