青岛大学 张维国青岛职工大学乔玉昆［摘 要］本文利用倒相式音箱等效电路图，介绍了倒相音箱的工作原理及设计方法设计了一套高保真音箱并介绍了调试方法和进行了听音评价［关键词］倒相式咅箱 高保真试听评价Abstract By using equivalent circuit 4 he principle and designing met ho d of phase2iiu verted enclo sure are introducedlA Hi2Fi enclo sure has been designed and the adjust mem method and listening evaluation are presented.Ke y Words phase2inverted enclosure Hi2Fi listening evaluation音响系统包括信号源子系统（调谐器、各种 磁带机及唱机）、信号处理子系统（放大器、均彳覧 器等八咅箱子系统、环境子系统（听咅室、演扭 室、影剧院等丿以及听觉子系统等在这些子荣 统中，作为向人耳直接传送声频信号的音箱子 系统，从外观看最简单，从原理上说也不难,中 学生都明白通电导体在磁场中就会运动的建 理。
但是，要设计制造一套优秀的音箱，远比淇 它任何子系统为难到目前为止，音箱仍是各 国音响器材中最薄弱的环节，也就是说，它仍是 限制音响系统总性能进一步提高的最主要韓 碍将此并联谐振网络的谐振频率设计为 几，则音箱达到匹配状态由于C吩与Mr组成 的谐振电路是并联式的，对fs频率的信号阻抗 最简，从而给振盆振动以最大的抑制，使其在 几处的振幅大大减弱由于两个谐振电路的 耦合，当串联谐振与并联谐振的频率相等吋，则 把原来单一谐振峰压抑为两个大小相等的双驼 峰形式，这两个小峰恰好位于原谐振峰两侧 频率低的小峰把音箱的低频下限向更低端延 伸，这就是倒相式音箱的最突出的优点倒相 箱的等效电路图示于图11倒相式音箱的设计理论为了免除声短路和其它一些原因，低频扬 声器必须装在适宜的障板上，而箱体就是障板 的一种最适用的形式由于倒相式音箱有着比 其它形式的咅箱明显的优点，所以，无论在专业 中或民用中都得到了广泛的应用111倒相式音箱的工作原理设扬声器单元未装在障板上时的谐振频率 为fs,在此点,振盆振幅最大,相当于等效电跨 图中的串联谐振时的电流最大当扬 声器装入倒相箱时,音箱体积形成的顺性cwv 与倒相孔管内空气质量/W,组成一个并联谐振 电声技术12/ 1996图1倒相音箱的等效电路图扬声器振盆后振时发出的声波相位与前拆 时的声波相差18（）,。
倒相箱借助于箱内空气D 及倒相管内的空气柱的振动,利用音箱背板的 反射作用把扬声器后面的声波反相180,再庄 倒相管释放出与前振声波同相叠加，从而增加 了低频总的辐射图2是音箱对扬声器阻抗it 线的影响事实上，由于相位测量比较复杂，恆 而常用阻抗频率特性曲线检验倒相箱是否处打 最佳匹配状态 图2倒相音箱对扬声器阻抗的影响112倒相式音箱的设计理论早在1932年，A. L. Thuras首先提出了倒 相式音箱| o之后,1952年,B. N. Locant hi提 IB 了计算振膜与倒相孔中的气体相互作用的精 确值的方法，并将声电类比电路应用于倒相箱 的研究中2继而,F.J. Van Leeuwen3及E. de Boer4等在理论上又将结果向前推进了一 步他们的分析方法虽然在理论上是第一流 的，但未提供有实际意义的细节上的指导 1961年，A. N. Thiele运用由Novak确定的简 化模型，发表了一篇文章，详细地提出了许 多具有实际意义的处理方法，这个方法首次从 定暈的角度对倒相系统提供了一个基本的、综 合的、实际的理解遗憾的是这篇用英文发表 的文章，在十年后才被作为一个历史上值得纪 念的报告再版给广大读者。
与此同时，R. H. Small发表了一系列有关倒相式扬声器系统的 分析研究报告，对倒相式扬声器系统的设计方 法提出了具有更为实际的指导目前国内外采用较多的倒相式音箱系统的 设计方法为Thiclc2Small设计法，但由于此法 考虑的因素太多，设计计算相当复杂，不便于业 余爱好者应用因此，这里介绍的是足以保留 了此设计思想的简化方法11211 Thiele2Small设计法的有关参数及表达 式al扬声器系统的顺性比u= Qs/ CAB = V.as/ ⑴式中:Cas— 声器单元振动系统的声顺；Cab——体内空气的声顺；*s —8声器单元的等效容积；*一S体内腔净容积bl音箱系统调谐比h10h = fn/ fs (2 丿式中:fs 一^相音箱箱体的固有频率fs —声器单元的固有频率(习惯上常 称谐振频率丿cl其它有关参数/3 —声器系统频率响应半功率点(-3 分贝丿的频率S\, 一^相孔截面积dv 一管状倒相孔的直径Lv ― I〕相管长度11212倒相式音箱设计中有关参数的求取方 法倒相式音箱设计的目的是根据已知的扬声 器单元求箱体净容积和倒相管截面积 以及长度厶v当然也可以根据音箱的既定指 标设汁扬声器。
这里只介绍前者al由QZ或几/几值求巾Q 7•为扬声器系统总品质因数(包含扬声 器单元、箱体、放大器等因素丿，由于现代放大 器内阻一般均很低，整个系统的Qr值可以祕 认为与扬声器单元的品质因数075值相等，即Q Q ts (3丿其中，Qts = QesQms/( Qes + Qms) (4)Qes—^声器单元在其谐振频率人处 的电Q值；Qms—a声器单元振动系统的机械Q 值0由倒相式音箱特性曲线(图3丿可查得, 然后计算岀箱体的体积V,/图3倒相式音箱特性曲线= VA5/a ⑸式中•• Vas ― 声器单元等效容积,由制造厂 电声技术12/1996 给定或实验测得bl倒相管截面积Sv及长度厶卜的求収方 法当乘积SvLv不变时，整个倒相箱的辐射 特性不变，因此可事先假定其中的一个值，比如 给定Sv然后再求L ySv 九心 ⑹或dv 三 J/b y d ⑺式中fs —JU相式箱体的共振频率Vd 一声器振膜最大位移体积y d = s dXi^x (8丿S〜0142 况 (9)Sd 一 ^声器振膜有效辐射面积Xn^ — 声器振膜最大线性位移，rtl 实验测得；Do 一 声器振盆直径或按经验公式选取Sv ：Sv = kSD (10)式中k—— 验系数，对一般倒相箱R = 013〜 110,对大容积倒相箱,"115〜210 o当确定了心、几、Sy后，由图4求得厶y 值。
VM （分米中 500-300-200-100-70-50・30-20-J0-7・Qrs —声器单元的品质因数；—•方声器单元的等效容积；一 ^声器振膜位移最大容积2丿根据WQts的值，确定该扬声器单元 是否适合于倒相式音箱，只有fs/ Qts =80〜120赫兹间的扬声器才适用 于倒相式音箱3丿根据已知的0為值，从图3上求扬声器 系统的顺性比浜调谐比力及几/几值⑷由a值，计算V /；n - “朋/幺(5丿由已确定的力值，计算箱体共振频率Af B - hf s(6丿由己求得的/3/A值及门求音箱系统 频响的半功率点频率几7丿由已知的VD.fB计算倒相孔截面积 Sy或圆形倒相孔直径心.・Sv ^)lSfBVDdv 鼻 fa VI)⑻由也知的VB ,fB . dv值从图4中求倒 相管长度Lyo(9)制作调试114设计校核与修正通过以上步骤己计算岀了倒相箱的主要参 数*、几、力、心、厶V ,在施工前尚须进行必要 的校核与修正首先要看计算结果是否符合实 际需要，比如*是否太大，/3是否太高等 如果计算结果离实际要求相差太大，那么耍查 找原因，比如，选是的扬声器是否适合于倒相箱 等另外，影响音箱系统参数的因素非常复杂, Thiclc2Small设计法考虑的是理想的最佳情况, 因此求111的 巾值可能偏大，可予以适当修正。
根据经验与实际，现提供以下数组供参考表1图4确定倒相音箱倒相管尺寸的诺莫图113倒相式音箱设计步骤当选定了扬声器后，可按下述步骤进行设 计:(1丿求出或由扬声器制造厂给定扬声器单 元的有关参数.•fs 一 •勿声器单元的共振频率；扬声器尺寸(毫米丿倒相箱净容积参考值(升丿血0050血50100如00150〜180曲80250 2 SEAS音箱设计研究211扬声器单元概况SEAS是挪威著名的扬声器厂，世界各国 不少著名生产扬声器的工厂(如英国HAR2 BETH、R()GERS、PROAC等丿均采用该厂的单 元和套件它的产品频响宽，音质优美，失真 小，承受功率大，且每套咅箱均有专门设计的分 频器,从而保证了高质量的声音重放高音.-25TAF/ G・H398 H398是一种新型铝球顶25毫米的高音单元，在可闻频率范围 工作，失真很小，和其它球顶高音扬声器相比 其在10kHz以上的指向性较宽充填磁化浪 Fermfluidf铁流体丿到磁性沟里以防止过载和 过热，阻抗6欧低音.• P21REX/ DD- S- H402 此低音扬 声器最大待点是装冇超强大磁铁系统聚丙席 锥盆，橡胶折环，低音丰富，声音悦耳，失真绝 小採用软PVC防尘帽，阻抗8Q,共振频率a = 36Hz(自测值丿，品质因数Qts =014(自测 值八等效容积Vas =48升(白测值丿212倒相箱设计(1丿测得各参数如上；⑵."firs =36/014 = 90(Hz丿适于倒相式 音箱；(3丿根据Qts =014由图3查得g 112,力= 1102 几=111；⑷ W = Vas/= 48/112 =40(原套件提 供图纸为3817升几(5) % = hfs = 1102 X36 = 3617Hz;(6) fy = 1111/, = 1111 X36 = 39196Hz；(7) S =0142 戊= 0142 X0122 = 010168m2 = SDXmax =010168 X01006=010001008m3dv 2 JflfVD = 73617 X01000I008 = 010608 m = 6108c m ；(8丿由 V/j = 40 升，九二 3617Hz, dv =126108cm,从图4查得倒相官长厶卩二12cm。
关于箱体的形状,常选为长方体,只要最大 边比不超过3 ,长宽髙尺寸可随意选取,但必须 保证内容积为心而且要免除简正波的产生 (三个尺寸比为非整数丿，箱体尺寸见图5 o注:①材料:18mm高密度板、3亳米柚木三合板:②障板为2 X18 + 3三层板材粘贴，并用木螺丝紧固；@内壁四角处用胶钉固装20 X20方条，图中未示出；④ 内壁涂乳化沥青涂料5亳米厚；⑤ 腔挂贴30mm厚玻璃纤维棉；强而用胶、钉固连；筋卜表用氯丁胶粘贴柚木三合板.喷聚脂漆:图5 SEAS箱体213分频器设计原套件己供成品分频器，因此这里设计从 略但需要说明的一点是，分频器设计公式，儿 乎在绝大多数教科书和有关参考书中均用扬声 器的标称阻抗值，实际上应该用分频点处的阻 抗值关于分频器设计原则、公式、分频点的选 取、调试以及相位补偿等有关问题，可从很多教 科书中找到,这里不赘述3倒相式音箱设计。