淺談音箱設計

2024年1月4日發(作者：寶寶營養早餐)

音箱的作用就是配合揚聲器發出更好的聲音，一款優秀的箱體設計能夠將揚聲器單元的性能發揮到極致。最初的音箱設計是為了減少或杜絕揚聲器單元的聲短路現象，由于相位相反的聲波干涉，尤其會使具有較強繞過能力的低頻聲波由于干涉造成聲壓的大幅度降低，這樣一來揚聲器的低頻表現能力就會減弱，使聽感下降。于是人們想到了用障板來阻礙聲波的干涉，但是為了達到一定的低頻響應，障板就要做的非常的大，至少要大于低頻下限頻率的二分之一波長。后來人們在這個基礎上進行改進發展形成了我們熟悉的音箱系統。

1.敞開式音箱：敞開式音箱的思路是將障板折疊起來，形成一個背后敞開的箱體，和障板的原理一樣，不過這樣的做法使音箱的擺放變得更加容易，但是由于空間的限制，箱體也不能做得很大，仍然會有部分低頻繞過箱體到達前方產生聲短路現象，這種音箱的低頻下限也會比較高，并且單元的位置也不可以開在面板的正中心。

2.密封式音箱：在敞開音箱的基礎上，人們將其后方進行密封，這樣完全阻隔了背面聲波對前方的干涉，但是只利用揚聲器單元前方的輻射使音箱的效率大幅度的降低，并且由于揚聲器內外運動時的氣壓差產生的空氣氣壓力使揚聲器的順行降低從而提高了諧振頻率使低頻下限升高。從熱力學氣壓的角度考慮，當箱體內部容積越大時，氣壓力對揚聲器震動的阻礙就越小，低頻下潛也就越深，這需要在揚聲器的頻率范圍之內才有效，但同時揚聲器的瞬態表現也在下降，會使生意變得拖泥帶水。通常將音箱系統的Q值設計在0.7到1.2之間的時候便可以較好的兼顧瞬態與低頻的響應。箱體容積確定后，箱體的具體尺寸與形狀也會對箱體的駐波共振問題產生影響，選擇無理數比例和杜絕平行面的方法可以有效的阻止不良能量干涉的產生。值得一提的是，在密封音箱設計中引入了吸音棉的使用，在理論上，良好的吸音棉材料可以將箱體的容積等效的擴大40%，同時增加了箱體的阻尼，這也是利用了熱力學原理。

如果家里密封式音箱的低頻感覺差點并且瞬態表現不錯的，可以選擇適當的增加吸音棉材料加以改善。反之減少吸音棉或填充剛性材料。出現箱體共振的也可采用內壁附著吸音棉和加重箱體的方法改善。

3.倒相式音箱：倒相音箱是目前最常見的音箱的一種，它具有體積小，低頻下潛深，輻射能量大等優點。他是利用了亥姆霍茲共振腔原理制成的箱體結構，將背面的聲波反向180度后輻射出來，但實際不單純是反射，而是揚聲器震動使得倒相管內空氣運動而形成的新的聲波，然而倒相管就猶如一個新的揚聲器單體，聲波與低音揚聲器正向聲波干涉而加強低音效果。相同頻響的倒相音箱也要比密封箱小的很多，但是瞬態響應一般不及密封音箱。它的容積與倒相管都要經過嚴格的設計，并且對揚聲器的要求也比較高。對于倒相的駐波考慮上應該采取低頻打散，高頻吸收的方式，所以設計上建議分給高頻單元一個獨立的吸收墻體，低頻腔在內表面做些文章。設計時要盡量使其容積準確，倒相音箱內如果加入太多的吸音棉，在共振腔的原理上考慮，那這個倒相相貌似有點不倫不類了。倒相音箱也分為前倒相、后倒相、和側倒相，如果排除擺放位置造成效果的差異來講，由于倒相開口的不同，倒相管發出頻率的不同，干涉的結果也是不同的，前倒相幾乎是倒相頻率全范圍干涉，其他倒相將有距離揚聲器正面距離的差異而阻礙一部分高頻的干涉，也就是說后倒相口開的大一些，距離墻在30cm左右時會有選擇的將更低的頻率進行干涉。如果想改進倒相音箱的朋友可以根

據實際情況調節倒相管的長度，或在倒相管加入阻尼塞進行改善。

4.曲徑（迷宮）音箱:這類音箱可以說最單純的運用聲波干涉的箱體，通常合理的設計會使低頻下限再向下延伸揚聲器諧振頻率的1.33倍，有著更加優秀的低頻響應。實際就是改變后面聲波經過的路程來使其改變相位。這種音箱雖然低頻下潛更深，但是設計復雜，做不好很容易使低音肥大，管道的口徑遞減規律也比較難以掌握，箱體體積十分龐大，在設計的時候還要配合吸音材料的使用減少高頻的傳導干擾。如果做全頻，聽優雅的慢歌應該是首選，其他的可能過分的說是一種設計的噱頭。這種箱體在設計時如果不預留改動空間基本只能從管道出口的大小是做點文章了。

5.帶通式音箱：這種音箱是專為表現200Hz以下頻率而設計的超低頻音箱，是利用箱體的物理分頻原理制成的，優點是可以用更小的揚聲器得到更好的低頻效果，且是真相對較小，但是對單元的要求比較高，靈敏度則是他最大的弱點。它可以配合其他音箱作為低頻補償，由于180Hz以下的音頻就幾乎失去了方向，所以無需多用，一個就夠，當然為了靈敏度，無論是4階還是6階箱體調諧口都要開得大一些。通常這種音箱的兩個腔體的容積就決定了它的帶寬，帶寬越寬靈敏就越低，帶寬窄靈敏高，我們在成品箱的基礎上可以用吸音棉和剛體的填充來進一步的調節。這里不建議使用阻尼塞，因為原本箱體的靈敏就會比較低。市面上常見的這種箱體，也許有的設計不合理造成聲像不一致的問題，我們可以增加或改進分頻電路來降低其頻率響應加以改善。

6.分頻器：這里只簡單談談巴特沃斯的功率分頻器，功率分頻器是利用電容和電感的容抗和感抗原理制成的。分頻器按照階數的不同衰減斜率和相位差也不同。從1到4階衰減斜率分別為6、12、18、24db/oct 當然衰減斜率越大分頻的效果也就越好。這里4階分頻器無論是衰減斜率和它相差360度的相位，都無疑是最優秀的。但是設計和調試的難度，加上制作的成本使它并不流行，我們市面上最常見的就是2階分頻器，相位最大相差90度。

分頻器的設計重點就是選擇合適的分頻點，按經驗以二分頻為例，分頻點應低于高音有效頻率下限和低于低音有效頻率上限各一個倍頻，這也給我們選擇合適的單元定下了一個標準。如果有揚聲器的頻響曲線就要更具體的分析，要點就是曲線的平滑度和中軸與30度角曲線的良好的重合。

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