揚(yáng)聲器技術(shù)跨越電,、力、聲三個(gè)學(xué)科,，其失真約為功放的十倍,，因而成為音響系統(tǒng)的瓶頸。為克服“聲音短路”,，低音揚(yáng)聲器還必須有合適的音箱配合,，才能很好地工作。市售高檔音箱中,，揚(yáng)聲器和分頻器的價(jià)格只占售價(jià)的十之一二,，其價(jià)值主要體現(xiàn)在音箱的設(shè)計(jì)和調(diào)試中。因此為高品質(zhì)的揚(yáng)聲器配套合適的音箱,，使其淋漓盡致的發(fā)揮作用,，成為音響發(fā)燒友施展拳腳的樂土。
介紹音箱設(shè)計(jì)和調(diào)試的著作比比皆是,，但往往眾說紛紜,，莫衷一是。此處不涉及復(fù)雜的理論,，只介紹本人制作音箱的經(jīng)過和心得,，輔以必須的測量和簡單的計(jì)算，僅供壇友參考,。
一． 音箱設(shè)計(jì)
1.揚(yáng)聲器的選擇
（1）揚(yáng)聲器口徑的選擇
揚(yáng)聲器口徑?jīng)Q定了音箱的頻率下限和功率，似乎越大越好,。但越大口徑的揚(yáng)聲器配套的音箱容積越大,，需要的聽音室也越大，因而受到限制,。聽音室面積在十二平方以下,，揚(yáng)聲器口徑不宜超過8寸；三十平方以上可用12寸揚(yáng)聲器,；一般家庭以10寸揚(yáng)聲器為宜,。
（2）揚(yáng)聲器振膜和音箱形式的選擇
揚(yáng)聲器振膜材質(zhì)對(duì)重放音樂的品質(zhì)有一定影響，應(yīng)該根據(jù)喜好音樂的類型選取,。喜歡勁歌勁舞大動(dòng)態(tài)交響樂的,，選材質(zhì)比較硬的金屬盆或PP盆，做封閉箱比較合適,；喜歡聲音松軟,、低沉,、富有彈性的，選材質(zhì)比較軟的涂覆紙盆或羊毛紙盆,，做倒相箱比較合適,。
（3）揚(yáng)聲器靈敏度的選擇
低音揚(yáng)聲器的靈敏度越低需要功放的功率越大，所以不宜過低,。但也不宜高于中,、高音揚(yáng)聲器，否則如低音過強(qiáng),，使用功率分頻器時(shí)難以衰減,。以90Db左右為宜。
（4）揚(yáng)聲器品質(zhì)的選擇
音響是用來聽音樂的,，音樂是從揚(yáng)聲器放送出來的,，揚(yáng)聲器的重要性不言而喻。市場規(guī)律一分錢一分貨,，在預(yù)算允許的情況下,，盡量買品質(zhì)高一些的揚(yáng)聲器。
本例選用丹麥原裝Wifa(威發(fā))10英寸涂覆紙盆揚(yáng)聲器,，型號(hào)為M25WP-09,，外型見圖一中照片（1-4）。銷售商沒有資料提供,，網(wǎng)上找到圖一（5）,，外觀相似，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)有些參數(shù)相去甚遠(yuǎn),，還得自己測量,，才能據(jù)以設(shè)計(jì)音箱。
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2.揚(yáng)聲器的老化
新?lián)P聲器的振動(dòng)部分需要經(jīng)過充分使用,，性能才能趨于穩(wěn)定,，這個(gè)老化過程可稱為“煲”。在自測揚(yáng)聲器參數(shù)前,，或按給定參數(shù)制作好音箱開始調(diào)試前,，揚(yáng)聲器都要經(jīng)過充分的“煲”。在普通使用情況下約需六個(gè)月,，如需快速“強(qiáng)煲”,，可將揚(yáng)聲器采取隔音措施（如用棉被包起來，裝進(jìn)大紙箱）,，加上額定功率10%左右的市電,，連續(xù)煲半個(gè)月后測諧振頻率，以后每隔一個(gè)星期測一次,，相鄰兩次沒有變化才算完成,。
經(jīng)過“透煲”,， 揚(yáng)聲器的諧振頻率可下降一成多。
3.揚(yáng)聲器參數(shù)的測量及有關(guān)計(jì)算
在沒有揚(yáng)聲器參數(shù)時(shí),，必須通過測量取得,。即使有廠家給定的參數(shù)和曲線，揚(yáng)聲器配對(duì)也需要測量有關(guān)參數(shù),。
（1）諧振頻率Fo,。
Fo是揚(yáng)聲器最常用也是最重要的參數(shù)。測試電路及設(shè)備連接如圖二（1-3）,。測量時(shí)揚(yáng)聲器前面0.3米內(nèi)應(yīng)無反射物,。
先將信號(hào)發(fā)生器頻率調(diào)到×1檔的最高頻率處（100Hz），然后增大輸出,至電壓表(10V檔)指示1V,，如圖二（4）,。
不改變信號(hào)發(fā)生器輸出強(qiáng)度，只調(diào)整頻率高低,，使電壓表指示最高（約可達(dá)4V）,，信號(hào)發(fā)生器指示的頻率就是揚(yáng)聲器的諧振頻率Fo。如圖二（5）,。
本例揚(yáng)聲器實(shí)測Fo=32Hz.
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（2）等效質(zhì)量Mo
視揚(yáng)聲器振動(dòng)部分質(zhì)量不同,，稱出一塊幾十克重的橡皮泥，搓成圓環(huán)狀,，沿喇叭防塵帽一圈放置,，并使其緊貼在紙盆上,見圖三。按圖二方法測量揚(yáng)聲器此時(shí)的諧振頻率Fmo,。
本例選Mf=25克,，實(shí)測Fmo=25Hz.
Mo值用下式求出。
Mo=Fmo平方×Mf/(Fo平方-Fmo平方)
本例Mo=25×25×25/32×32-25×25=39克
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（3）等效半徑a
揚(yáng)聲器紙盆有效直徑的1/2,，即紙盆中心到折環(huán)內(nèi)邊沿的距離。
本例實(shí)測揚(yáng)聲器等效半徑a=0.095m,。見圖四。
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（4）等效容積Vep
揚(yáng)聲器的等效容積,，是指在這個(gè)容積中,，空氣的聲順和揚(yáng)聲器的聲順相等。
Vep=34909×a的4次方/Fo的平方×Mo
本例Vep=34909×0.095×0.095×0.095×0.095/32××32×0.039=71L.
（5）總品質(zhì)因數(shù)Qts
Qts是表征揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)和阻尼成反比情況的一個(gè)重要參數(shù),。測試電路仍如圖二,，在測得Fo的電壓時(shí)，計(jì)算V1=V2=√Vmin×Vmax,。調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率,，使用數(shù)字表測出對(duì)應(yīng)頻率點(diǎn)的準(zhǔn)確電壓值,，繪成圖五。從中找到對(duì)應(yīng)V1,、V2的頻率F1,、F2。
Qts=√(Vmin/Vmax)×【F0/（F2-F1）】
本例V1=V2=√1×4.16=2.04,，對(duì)應(yīng)F2=47,，F(xiàn)1=16.
Qls=√(1.0/4.16)×【32/47-16】=0.50。
Qts是揚(yáng)聲器的重要參數(shù),。它標(biāo)志著一個(gè)揚(yáng)聲器在低頻段聲壓特性的平直程度和瞬態(tài)特性的好壞,。Qts大于0.7的揚(yáng)聲器適合做號(hào)筒式音箱；Qts小于0.3的揚(yáng)聲器適合做封閉箱,，Qts在0.3-0.6范圍之內(nèi)的揚(yáng)聲器才適合做倒相箱,。
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4.音箱容積Vb的計(jì)算
Vbj（音箱凈容積）=Vep/α
從圖六查得，當(dāng)Qts=0.5時(shí),，α=1,，
因此，本例Vbj=Vep=71L,。
還要加上揚(yáng)聲器,、倒相管、隔板加強(qiáng)筋所占用的容積,，才是音箱容積,。按4%計(jì)算
Vb=71L×1.04=73.8L
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5,倒相孔的設(shè)計(jì)
（1），倒相孔開口面積Sp的選擇
從能有效輻射聲波的角度考慮,，Sp大些為好,，但Sp受到倒相管長度的限制，通常為揚(yáng)聲器有效輻射面積的0.1-0.8倍,。這里選用兩根內(nèi)徑7.6cm長度26cm的成品倒相管,。
Sp=（7.6/2）的平方×Π×2=90平方厘米
揚(yáng)聲器有效振動(dòng)面積=9.5的平方×Π=283
倒相孔開口面積占揚(yáng)聲器有效面積的比例=90/283=32%。是比較合適的,。
（2）倒相孔長度Lp
公式一,、Lp=C*C*Sp/4*Π*Π*Fb*Fb*Vb
公式二、Lp=（30000S/Vb*Fob*Fob）-0.825√S
倒相管長度的計(jì)算比較復(fù)雜,，計(jì)算出來的結(jié)果誤差也比較大,。其實(shí)可以保留倒相管的原有長度，到音箱調(diào)試時(shí),，根據(jù)倒相管實(shí)際諧振情況,，再鋸短倒相管到合適長度即可。
6．音箱各部尺寸的選擇和計(jì)算。
（1）音箱寬度的選擇
現(xiàn)代音箱從美觀的角度考慮,，宜選較小的寬度,。本例揚(yáng)聲器外徑262mm，音箱內(nèi)寬選定為270mm,，外寬320mm,。為進(jìn)一步減小揚(yáng)聲器安裝面的寬度，兩邊做成15×22 mm的斜面,。
（2）音箱高度的選擇
從改善高音揚(yáng)聲器指向性考慮,，高音揚(yáng)聲器的水平中心需與聽音者的耳朵等高，本例選1.1米,。經(jīng)計(jì)算音箱內(nèi)高為780mm.
（3）音箱深度的計(jì)算
73.8L/（2.7×7.8）=350mm
為減小駐波,，把音箱做成直角梯形。取上邊深度為325mm,，則下邊深度為375mm,，這樣也比較美觀。
設(shè)音箱寬度為1,，則各邊比例約為1：1.3：2.9,。沒有整倍數(shù)，符合能使駐波頻率均勻分布的比例,。
7.音箱開孔位置的選擇,。
（1） 揚(yáng)聲器開孔位置的選擇。
音箱內(nèi)使用加強(qiáng)隔板,，使音箱成為上下兩室,，為使工作時(shí)氣壓均勻，揚(yáng)聲器開孔位于上室的中間,。揚(yáng)聲器上邊距箱頂100mm,也比較符合與中音揚(yáng)聲器靠近的原則,。
（2） 倒相口開孔位置的選擇。
a,要求揚(yáng)聲器中心到倒相管中心的距離
Lsd=2.5-4d,(d為倒相管外徑,，80mm)
本例選Lsd =280mm,。
280/80=3.5，符合設(shè)計(jì)要求,。
b,要求倒相管到后側(cè)板的距離
b≥1.5d
本例b=（380-260）/80=1.5,，符合要求。
（3） 接線開孔的選擇,。
使用接線板需在音箱上開孔,，會(huì)影響到音箱的強(qiáng)度和密閉性，因此本例使用兩根8×60 mm的接線柱,。為縮短引線,，安裝在后板距離揚(yáng)聲器比較近的位置,。
8.制造音箱材料的選擇,。
本例要求牢固實(shí)用,，不刻意追求美觀。箱體使用25mm中密度板,，前面板由于開孔降低了強(qiáng)度,，厚度增加到40mm。不但箱體所有邊角都使用25mm×25mm的條木加固,，箱體中間還使用25mm厚的中纖隔板加固,以杜絕箱體的振動(dòng),，避免產(chǎn)生聲染色。音箱表面貼胡桃木皮,，罩深色漆,。
設(shè)計(jì)好的音箱圖紙如圖七。
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裝好揚(yáng)聲器的音箱如圖九,。
安裝揚(yáng)聲器時(shí),，要在與箱體結(jié)合處襯墊薄層軟質(zhì)密封材料，以免產(chǎn)生機(jī)振或漏氣,。 |
圖九（1）裝喇叭倒相管.jpg (147.1 KB, 下載次數(shù): 4)
二．音箱的調(diào)試,。
音箱設(shè)計(jì)、加工,、組裝完成,，試機(jī)開聲。感覺低頻的析象力和下潛深度都挺好,，彈性一般,，量感不足。
所以要取得滿意效果,，關(guān)鍵還在調(diào)試,。
1.改變倒相管長度的調(diào)試
這是可以使用儀器、觀察參數(shù)變化來進(jìn)行的調(diào)試項(xiàng)目,。
電路連接仍如圖二,。測量揚(yáng)聲器裝音箱后的曲線，在F2=56和F1=17.5處呈現(xiàn)兩個(gè)峰值,。如圖十（1）,。F2
是揚(yáng)聲器的諧振峰；F1是倒相管的諧振峰,。通過調(diào)整倒相管長度（或截面積）,，使兩個(gè)峰一樣高時(shí)，音箱的
低頻響應(yīng)最好,。
當(dāng)?shù)瓜喙艿姆逯当容^高時(shí),，需要加長倒相管或減小倒相孔面積；當(dāng)揚(yáng)聲器的峰值比較高時(shí)，可以去短倒相管,，
從而使雙峰等高,。此處把倒相管鋸短10mm，雙峰誤差從20%縮小到8%,，同時(shí)F2和F1分別提高到58和18,，
見圖十（2）。音箱參數(shù)調(diào)諧靈敏,，一方面說明設(shè)計(jì)比較成功,，另一方面說明參數(shù)已經(jīng)接近最佳值，可調(diào)節(jié)的
余地比較小,。我測過幾臺(tái)進(jìn)口音箱,，都是揚(yáng)聲器的峰值稍高。倒相管一旦去短,，再想加長就難了,。所以在后
面的調(diào)整未完成前，如果不是高出很多,，可以留到其他項(xiàng)目調(diào)試好以后酌情再做處理,。這項(xiàng)調(diào)整雖然看到了曲
線的變化，因調(diào)整量比較小,，沒聽到聲音有明顯變化,。
2.改變音箱工作方式的試驗(yàn)
（1）封閉式音箱試驗(yàn)
用定制的四個(gè)“悶頭”堵住倒相口，就變成了封閉式音箱,。音箱的頻響曲線如圖十（3）,。形成45HZ的揚(yáng)聲器諧
振峰，經(jīng)計(jì)算此時(shí)Qts=0.62,接近封閉箱0.7的最佳值,。感覺此時(shí)低音的析象力和彈性有進(jìn)一步提高,，低音量能
也還可以，唯下潛不夠深,，聲音也不夠開揚(yáng),。比較適合聽節(jié)奏感強(qiáng)的音樂。
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（2）變阻尼式音箱試驗(yàn)
表征音箱效果優(yōu)劣主要有兩個(gè)參數(shù),，一個(gè)是靜態(tài)參數(shù)——低音重放頻率下限,，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)參數(shù)——瞬態(tài)響應(yīng)。倒相箱的前者較好,，封閉箱的后者較好,，還有一種可兼顧兩者的構(gòu)思——變阻尼音箱。
設(shè)計(jì)音箱時(shí)就把中間的加強(qiáng)筋做成有四個(gè)方孔的隔板,，此隔板把音箱隔離成上下兩個(gè)室,。從靜態(tài)看,，箱體容積是上下兩箱之和，和倒相箱一樣,；從動(dòng)態(tài)看,，上室容積較小，對(duì)揚(yáng)聲器有較大的阻尼,，使音箱工作在類似封閉箱狀態(tài)，從而在保持較低重放頻率的同時(shí)提高瞬態(tài)響應(yīng),。
試驗(yàn)?zāi)康?，是在保持倒相箱重放低頻的同時(shí)，找到進(jìn)一步提高瞬態(tài)的最佳點(diǎn),。
用定制的 “變阻尼板” 蓋住隔板上的方孔,，分辨聲音的變化。
經(jīng)試驗(yàn),，必須打開三塊蓋板才不會(huì)影響到低頻重放下限,。每個(gè)開孔的面積是8*12=96平方厘米，3*96=288,，就是說當(dāng)隔板開孔面積不小于揚(yáng)聲器有效振動(dòng)面積283平方厘米時(shí),，才能保證低頻重放。
試驗(yàn)結(jié)果證明,，保留所有開孔面積或使用一塊蓋板，更能兼顧聲音的低頻重放和瞬態(tài)。
3.更換揚(yáng)聲器引線的試驗(yàn)
經(jīng)過以上兩項(xiàng)調(diào)整,，感到低頻的量感仍然不夠,，也缺乏彈性，根據(jù)發(fā)燒友建議,，更換線材試試,。
不要小看從揚(yáng)聲器到接線柱那不到半米的線材，通過試驗(yàn),，發(fā)現(xiàn)其對(duì)低音的影響非常明顯,。
我開始使用的線材如圖十一（1）（2）所示，是燒友從進(jìn)口音響換下來的,。線芯較粗,，根數(shù)不多，材質(zhì)很硬,，顏色發(fā)黃,，表明銅材的純度不高。
第一次更換的是燒友從歐洲進(jìn)口音箱換下來的,，是很軟的多股無氧純銅線（用到功放里去了,，所以不能提供照片）,。能感到聲音有變化，低音下潛加深,，但量感沒有明顯增加,。
第二次更換的線材如圖十一（3）（4）（5）所示，是我從音響商行每米一百元買來的,，據(jù)說是國外的網(wǎng)絡(luò)用線,。每條線里有10根多芯軟銅線，每根線里又分為四組,，每組里有10根細(xì)銅絲,。我把兩條線編織在一起，這樣每條喇叭線就由20×4×10=800根細(xì)銅絲組成,。
這次換線,，不但感到低音下潛的很深，量感也比以前有明顯增加,，而且富有彈性,。是我所有更換線材取得效果最明顯的一次。當(dāng)然事物沒有十全十美,，這條線的析象力稍差一些,，這也是倒相箱天生不如封閉箱的地方?？傊堑玫搅朔衔蚁矚g的音色,。
需要說明的是，盡量更換揚(yáng)聲器引線引起了聲音明顯變化,，但在我用儀器可以測出音箱的幾個(gè)參數(shù)中,，并沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化。
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4.音箱容積的調(diào)試
經(jīng)過前三項(xiàng)調(diào)試,，音箱的低音已經(jīng)相當(dāng)滿意,，可惜好景不長，越聽感覺低音越渾濁無力,。經(jīng)過半年時(shí)間的使用,，通過幾次測量發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)聲器的Fo由32HZ下降到了28HZ,，相應(yīng)其他參數(shù)也都有了較大幅度的改變,。原來制作音箱前我把喇叭裝在朋友的音箱上使用了一個(gè)月，其實(shí)并沒有“煲”透,。在正式裝箱投入使用后,，性能逐漸發(fā)生變化，與音箱不匹配了,。由于揚(yáng)聲器Fo降低,，需要相應(yīng)減小音箱容積,，重新進(jìn)行調(diào)整。
（1）音箱容積是否合適的判斷
判斷音箱的容積是否合適,，主要靠聽聲音,，需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和判斷力，這是很考功夫的一個(gè)環(huán)節(jié),，可以多邀幾名資深發(fā)燒友來幫助評(píng)價(jià)。
當(dāng)箱體容積偏小時(shí),，對(duì)揚(yáng)聲器的阻尼大,，聲音比較清楚,，但下潛不夠深,。當(dāng)音箱的容積偏大時(shí)情況相反,，低音豐富,，但無力,，感到比較渾濁,。
（2）調(diào)整音箱容積的方法
當(dāng)感到音箱容積比較小時(shí),，可以適當(dāng)增加吸音材料,。但倒相箱不可放置過多的吸音材料,，否則影響倒相效果,，所以設(shè)計(jì)音箱容積時(shí)要留出適當(dāng)余量。
當(dāng)感到音箱容積比較大時(shí)，可以采用在音箱底部放沙袋的方法,，來減小音箱的有效容積,。
把一條牛仔褲剪成兩半，封閉褲腰后分別裝進(jìn)左右音箱的底部,，把褲腿從倒相孔拉出來,，向里面灌沙子，見圖十二,。開始灌10公斤，以后每次灌1公斤,，一邊聽聲音,，一邊測曲線,。直到灌進(jìn)去22公斤沙子，再增減半公斤沙子,，都可以聽到聲音向不好的方向變化,，才算取得比較滿意的效果,。
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圖十二（1）灌砂口.jpg (177.48 KB, 下載次數(shù): 3)
圖十二（2）沙袋.jpg (125.36 KB, 下載次數(shù): 3)
圖十二（3).jpg (264.44 KB, 下載次數(shù): 6)
在這次完成灌砂后的調(diào)試中,，還分別試聽了封閉倒相口和遮擋一個(gè)阻尼孔的聲音,，并測量了頻響曲線（見圖十三）,。
幾種工作方式的聲音各有千秋,，可供各人對(duì)音樂的不同喜好或播放不同類型的音樂時(shí)選用,。
本人還是比較喜歡倒相箱那種開揚(yáng)、深沉,、富有彈性,、有足夠量感的低音。
補(bǔ)充內(nèi)容 (2014-2-2 02:08):
調(diào)試音箱,，較聲使用森海塞爾650耳機(jī)的聲音做參照物,。 |
圖十三(1)20KG有隔板倒相箱.jpg (256.64 KB, 下載次數(shù): 3)
圖十三（2）22KG無隔板倒相箱.jpg (247.86 KB, 下載次數(shù): 9)
圖十三（3）20KG有隔板封閉.jpg (231.48 KB, 下載次數(shù): 5)
圖十三（4）22KG無隔板封閉箱.jpg (248.78 KB, 下載次數(shù): 3)
附錄
1．本例設(shè)計(jì),，中高音揚(yáng)聲器另外使用分體式音箱（見圖十四）,。
如需把揚(yáng)聲器裝在一個(gè)箱體里,，注意事項(xiàng)如下：
（1）保持低音音箱容積不變。
（2）中音揚(yáng)聲器需要足夠容積的箱體空間,，以裝箱后諧振頻率低于分頻點(diǎn)1-2個(gè)倍頻程為宜,。
（3）高音揚(yáng)聲器的水平軸線要和聽音時(shí)人耳的位置差不多高。
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- 2，本例設(shè)計(jì)低音使用前級(jí)電子分頻,。如需使用功率分頻器,，計(jì)算公式如下,。
（1）低音串聯(lián)電感L1=296×Z1/F
式中F為分頻點(diǎn)頻率，Z1為低音揚(yáng)聲器在分頻點(diǎn)的阻抗,?？梢允褂脠D二電路，使用分頻點(diǎn)頻率測量揚(yáng)聲器兩端電壓和通過揚(yáng)聲器的電流,，經(jīng)換算得出,。
（2）低音并聯(lián)電容C1=148000/Z1×F
（3）高音串聯(lián)電容C2=85300/Z2×F
式中Z2為高音揚(yáng)聲器在分頻點(diǎn)的阻抗。
（4）高音并聯(lián)電感L2=170×Z2/F
注意：高音揚(yáng)聲器引線需反相連接,。
如使用三分頻,，則把兩個(gè)分頻點(diǎn)頻率分別代入上式，求出有關(guān)參數(shù),。再把中音的兩套分頻元件串聯(lián)起來即可,。
注意：此時(shí)中音揚(yáng)聲器引線需反相連接。
煙雨徐行 2016/03/04
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