音箱設計手冊(2)
音箱設計手冊
作者： 2008.1.26
目錄
1. 音響系統介紹………………………………………………………..1
2. 揚聲器部品材料的作用…………………………………………………….2
3. 揚聲器分類 ……………………………………………………………….….2
4. 聲學知識……………………………………………………………..4
5. 揚聲器參數解譯…………………………………………………….10
6. 揚聲器參數運算…………………………………………………....12
7. 揚聲器設計…………………………………………………………13
8. 分頻器設計………………………………………………………....17
9. 密閉式音箱設計……………………………………………………20
10. 密閉式音箱調試……………………………………………………23
1.音響系統介紹：
VCD：提供音頻、視頻信號。
調音台：調配、控制聲系統。
效果器：混響、延時、補賞音質。
功放：聲音放大、立體感。
音箱：聲音重放。
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2.揚聲器部品材料的作用：
紙盆：聲波輻射元件，它決定音質。
音圈：策動源，揚聲器的心臟。
彈波：定位，控制音圈振幅。
Edge懸邊：支撐，保持紙盆振動平衡。
磁鐵：提供磁場。
T 鐵：導磁。
揚聲器 磁路系統 華司：導磁。
後蓋：防磁泄漏。
盆架：支撐和固定磁路及振動系統。
墊片：加強懸邊粘接及保護懸邊。
支撐系統 端子：導電，固定錦絲線連接。
錦絲線：導電，傳輸給音圈線音頻信號。
3.揚聲器分類：
按輻射方式分：
直接輻射式----聲波由發聲元件直接向空間輻射。
間接輻射式----聲波由發聲元件經過號筒向空間輻射。
耳機式----聲波由發聲元件經密閉氣室(耳道)輻射。
按換能方式分：
電動式----利用磁場對載流導體的作用力來實現電聲能轉換。
電磁式----利用饋有音頻電流的電磁鐵與連有振膜的銜鐵之間的相互作用來實現電聲能轉換。
壓電式----利用壓電體的反向壓電效應來實現電聲能轉換。
電容式----利用電容極板之間的靜電力來實現電聲能轉換。
按紙盆結構分：
錐形揚聲器
平板揚聲器 2
帶式揚聲器
球頂揚聲器
微型揚聲器
按用途分類：
高保真----用於高保真音響系統。
擴音----用於舞台、廣播。
監聽-----用於電台、錄音。
電視----用於電視機。
汽車----用於汽車放音。
吸頂----用於建築裝修頂棚。
微型----用於手機、筆記本電腦。
防水----用於水底、公園。
按工作頻寬分
超低音----20~120Hz
低音----20~500 Hz
中音----500~5000 Hz
高音----2000~20000 Hz
全頻----20~20000 Hz
超高音----20000~100000 Hz
按磁路結構分：
內磁式：U鐵、釹鐵錋磁鐵、鐵片、鐵柱。
外磁式：後蓋、付磁鐵、T鐵、主磁鐵、華司。
按振膜材料分：
紙盆
PP
玻璃纖維
鈦膜
蠶絲
小結：揚聲器----傳播聲音的器件,俗稱喇叭。通過物理效應,它把電能轉換成聲能,即電---力---聲轉換。
下一節我們來學習聲學知識，探討它是如何進行電---力---聲轉換的。
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4.聲學知識:
揚聲器電學公式：
E=BL υ
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E：電動勢 (單位：V)。
B：磁感應密度 (單位：Wb/m2)。
L：音圈線長度 (單位：m)。
υ：音圈振動速度(單位：m/s)。
F：磁場對音圈的作用力（單位：N）。
：流經音圈的電流 (單位：A)。
揚聲器力學公式：
Cm=1/K
Cm：力順系數 (單位：m/N) 。
K：勁度。
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χ =χ A co s (W0 t –φ0)
χ：位移 (單位：m)
χ A：振幅
W0：圓頻率
t：時間
φ0：相位角
T=1/f
T：振動周期 (單位：s)
f：頻率 (單位：Hz)
W0=2πf0
f0=1/[2π (MM CM) 1/2]
MM：振動質量 (單位：g)
揚聲器聲學公式：
λ=c / f
λ：聲波長度 (單位：m)
C：聲速 空氣中
f ：頻率 (單位：Hz)
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SPL=112+10Lg no
No=ρ (BL)2 SD2 / (2πCR mms2 )
No=PA/PE x100%
SPL：揚聲器聲壓級(單位：dB)。
No：電聲轉換效率 。
PA：聲功率 (單位：W)。
PE：電功率 (單位：W)。
SD：揚聲器有效振動面積 (單位：m2)。
R：揚聲器阻抗 (單位：Ω)。
mms：揚聲器振動系統質量加輻射質量 (單位：g)。 9
5. 揚聲器參數解譯：
DAAS系統測得的阻抗和參數畫面
DAAS系統測得的SPL曲線畫面
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Fo:最低共振頻率。
Re:音圈的直流電阻。
Qms:機械系統品質因數。
Qes:電氣系統的品質因數。
Qts:總品質因數。
Cms:振動系統的力順。
Mms:振動系統質量加輻射質量。
Mmd:振動系統質量。
Mmr:輻射質量。
no:電聲轉換效率。
BL:磁感應密度與音圈線長度的乘積。
SPL:揚聲器聲壓級。
Vas:等效容積。
Le:音圈的感抗。
SD:有效振動面積。
Vb:音箱的容積。
Fb:音箱的最低共振頻率。
Qtc:音箱的總品質因數。
F3：-3dB的低頻下限頻率。 11
6. 揚聲器參數運算：
揚聲器阻抗特性圖
│Z│max=Re+Res
r0= │Z│max / Re
QMS= f0 / (f2-f1)
QES= [1/(r0-1)]QMS
QTS=(1/ r0) QMS
f0=1/[2π(Mms Cms)1/2]
Vas=ρ
│X│max=√Z.Pmax /(2πf0 .BL)
BL=√2πf0ReMms/QES
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7. 揚聲器設計：
通常有3種設計思路：
1. 客戶提供樣品:
測試參數
↓
參數分析
↓
設計規劃
↓
打樣材料
↓
試做樣品 13
↓
測試參數
2. 客戶提供參數，如下：
Vas
Fo
Qts
SPL
Power
IMP(Re)
參數分析
↓
設計規劃
↓
打樣材料
↓
試做樣品
↓
測試參數
3. 自主設計：
確定造型
↓
音質、檔次 14
↓
參數指標
↓
考慮與分音器、音箱搭配
↓
打樣材料
↓
試做樣品
↓
測試參數
例如，按客戶提供參數設計：
Qts、Power、IMP(Re)，把這3個參數看成 [電]，它對應的是電磁動力系統。
音圈：Re、材質、尺寸、重量。
電磁動力系統 磁鐵：材質、尺寸。
T 鐵：材質、尺寸。
華司：材質、尺寸。
決定了電磁動力系統，就應該考慮支撐系統了，因為支撐系統像是個橋梁,它連接著磁路系統和振動系統。 15
盆架：材質、尺寸。
支撐系統 墊片：材質、尺寸。
端子：材質、尺寸。
錦絲線：材質、尺寸。
Vas、Fo，把這2個參數看成 [力]，它對應的是振動系統。
紙盆：形狀、材質、尺寸、重量。
振動系統 Edge懸邊：形狀、材質、尺寸、重量、硬度。
彈波：材質、尺寸、變位（力順）。
防塵蓋：材質、形狀、重量、尺寸。
SPL，把這個參數看成 [聲]，在聲學知識學過：
SPL=112+10Lg no
No=ρ (BL)2 SD2 /( 2πCR mms2 )
No=PA/PE x100%
影響SPL最關鍵的參數是no，決定no的主要參數是BL、SD、mms。
BL對應的材料是磁路和音圈，SD對應的材料是紙盆，mms對應的材料是紙盆、音圈、彈波、防塵蓋。
所以，要達到SPL值就得從磁路性能、音圈的線徑和線長度及重量、
紙盆的直徑和重量及形狀著手。
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8.分頻器設計：
分頻器分並聯和串聯2種：
並聯分頻器-----每一通道為獨立的電路，穩定性好。
串聯分頻器-----每一個元件變化都會影響整個分頻器的特性。
並聯分頻器分為：
低通-----衰減高頻，運用在低音單體。
高通-----衰減低頻，運用在高音單體。
帶通-----衰減低頻和高頻，運用在中音單體。
分頻器衰減斜率：
一階：6dB/Oct
二階：12dB/Oct
三階：18dB/Oct
四階：24dB/Oct
分頻器的Q值：
Butterworth: Q=0.707
F=1/[2π(LC)1/2]
Q=[(R
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分頻點曲線圖：
一階Butterworth:
公式：
L=R/(2πfc)
C=1/(2πfc R) 18
二階Butterworth:
公式：
L1=1.41 R/(2πfc)=L2
C1=1.41/(4πfc R)=C2
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9.密閉式音箱設計：
對揚聲器的要求：
a.力順較大。
b.長沖程音圈。
c. EBP（效率頻寬積）=fs/Qes =50hz 做密閉式音箱。
fs/Qes =100hz做倒相式音箱。
d. Qts =0.5 (臨界阻尼)。
e. Vas適當。
f. -45度指向性良好。
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g. fsc、 Qtc決定低頻響應曲線形狀。
h. Qtc決定低頻響應峰值。
i.揚聲器與放大器功率匹配良好。
j.聲壓級適當、頻響曲線平坦度良好。
設計公式：
r =(fsc/fs)2-1
r =Cas/Cab=Vas/ V b
Qtc=Qts* (fsc/fs)
f3=fsc *√1/Qtc2-2 +√[(1/Qtc2-2)2+4]
2 21
DAAS系統測得的音箱阻抗曲線畫面
DAAS系統測得的音箱頻響曲線畫面
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10.密閉式音箱調試：
當揚聲器、箱體、分音器都按相應的參數設計完成後，我們就要以
客觀測試和主觀試聽2個方面來驗証音箱設計效果，經過少許的調試
達到完美的音質效果。
客觀測試：
1. 測試阻抗曲線：
DAAS系統測得的音箱阻抗曲線畫面
A. 阻抗峰過高且尖銳，說明音箱Q值過高，可加吸音材料改善。
B. 音箱諧振頻率比理想值高，可加大箱體容積。增加一定的吸音材料也可使箱體容積提升25%左右。
C. 箱體共振會影響音質，可增加箱體剛性，也可加阻尼材料改善箱體共振。 23
D. 箱體漏氣會影響低頻聲壓，可在揚聲器、接線盒安裝位置加軟性膠水或阻尼材料。
2. 測試頻響曲線：
DAAS系統測得的音箱頻響曲線畫面
A.分頻點SPL曲線出現凸起，可調整電容、電感值或增加分頻階數。
B.分頻點SPL曲線出現谷底，可對調揚聲器極性或調整電容值。
C. 分頻點SPL曲線出現波動過大，高低音揚聲器安裝分離尺寸應
≤分頻點頻率的波長。
D. 120HZ---160HZ出現凹陷，低音揚聲器安裝尺寸可偏離軸中心。
E. 6K---7KHZ出現谷底，高音揚聲器面板或音箱面板結構所至，調整面板結構和形狀，改善聲波輻射。 24
F. 5K---12KHZ SPL曲線偏高，高通分頻器上加電阻衰減高頻曲線。
G. 高頻SPL曲線從15KHZ就衰減了，挑選頻寬到20KHZ的高音揚聲器，或挑選指向性良好的高音揚聲器。
3. 主觀試聽：
a. 低音不足聲音渾：聲音瞬態不好，箱體大。音箱容積改小，fsc調到最佳值。
b. 中音悶：聲音不悅耳，沒有臨場感。提升1K---3KHZ SPL,人耳對此頻段聲音識別力最強，提升1K---3KHZ SPL可增加明亮度和臨場感。
c. 高音尖：高音刺耳，5KHZ----10KHZ SPL過高，在高通分頻器上加電阻衰減高頻曲線，加吸音材料也可衰減高音。
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