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音箱设计手册
作者： 2008.1.26

目录

1. 音响系统介绍………………………………………………………..1
2. 扬声器部品材料的作用…………………………………………………….2
3. 扬声器分类 ……………………………………………………………….….2
4. 声学知识……………………………………………………………..4
5. 扬声器参数解译…………………………………………………….10
6. 扬声器参数运算…………………………………………………....12
7. 扬声器设计…………………………………………………………13
8. 分频器设计………………………………………………………....17
9. 密闭式音箱设计……………………………………………………20
10. 密闭式音箱调试……………………………………………………23

1.音响系统介绍：

VCD：提供音频、视频信号。
调音台：调配、控制声系统。
效果器：混响、延时、补赏音质。
功放：声音放大、立体感。
音箱：声音重放。

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2.扬声器部品材料的作用：

纸盆：声波辐射组件，它决定音质。
音圈：策动源，扬声器的心脏。
振动系统 防尘盖：防尘、美观，改变高频曲线。
弹波：定位，控制音圈振幅。
Edge悬边：支撑，保持纸盆振动平衡。

磁铁：提供磁场。
T 铁：导磁。
扬声器 磁路系统 华司：导磁。
后盖：防磁泄漏。

盆架：支撑和固定磁路及振动系统。
垫片：加强悬边粘接及保护悬边。
支撑系统 端子：导电，固定锦丝线连接。
锦丝线：导电，传输给音圈线音频信号。

3.扬声器分类：
按辐射方式分：
直接辐射式----声波由发声组件直接向空间辐射。
间接辐射式----声波由发声组件经过号筒向空间辐射。
耳机式----声波由发声组件经密闭气室(耳道)辐射。

按换能方式分：
电动式----利用磁场对载流导体的作用力来实现电声能转换。
电磁式----利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间的相互作用来实现电声能转换。
压电式----利用压电体的反向压电效应来实现电声能转换。
电容式----利用电容极板之间的静电力来实现电声能转换。

按纸盆结构分：
锥形扬声器
平板扬声器 2
带式扬声器
球顶扬声器
微型扬声器

按用途分类：
高保真----用于高保真音响系统。
扩音----用于舞台、广播。
监听-----用于电台、录音。
电视----用于电视机。
汽车----用于汽车放音。
吸顶----用于建筑装修顶棚。
微型----用于手机、笔记本电脑。
防水----用于水底、公园。

按工作频宽分
超低音----20~120Hz
低音----20~500 Hz
中音----500~5000 Hz
高音----2000~20000 Hz
全频----20~20000 Hz
超高音----20000~100000 Hz

按磁路结构分：
内磁式：U铁、钕铁錋磁铁、铁片、铁柱。
外磁式：后盖、付磁铁、T铁、主磁铁、华司。

按振膜材料分：
纸盆
PP
玻璃纤维
钛膜
PEI
蚕丝

小结：扬声器----传播声音的器件,俗称喇叭。通过物理效应,它把电能转换成声能,即电---力---声转换。
下一节我们来学习声学知识，探讨它是如何进行电---力---声转换的。
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4.声学知识:
扬声器电学公式：
E=BL υ
F= BL ί

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E：电动势 (单位：V)。
B：磁感应密度 (单位：Wb/m2)。
L：音圈线长度 (单位：m)。
υ：音圈振动速度(单位：m/s)。
F：磁场对音圈的作用力（单位：N）。
ί：流经音圈的电流 (单位：A)。

扬声器力学公式：
Cm=1/K
Cm：力顺系数 (单位：m/N) 。
K：劲度。

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χ =χ A co s (W0 t –φ0)
χ：位移 (单位：m)
χ A：振幅
W0：圆频率
t：时间
φ0：相位角
T=1/f
T：振动周期 (单位：s)
f：频率 (单位：Hz)
W0=2πf0

f0=1/[2π (MM CM) 1/2]
MM：振动质量 (单位：g)

扬声器声学公式：
λ=c / f
λ：声波长度 (单位：m)
C：声速 空气中 344m / s
f ：频率 (单位：Hz)

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SPL=112+10Lg no

No=ρ (BL)2 SD2 / (2πCR mms2 )

No=PA/PE x100%
SPL：扬声器声压级(单位：dB)。
No：电声转换效率 。
PA：声功率 (单位：W)。
PE：电功率 (单位：W)。
SD：扬声器有效振动面积 (单位：m2)。
R：扬声器阻抗 (单位：Ω)。
mms：扬声器振动系统质量加辐射质量 (单位：g)。 9
5. 扬声器参数解译：
DAAS系统测得的阻抗和参数画面

DAAS系统测得的SPL曲线画面
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Fo:最低共振频率。
Re:音圈的直流电阻。
Qms:机械系统质量因子。
Qes:电气系统的质量因子。
Qts:总品质因子。
Cms:振动系统的力顺。
Mms:振动系统质量加辐射质量。
Mmd:振动系统质量。
Mmr:辐射质量。
no:电声转换效率。
BL:磁感应密度与音圈线长度的乘积。
SPL:扬声器声压级。
Vas:等效容积。
Le:音圈的感抗。
SD:有效振动面积。
Vb:音箱的容积。
Fb:音箱的最低共振频率。
Qtc:音箱的总品质因子。
F3：-3dB的低频下限频率。 11
6. 扬声器参数运算：

扬声器阻抗特性图

│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=ρ0c02Cms Sd2
│X│max=√Z.Pmax /(2πf0 .BL)
BL=√2πf0ReMms/QES

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7. 扬声器设计：

通常有3种设计思路：
1. 客户提供样品:
测试参数
↓
参数分析
↓
设计规划
↓
打样材料
↓
试做样品 13
↓
测试参数
2. 客户提供参数，如下：
Vas
Fo
Qts
SPL
Power
IMP(Re)

参数分析
↓
设计规划
↓
打样材料
↓
试做样品
↓
测试参数
3. 自主设计：
确定造型
↓
音质、档次 14
↓
参数指标
↓
考虑与分音器、音箱搭配
↓
打样材料
↓
试做样品
↓
测试参数
例如，按客户提供参数设计：
Qts、Power、IMP(Re)，把这3个参数看成 [电]，它对应的是电磁动力系统。
音圈：Re、材质、尺寸、重量。
电磁动力系统 磁铁：材质、尺寸。
T 铁：材质、尺寸。
华司：材质、尺寸。

决定了电磁动力系统，就应该考虑支撑系统了，因为支撑系统像是个桥梁,它连接着磁路系统和振动系统。 15
盆架：材质、尺寸。
支撑系统 垫片：材质、尺寸。
端子：材质、尺寸。
锦丝线：材质、尺寸。

Vas、Fo，把这2个参数看成 [力]，它对应的是振动系统。
纸盆：形状、材质、尺寸、重量。
振动系统 Edge悬边：形状、材质、尺寸、重量、硬度。
弹波：材质、尺寸、变位（力顺）。
防尘盖：材质、形状、重量、尺寸。

SPL，把这个参数看成 [声]，在声学知识学过：
SPL=112+10Lg no

No=ρ (BL)2 SD2 /( 2πCR mms2 )

No=PA/PE x100%
影响SPL最关键的参数是no，决定no的主要参数是BL、SD、mms。
BL对应的材料是磁路和音圈，SD对应的材料是纸盆，mms对应的材料是纸盆、音圈、弹波、防尘盖。
所以，要达到SPL值就得从磁路性能、音圈的线径和线长度及重量、
纸盆的直径和重量及形状着手。
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8.分频器设计：
分频器分并联和串联2种：
并联分频器-----每一信道为独立的电路，稳定性好。
串联分频器-----每一个组件变化都会影响整个分频器的特性。
并联分频器分为：
低通-----衰减高频，运用在低音单体。
高通-----衰减低频，运用在高音单体。
带通-----衰减低频和高频，运用在中音单体。
分频器衰减斜率：
一阶：6dB/Oct
二阶：12dB/Oct
三阶：18dB/Oct
四阶：24dB/Oct
分频器的Q值：
Butterworth: Q=0.707

F=1/[2π(LC)1/2]

Q=[(R2C)/L] 1/2

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分频点曲线图：

一阶Butterworth:
公式：
L=R/(2πfc)
C=1/(2πfc R) 18
二阶Butterworth:

公式：
L1=1.41 R/(2πfc)=L2

C1=1.41/(4πfc R)=C2

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9.密闭式音箱设计：

对扬声器的要求：
a.力顺较大。
b.长冲程音圈。
c. EBP（效率频宽积）=fs/Qes =50hz 做密闭式音箱。
fs/Qes =100hz做倒相式音箱。
d. Qts =0.5 (临界阻尼)。
e. Vas适当。
f. -45度指向性良好。

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g. fsc、 Qtc决定低频响应曲线形状。
h. Qtc决定低频响应峰值。
i.扬声器与放大器功率匹配良好。
j.声压级适当、频响曲线平坦度良好。

设计公式：
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]
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DAAS系统测得的音箱阻抗曲线画面

DAAS系统测得的音箱频响曲线画面

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10.密闭式音箱调试：
当扬声器、箱体、分音器都按相应的参数设计完成后，我们就要以
客观测试和主观试听2个方面来验证音箱设计效果，经过少许的调试
达到完美的音质效果。
客观测试：
1. 测试阻抗曲线：

DAAS系统测得的音箱阻抗曲线画面
A. 阻抗峰过高且尖锐，说明音箱Q值过高，可加吸音材料改善。
B. 音箱谐振频率比理想值高，可加大箱体容积。增加一定的吸音材料也可使箱体容积提升25%左右。
C. 箱体共振会影响音质，可增加箱体刚性，也可加阻尼材料改善箱体共振。 23
D. 箱体漏气会影响低频声压，可在扬声器、接线盒安装位置加软性胶水或阻尼材料。
2. 测试频响曲线：

DAAS系统测得的音箱频响曲线画面

A.分频点SPL曲线出现凸起，可调整电容、电感值或增加分频阶数。
B.分频点SPL曲线出现谷底，可对调扬声器极性或调整电容值。
C. 分频点SPL曲线出现波动过大，高低音扬声器安装分离尺寸应
≤分频点频率的波长。
D. 120HZ---160HZ出现凹陷，低音扬声器安装尺寸可偏离轴中心。
E. 6K---7KHZ出现谷底，高音扬声器面板或音箱面板结构所至，调整面板结构和形状，改善声波辐射。 24
F. 5K---12KHZ SPL曲线偏高，高通分频器上加电阻衰减高频曲线。
G. 高频SPL曲线从15KHZ就衰减了，挑选频宽到20KHZ的高音扬声器，或挑选指向性良好的高音扬声器。
3. 主观试听：
a. 低音不足声音浑：声音瞬态不好，箱体大。音箱容积改小，fsc调到最佳值。
b. 中音闷：声音不悦耳，没有临场感。提升1K---3KHZ SPL,人耳对此频段声音识别力最强，提升1K---3KHZ SPL可增加明亮度和临场感。
c. 高音尖：高音刺耳，5KHZ----10KHZ SPL过高，在高通分频器上加电阻衰减高频曲线，加吸音材料也可衰减高音。

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