揚聲器技術(shù)跨越電、力、聲三個(gè)學(xué)科，其失真約為功放的十倍，因而成為音響系統的瓶頸。為克服“聲音短路”，低音揚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)值主要體現在音箱的設計和調試中。因此為高品質(zhì)的揚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(lè )土。
介紹音箱設計和調試的著(zhù)作比比皆是，但往往眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。此處不涉及復雜的理論，只介紹本人制作音箱的經(jīng)過(guò)和心得，輔以必須的測量和簡(jiǎn)單的計算，僅供壇友參考。
一． 音箱設計
1.揚聲器的選擇
（1）揚聲器口徑的選擇
揚聲器口徑?jīng)Q定了音箱的頻率下限和功率，似乎越大越好。但越大口徑的揚聲器配套的音箱容積越大，需要的聽(tīng)音室也越大，因而受到限制。聽(tīng)音室面積在十二平方以下，揚聲器口徑不宜超過(guò)8寸；三十平方以上可用12寸揚聲器；一般家庭以10寸揚聲器為宜。
（2）揚聲器振膜和音箱形式的選擇
揚聲器振膜材質(zhì)對重放音樂(lè )的品質(zhì)有一定影響，應該根據喜好音樂(lè )的類(lèi)型選取。喜歡勁歌勁舞大動(dòng)態(tài)交響樂(lè )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）揚聲器靈敏度的選擇
低音揚聲器的靈敏度越低需要功放的功率越大，所以不宜過(guò)低。但也不宜高于中、高音揚聲器，否則如低音過(guò)強，使用功率分頻器時(shí)難以衰減。以90Db左右為宜。
（4）揚聲器品質(zhì)的選擇
音響是用來(lái)聽(tīng)音樂(lè )的，音樂(lè )是從揚聲器放送出來(lái)的，揚聲器的重要性不言而喻。市場(chǎng)規律一分錢(qián)一分貨，在預算允許的情況下，盡量買(mǎi)品質(zhì)高一些的揚聲器。
本例選用丹麥原裝Wifa(威發(fā))10英寸涂覆紙盆揚聲器，型號為M25WP-09，外型見(jiàn)圖一中照片（1-4）。銷(xiāo)售商沒(méi)有資料提供，網(wǎng)上找到圖一（5），外觀(guān)相似，經(jīng)測量發(fā)現有些參數相去甚遠，還得自己測量，才能據以設計音箱。
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2.揚聲器的老化
新?lián)P聲器的振動(dòng)部分需要經(jīng)過(guò)充分使用，性能才能趨于穩定，這個(gè)老化過(guò)程可稱(chēng)為“煲”。在自測揚聲器參數前，或按給定參數制作好音箱開(kāi)始調試前，揚聲器都要經(jīng)過(guò)充分的“煲”。在普通使用情況下約需六個(gè)月，如需快速“強煲”，可將揚聲器采取隔音措施（如用棉被包起來(lái)，裝進(jìn)大紙箱），加上額定功率10%左右的市電，連續煲半個(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(méi)有變化才算完成。
經(jīng)過(guò)“透煲”， 揚聲器的諧振頻率可下降一成多。
3.揚聲器參數的測量及有關(guān)計算
在沒(méi)有揚聲器參數時(shí)，必須通過(guò)測量取得。即使有廠(chǎng)家給定的參數和曲線(xiàn)，揚聲器配對也需要測量有關(guān)參數。
（1）諧振頻率Fo。
Fo是揚聲器最常用也是最重要的參數。測試電路及設備連接如圖二（1-3）。測量時(shí)揚聲器前面0.3米內應無(wú)反射物。
先將信號發(fā)生器頻率調到×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）。
不改變信號發(fā)生器輸出強度，只調整頻率高低，使電壓表指示最高（約可達4V），信號發(fā)生器指示的頻率就是揚聲器的諧振頻率Fo。如圖二（5）。
本例揚聲器實(shí)測Fo=32Hz.
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（2）等效質(zhì)量Mo
視揚聲器振動(dòng)部分質(zhì)量不同，稱(chēng)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(jiàn)圖三。按圖二方法測量揚聲器此時(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
揚聲器紙盆有效直徑的1/2，即紙盆中心到折環(huán)內邊沿的距離。
本例實(shí)測揚聲器等效半徑a=0.095m。見(jiàn)圖四。
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（4）等效容積Vep
揚聲器的等效容積，是指在這個(gè)容積中，空氣的聲順和揚聲器的聲順相等。
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Qts
Qts是表征揚聲器振動(dòng)系統和阻尼成反比情況的一個(gè)重要參數。測試電路仍如圖二，在測得Fo的電壓時(shí)，計算V1=V2=√Vmin×Vmax。調整信號發(fā)生器的輸出頻率，使用數字表測出對應頻率點(diǎn)的準確電壓值，繪成圖五。從中找到對應V1、V2的頻率F1、F2。
Qts=√(Vmin/Vmax)×【F0/（F2-F1）】
本例V1=V2=√1×4.16=2.04，對應F2=47，F1=16.
Qls=√(1.0/4.16)×【32/47-16】=0.50。
Qts是揚聲器的重要參數。它標志著(zhù)一個(gè)揚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的揚聲器適合做號筒式音箱；Qts小于0.3的揚聲器適合做封閉箱，Qts在0.3-0.6范圍之內的揚聲器才適合做倒相箱。
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4.音箱容積Vb的計算
Vbj（音箱凈容積）=Vep/α
從圖六查得，當Qts=0.5時(shí)，α=1，
因此，本例Vbj=Vep=71L。
還要加上揚聲器、倒相管、隔板加強筋所占用的容積，才是音箱容積。按4%計算
Vb=71L×1.04=73.8L
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5,倒相孔的設計
（1），倒相孔開(kāi)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(cháng)度的限制，通常為揚聲器有效輻射面積的0.1-0.8倍。這里選用兩根內徑7.6cm長(cháng)度26cm的成品倒相管。
Sp=（7.6/2）的平方×Π×2=90平方厘米
揚聲器有效振動(dòng)面積=9.5的平方×Π=283
倒相孔開(kāi)口面積占揚聲器有效面積的比例=90/283=32%。是比較合適的。
（2）倒相孔長(cháng)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(cháng)度的計算比較復雜，計算出來(lái)的結果誤差也比較大。其實(shí)可以保留倒相管的原有長(cháng)度，到音箱調試時(shí)，根據倒相管實(shí)際諧振情況，再鋸短倒相管到合適長(cháng)度即可。
6．音箱各部尺寸的選擇和計算。
（1）音箱寬度的選擇
現代音箱從美觀(guān)的角度考慮，宜選較小的寬度。本例揚聲器外徑262mm，音箱內寬選定為270mm，外寬320mm。為進(jìn)一步減小揚聲器安裝面的寬度，兩邊做成15×22 mm的斜面。
（2）音箱高度的選擇
從改善高音揚聲器指向性考慮，高音揚聲器的水平中心需與聽(tīng)音者的耳朵等高，本例選1.1米。經(jīng)計算音箱內高為780mm.
（3）音箱深度的計算
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(guān)。
設音箱寬度為1，則各邊比例約為1：1.3：2.9。沒(méi)有整倍數，符合能使駐波頻率均勻分布的比例。
7.音箱開(kāi)孔位置的選擇。
（1） 揚聲器開(kāi)孔位置的選擇。
音箱內使用加強隔板，使音箱成為上下兩室，為使工作時(shí)氣壓均勻，揚聲器開(kāi)孔位于上室的中間。揚聲器上邊距箱頂100mm,也比較符合與中音揚聲器靠近的原則。
（2） 倒相口開(kāi)孔位置的選擇。
a,要求揚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，符合設計要求。
b,要求倒相管到后側板的距離
b≥1.5d
本例b=（380-260）/80=1.5，符合要求。
（3） 接線(xiàn)開(kāi)孔的選擇。
使用接線(xiàn)板需在音箱上開(kāi)孔，會(huì )影響到音箱的強度和密閉性，因此本例使用兩根8×60 mm的接線(xiàn)柱。為縮短引線(xiàn)，安裝在后板距離揚聲器比較近的位置。
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(guān)。箱體使用25mm中密度板，前面板由于開(kāi)孔降低了強度，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。
設計好的音箱圖紙如圖七。
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裝好揚聲器的音箱如圖九。
安裝揚聲器時(shí)，要在與箱體結合處襯墊薄層軟質(zhì)密封材料，以免產(chǎn)生機振或漏氣。
圖九（1）裝喇叭倒相管.jpg (147.1 KB, 下載次數: 4)
二．音箱的調試。
音箱設計、加工、組裝完成，試機開(kāi)聲。感覺(jué)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(mǎn)意效果，關(guān)鍵還在調試。
1.改變倒相管長(cháng)度的調試
這是可以使用儀器、觀(guān)察參數變化來(lái)進(jìn)行的調試項目。
電路連接仍如圖二。測量揚聲器裝音箱后的曲線(xiàn)，在F2=56和F1=17.5處呈現兩個(gè)峰值。如圖十（1）。F2
是揚聲器的諧振峰；F1是倒相管的諧振峰。通過(guò)調整倒相管長(cháng)度（或截面積），使兩個(gè)峰一樣高時(shí)，音箱的
低頻響應最好。
當倒相管的峰值比較高時(shí)，需要加長(cháng)倒相管或減小倒相孔面積；當揚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(jiàn)圖十（2）。音箱參數調諧靈敏，一方面說(shuō)明設計比較成功，另一方面說(shuō)明參數已經(jīng)接近最佳值，可調節的
余地比較小。我測過(guò)幾臺進(jìn)口音箱，都是揚聲器的峰值稍高。倒相管一旦去短，再想加長(cháng)就難了。所以在后
面的調整未完成前，如果不是高出很多，可以留到其他項目調試好以后酌情再做處理。這項調整雖然看到了曲
線(xiàn)的變化，因調整量比較小，沒(méi)聽(tīng)到聲音有明顯變化。
2.改變音箱工作方式的試驗
（1）封閉式音箱試驗
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(xiàn)如圖十（3）。形成45HZ的揚聲器諧
振峰，經(jīng)計算此時(shí)Qts=0.62,接近封閉箱0.7的最佳值。感覺(jué)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(kāi)揚。比較適合聽(tīng)節奏感強的音樂(lè )。
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圖十（2）倒相管調整后曲線(xiàn).jpg (268.53 KB, 下載次數: 5)
圖十（3）封閉箱曲線(xiàn).jpg (252.26 KB, 下載次數: 6)
（2）變阻尼式音箱試驗
表征音箱效果優(yōu)劣主要有兩個(gè)參數，一個(gè)是靜態(tài)參數——低音重放頻率下限，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)參數——瞬態(tài)響應。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思——變阻尼音箱。
設計音箱時(shí)就把中間的加強筋做成有四個(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，對揚聲器有較大的阻尼，使音箱工作在類(lèi)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。
試驗目的，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，必須打開(kāi)三塊蓋板才不會(huì )影響到低頻重放下限。每個(gè)開(kāi)孔的面積是8*12=96平方厘米，3*96=288，就是說(shuō)當隔板開(kāi)孔面積不小于揚聲器有效振動(dòng)面積283平方厘米時(shí)，才能保證低頻重放。
試驗結果證明，保留所有開(kāi)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.更換揚聲器引線(xiàn)的試驗
經(jīng)過(guò)以上兩項調整，感到低頻的量感仍然不夠，也缺乏彈性，根據發(fā)燒友建議，更換線(xiàn)材試試。
不要小看從揚聲器到接線(xiàn)柱那不到半米的線(xiàn)材，通過(guò)試驗，發(fā)現其對低音的影響非常明顯。
我開(kāi)始使用的線(xiàn)材如圖十一（1）（2）所示，是燒友從進(jìn)口音響換下來(lái)的。線(xiàn)芯較粗，根數不多，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(lái)的，是很軟的多股無(wú)氧純銅線(xiàn)（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(méi)有明顯增加。
第二次更換的線(xiàn)材如圖十一（3）（4）（5）所示，是我從音響商行每米一百元買(mǎi)來(lái)的，據說(shuō)是國外的網(wǎng)絡(luò )用線(xiàn)。每條線(xiàn)里有10根多芯軟銅線(xiàn)，每根線(xiàn)里又分為四組，每組里有10根細銅絲。我把兩條線(xiàn)編織在一起，這樣每條喇叭線(xiàn)就由20×4×10=800根細銅絲組成。
這次換線(xiàn)，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(xiàn)材取得效果最明顯的一次。當然事物沒(méi)有十全十美，這條線(xiàn)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(shuō)明的是，盡量更換揚聲器引線(xiàn)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)參數中，并沒(méi)有發(fā)現明顯變化。
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4.音箱容積的調試
經(jīng)過(guò)前三項調試，音箱的低音已經(jīng)相當滿(mǎn)意，可惜好景不長(cháng)，越聽(tīng)感覺(jué)低音越渾濁無(wú)力。經(jīng)過(guò)半年時(shí)間的使用，通過(guò)幾次測量發(fā)現，揚聲器的Fo由32HZ下降到了28HZ，相應其他參數也都有了較大幅度的改變。原來(lái)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(méi)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。由于揚聲器Fo降低，需要相應減小音箱容積，重新進(jìn)行調整。
（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(tīng)聲音，需要豐富的經(jīng)驗和判斷力，這是很考功夫的一個(gè)環(huán)節，可以多邀幾名資深發(fā)燒友來(lái)幫助評價(jià)。
當箱體容積偏小時(shí)，對揚聲器的阻尼大，聲音比較清楚，但下潛不夠深。當音箱的容積偏大時(shí)情況相反，低音豐富，但無(wú)力，感到比較渾濁。
（2）調整音箱容積的方法
當感到音箱容積比較小時(shí)，可以適當增加吸音材料。但倒相箱不可放置過(guò)多的吸音材料，否則影響倒相效果，所以設計音箱容積時(shí)要留出適當余量。
當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(lái)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(lái)，向里面灌沙子，見(jiàn)圖十二。開(kāi)始灌10公斤，以后每次灌1公斤，一邊聽(tīng)聲音，一邊測曲線(xiàn)。直到灌進(jìn)去22公斤沙子，再增減半公斤沙子，都可以聽(tīng)到聲音向不好的方向變化，才算取得比較滿(mǎn)意的效果。
圖十二（1）灌砂口.jpg (177.48 KB, 下載次數: 3)
圖十二（2）沙袋.jpg (125.36 KB, 下載次數: 3)
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在這次完成灌砂后的調試中，還分別試聽(tīng)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(xiàn)（見(jiàn)圖十三）。
幾種工作方式的聲音各有千秋，可供各人對音樂(lè )的不同喜好或播放不同類(lèi)型的音樂(lè )時(shí)選用。
本人還是比較喜歡倒相箱那種開(kāi)揚、深沉、富有彈性、有足夠量感的低音。
補充內容 (2014-2-2 02:08):
調試音箱，較聲使用森海塞爾650耳機的聲音做參照物。
圖十三(1)20KG有隔板倒相箱.jpg (256.64 KB, 下載次數: 3)
圖十三（2）22KG無(wú)隔板倒相箱.jpg (247.86 KB, 下載次數: 9)
圖十三（3）20KG有隔板封閉.jpg (231.48 KB, 下載次數: 5)
圖十三（4）22KG無(wú)隔板封閉箱.jpg (248.78 KB, 下載次數: 3)
附錄
1．本例設計，中高音揚聲器另外使用分體式音箱（見(jiàn)圖十四）。
如需把揚聲器裝在一個(gè)箱體里，注意事項如下：
（1）保持低音音箱容積不變。
（2）中音揚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）高音揚聲器的水平軸線(xiàn)要和聽(tīng)音時(shí)人耳的位置差不多高。
圖十四（1）雙層音箱.jpg (136.87 KB, 下載次數: 7)
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2，本例設計低音使用前級電子分頻。如需使用功率分頻器，計算公式如下。
（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)頻率測量揚聲器兩端電壓和通過(guò)揚聲器的電流，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：高音揚聲器引線(xiàn)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。再把中音的兩套分頻元件串聯(lián)起來(lái)即可。
注意：此時(shí)中音揚聲器引線(xiàn)需反相連接。
煙雨徐行 2016/03/04
