向榮華

惠州三星電子有限公司 廣東惠州 516229

家庭影院的音箱設備設計

向榮華

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文章以音箱設備的實際設計經(jīng)驗為基礎，探討了音箱設計過程中涉及的揚聲器的選用、電聲學設計、音箱形狀設計、音箱材料的選擇，指出了設計過程中應該注意的問題，以此希望能夠給予同行業(yè)人員有意義的參考。

音箱設備；設計；揚聲器；外觀；材質(zhì)

音響設備是家庭影院系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其性能的好壞直接影響著整套器材的播放效果。每個音響愛好者都希望擁有一套高質(zhì)量的音響系統(tǒng)，如何才能使設計加工出來的音響設備，具有具有優(yōu)異的音質(zhì)效果，滿足消費者的聽覺及視覺要求，為企業(yè)謀取經(jīng)濟效益，是我們音響設備設計人員所應該重點分析和研究的課題。

1、音箱的設計原則

在設計音箱設備時，應使音箱的外形結(jié)構(gòu)年輕化、個性化、時尚化，并要遵循以下基本要求：1）設計注重造型的整體化；2）要具有外觀簡單時尚，并具有強烈的視覺吸引力；3）攜帶方便并具有一定的防震抗沖擊能力；4）方便操作、容易上手和學習；5）結(jié)構(gòu)合理、品質(zhì)過硬；6）娛樂休閑功能方便快捷；7）音響的的QB值應介于0.7～1.22，以此確保充沛的低音和均衡的頻響。

2、音箱的設計方法

音箱的設計方法包括揚聲器的選擇測試、確定設計目標、音箱的電聲設計、箱體的聲學設計與外觀設計，直至最后繪制圖紙等幾部分內(nèi)容。

2.1 揚聲器的選用

封閉式音箱的揚聲器設計，應考察其諧振頻率f0與Qts的比值，其值應介于40～80。例如：當揚聲器的諧振頻率f0為20～50Hz、Qts為0.4～0.6時，設計制作的封閉箱質(zhì)量較高。揚聲器的頻容系數(shù)ε0要盡可能的小一些，否則，體積較大音箱的低頻會潛不下去，與整體不稱。另外，初步選定的揚聲器，可參考生產(chǎn)廠家提供的性能參數(shù)，但不可完全相信廠標參數(shù)，一定要對揚聲器進行充分的老化后，通過測試得到其實際參數(shù)。

2.2 音箱的電聲學設計

音箱的電聲設計主要是箱體容積設計，對于給定的揚聲器，當確定箱體容積后，該箱的低頻段性能基本上就確定了。音箱的頻響主要由fB與QB決定，而fB與QB則取決于揚聲器參數(shù)和箱體容積。fB值由公式確定，α為順性比，其值為揚聲器的等效容積與箱體容積的比值；QB值由公式確定。最終箱體容積VB的確定，要由公式得出，公式中；得出封閉箱的諧振頻率。

2.3 音箱形狀的聲學設計

音箱的形狀大都是長方體，當箱體某一方向的尺寸，是聲波波長1/2的整數(shù)倍時，就會在這個頻率產(chǎn)生駐波。如果在某一頻率或某一頻段，有多個駐波頻率相等或相近，就會影響頻響均衡并造成“音染”。因此，音箱形狀的聲學設計，就是合理選擇音箱外形的高、寬、深尺寸，避免或減少駐波產(chǎn)生的影響。另外，音箱的外形尺寸設計，首先要保證面板的寬度足以安裝口徑最大的揚聲器，高度足以安裝全部揚聲器，同時面板要盡可能的窄，以利于聲音的擴散。

2.4 面板布置

為了保證音箱的立體聲放音效果，面板的布置應采取鏡像對稱的方式設計，高音揚聲器在上部偏向一側(cè)，低音揚聲器在下部垂直對稱位置，面板重心大致位于面板中心附近，整體構(gòu)圖比較和諧悅目。

2.5 外觀設計

音箱不是普通的用品，它還具有很強的裝飾作用，成功的外觀設計必須是科學性與藝術(shù)性的結(jié)合體。箱體外形與裝飾要給人以美的感受，目前較流行的是修長體形的音箱外觀。

外觀最重要的是面板，除美觀外，面板布置應注意兩點：1）高音揚聲器的位置設計，應大致與聽音人的耳朵高度齊平；2）為了追求點聲源的效果，揚聲器之間應相互靠近且不得過于分散。

2.6 音箱材料的選擇

由于板材的剛度與材料的彈性模量成正比、與板厚度的三次方成正比，所以，音箱材料要選擇堅實厚重的板材，同時要具有較大的剛性和隔聲性能，盡量降低聲泄漏。揚聲器紙盆的振動，會在封閉箱內(nèi)產(chǎn)生很大的交變壓力，如果箱板隨之振動，則會產(chǎn)生反相聲波，形成聲短路，同時造成“音染”，嚴重影響聽音效果?？紤]到加工的方便，目前制作音箱采用最多的材料是中或高密度板，其次是多層膠合板，箱板的厚度至少在10mm以上，有些用到25mm或者更大的厚度。若采用石材如：花崗石、大理石等制作箱體。因為，石材不僅剛度大、密度高，而且無機材料自身的固有頻率特性，可以完全消除箱板的振動。

3、設計過程中應注意的問題

3.1 揚聲器的配對

國產(chǎn)揚聲器性能參數(shù)的一致性相對較差，為了保證一對音箱的各項性能統(tǒng)一，必須在進行揚聲器的老化測試后，再根據(jù)其主要參數(shù)做配對選用。當一對揚聲器的參數(shù)值無法達到完全一致時，只要其差值低于10%，則取其兩者的參數(shù)平均值為設計依據(jù)，以此降低音箱的設計誤差。

3.2 合理選擇QB值

音箱的設計標準一定要合理，且要綜合考慮揚聲器本身的性能、頻響以及音箱的體積等幾個要素。例如：頻響越平直則音箱的體積越大、小型音箱的低頻下限不可過低、高Qts值的揚聲器(≥0.7)，無法做出頻響完全平直的封閉箱等等。優(yōu)秀的設計，就是要最圓滿地解決諸多影響音質(zhì)效果的不利因素，這需要經(jīng)過反復多次的設計、比較、分析和修改，才能最終得到各方面均比較滿意的設計結(jié)果。

3.3 凈容積、占容和毛容積的計算

在設計箱體時，其設計體積應采用毛容積，即：凈容積+占容=毛容積。占容包括揚聲器與分頻器的體積，以及箱內(nèi)的加固材料等。很多音箱設備設計者，將占容按照凈容積的5%或10%計算，這樣做往往偏差較大，例如：同樣是6.5英寸的揚聲器，可以制作出10L左右的小書架箱，也可以制作出40L左右的落地箱，按照同樣比例計算占容會相差幾倍甚至更高。因此，為了增加設計精度，占容應為物體的實測估算體積值的總和。

3.4 合理填充吸音材料

封閉式音箱內(nèi)，必須要填充吸音材料。一方面是為了消耗箱內(nèi)聲波的能量，另一方面可以減小駐波的影響，并起到增大容積的作用。通過實踐證明，填充的吸音材料最高可以增加40%的容積。所以，設計時應適當考慮這方面的影響。常用的吸音材料是礦渣棉、毛氈、棉氈、泡沫塑料等，但最為理想的吸音材料是玻璃棉。

4、結(jié)束語

影響一款音箱性能的因素有很多，在設計過程中，不僅要考慮上訴幾個最重要的影響因素，還要對更多的次要影響因素進行分析。作為一名音箱設計的設計師，應以先進的產(chǎn)品設計理念和豐富的國際優(yōu)良產(chǎn)品開發(fā)的成功經(jīng)驗為基礎，以產(chǎn)品質(zhì)量為生命，追求均衡平直的設計目標，控制產(chǎn)品的質(zhì)量關，注重塑造品牌形象，使我國音箱設備產(chǎn)業(yè)，真正的取信于廣大國內(nèi)外消費者，進而走向世界。

[1]張琪.優(yōu)質(zhì)之聲 設計于先.微型計算機[J].2008(5).

[2]朱威,周龍.新型多功能藍牙音箱設計.武漢輕工大學學報[J].2014(6).

向榮華（1980年5月）男，漢族，大學本科，從事音響產(chǎn)品機構(gòu)開發(fā)工作。