音箱与扬声器的设计方案及设想

音箱与扬声器的设计方案及设想

设计人：王冰

1.二分频倒相书架音箱设计 (3)

2.全频曲径式音箱设计 (9)

3.带通式超低频音箱设计 (11)

4.超宽频带开口式音箱与扬声器单元低频曲线补偿电路的设计方案与设想 (13)

5.平衡气压式密封音箱的设计方案与设想

(18)

6.电磁助推式扬声器单元的设计方案与设想

(21)

二分频倒相式书架音箱设计：

一、扬声器选择

中低音扬声器：

西雅士SEAS H1216-08 CA15RLY

涂层纸盆中低音单元

谐振频率：45Hz

Qts：0.34

推荐频率：50--4000Hz

灵敏：87.5DB

有效半径：5.0CM

外观半径7.3CM

振动质量：7.7g

Pl：60W

Pm：250W

振膜最大位移：20mm

Sd：78.54cm^2

音圈电感量：0.82mH

高音扬声器：

金琅G2铝带高音单元

有效频率范围：1700--40000Hz 音箱外观效果图

灵敏：96DB 尺寸：74W 120H 90D

西雅士SEAS H1216-08 CA15RLY采用涂层纸盆纸盆在使劲的听感上对音色的染色最小，声音比较温暖，能充分的表现音乐的各种内涵，擅长表现弦乐与人声。在纸盆上加以涂层也改变了纸盆刚性差、振幅大时的变形引起失真，也起到了防潮和延长使用寿命的效果，7.7g的振动质量和较强的电磁动力也使得扬声具有了良好的器瞬态响应。西雅士SEAS H1216-08 CA15RL Y 扬声器的品质因数为0.34 在理论上讲倒相式音箱的中低频扬声器的品质因数取到0.38时可得到最佳的低频响应状态，实际设计当中品质因数选在0.3到0.4之间只要设计合理均可得到满意的效果。在谐振频率方面，此扬声器的谐振频率为45Hz，在四阶巴特沃斯设计中系统谐振频率约为50Hz，在5寸书架音箱中，听者是比较愿意接受的。推荐频率上限为4000Hz高于所要选用高音单元频率下限的一个倍频，有利于选择最佳的分频点。

金琅G2铝带高音的振膜尺寸是：宽度8.5mm(7.5mm),长度70mm,较大的振膜尺寸使得G2有更佳的中频响应,G2的六角蜂巢或波浪形两种振膜,其厚度仅为0.01mm,其起落变化十分敏捷，频响曲线非常平滑平滑，频响范围从1700Hz一直延伸至40kHz(±3dB)。由于带式扬声器结构的磁隙较宽，所以要求磁体的磁力特强，G2是采用当今最昂贵的磁体──N40钕铁硼磁性材料，磁通密度高达6000Gs，因而也获得很高灵敏度：96dB/W/m。

二、分频器设计：

1.分频点选择：

分频点的选择决定了扬声器的工作频率范围，让扬声器单元工作在最佳的频率范围内要求每个扬声器工作范围的频响曲线尽量平滑，扬声器中轴与30°处频响曲线重合性好，分频点附近没有明显的波峰波谷。

西雅士SEAS H1216-08 CA15RLY 频响与阻抗曲线

在西雅士SEAS H1216-08 CA15RL Y的频响曲线中可以看出频率上限在3000Hz之前曲线的重合度较好。金琅的g2高音扬声器的频率范围是在1700Hz 到40KHz之间，是由于信息资源的问题我没有得到g2的频响曲线，但是从网络上对此扬声器的描述与同类产品的曲线来看，可以大致猜测该扬声器的频响状况。通常在没有曲线图像的时候会采取将高音扬声器低频下限向上一个倍频的方式寻找分频点，但是为了保证低音扬声器良好的重合性，3000Hz与3400Hz并没有交汇点。由于g2铝带高音的特性和优秀的品质决定将其倍频下限下移。最终分频点选择在3000Hz处。

2.滤波器设计：

为了让扬声器的工作范围更加精确与分频后优秀的相位，本分频器选择具有24db衰减斜率的巴特沃斯四阶分频器设计。

具体计算数据为：

L1：0.8mH C1：10.5U L2：0.4mH C2：2.3u

L3：0.27mH C3：3.7U L4：1.2mH C4：7u

3.阻抗补偿设计：

扬声器在工作状态，由于自身的振动产生感应电动势，会对扬声器的实际阻抗造成一定的影响，阻抗的变化引起了滤波器分频点的漂移。所以本分频器欲设计中低音扬声器的高频阻抗补偿和谐振处阻抗补偿电路。

(1)谐振处阻抗补偿：

谐振处阻抗补偿是在扬声器德两端并联一个电感、电容、电阻的串联电路，可对谐振区域的高阻抗进行校正。

Z Z Z R Z f Z L Z f Z f C +∆=∆∆=∆∆=/2^)

2/(2^)

2^2^2/(ποπ

经计算C=762.5（uf ） L=16.41（mH ） R=10.8ohm

（2）高频阻抗补偿设计：

此设计是为了补偿频率升高时阻抗的上升，由于阻抗补偿的起始频率通常取到阻抗上升到额定阻抗的1.4倍时的频率，但此时频率约为3200Hz ，大于分频点频率，所以不需要对其设计高频阻抗补偿。

（3）

4.衰减器设计：

不同扬声器同时工作时，由于自身的灵敏度不同输出的声压级也要有所不同，为了保证更佳的听感，分频器中对高音扬声器进行了8.5db 的衰减设计。电路分别用两个电阻并联与串联在扬声器的两极。经计算两电阻阻值为：

R1：5欧 R2：4.8欧

5.具体原理图：

低频分频器电路图

高频分频器电路图

在分频器的设计上，把高低音分频器的输入端分开，让共接地点延长到功放之中，可有效的减少扬声器之间的信号干扰，使分频更为干净。

三、箱体设计：

1.根据扬声器的品质因数求出音箱系统的声顺比a、音箱系统的谐振频率f b 与品质因数Q b。

经查表得出a=2 f b =1.12²f0=50.4Hz Q b=Q

+1=0.78

a*

2.计算出箱体的内容积：

经公式计算得出箱体的内容积V=7.11L 在实际制作时扬声器以及分频器等都会占用一定的空间，所以将内容积扩大到原1.1倍进行参考设计。

3.确定倒相管参数：

倒相管截取面面积一般要大于S=0.8f b v d=6.31cm^2根据经验我们可将倒相

管的面积选定在扬声器锥盆有

效面积的10%--40%之间（至

31.416cm^2），从提高倒相管声

辐射效率的角度来考虑需要将

倒相管面积取的大一些，但是

面积增大倒相管的长度也会增

加。但是倒相管的长度也不能

过长，通常不宜超过扬声器谐

振频率波长的1/12（63.7cm）。

综合考虑后决定将面积取为

25cm^2倒相管长度经计算

L=30000S/Fb^2V-0.825sqrt(S)=

33.6 倒相管口距离箱体壁不小

于8.5cm （倒相管口径的 1.5

倍）

4.确定箱体内部尺寸：

选择合适箱体内壁的尺

寸比例可对箱体内部的驻波情

况有利，配合箱体容积与外观

感受选择比例为H：D：W=2.1：

1.0：1.5

具体尺寸为：D：13.6cm W：20.3cm H：28.4cm

四、具体设计与CAD图纸：左图为音箱设计的前视图，高音、低音单元与方形倒相管组成方圆方的图形对称形式，与两边的弧边配合箱体的比例给箱体一种敦实的感觉。

将铝带高音横向放置，一是为了配合箱体的整体外观感觉，使其风格凝聚统一。二是与低音扬声器放置距离较近的情况下，将音箱放置在合适的高度，横向的带状振膜可使音箱听音的“霸王位置”区域有所扩大。

为了箱体的整体感觉，倒相管设计为方形倒相，并在两端设计了弧形的开口，目的在于消除大动态时的风噪问题。并在开口处设计边框与低音扬声器同宽。