低音炮的设计

低音炮音箱设计
伴随着社会的进步，我们的生活在逐渐改善，人们也越来越学会了享受生活。

电脑正在普及，在不长的时间里，它已经走进了我们的生活，学校、家庭、工作单位，到处都可以看到。

而多媒体电脑技术突飞猛进，慢慢改变着人们的工作、生活、学习和交流方式，它的应用给社会带来了巨大的进步，被广泛应用于生产、制造、管理、服务等行业。

随着电脑的普及，电脑已经不再只是局限性的办公使用，它集休闲娱乐办公于一体，满足了人们很大的需求。

在最近的几年里，娱乐已经成为了个人电脑消费中最大的应用，它主要分布在音乐、多媒体、电影和游戏上。

这一切都是与视听分不开的，用电脑组成家庭影院已经成为了一种潮流趋势，很多人认为低音炮音箱只要能发声就行，但实际上不管是家庭影院还是个人电脑，购买时一般都会配上低音炮音箱，假如没有了低音炮音箱，多媒体只能是一句空话。

在现在的低音炮音箱市场上，各式各样的产品很多，人们对低音炮音箱高品质的追求包括造型、功能、结构、音质等方面。

应市场的需求，许多新品牌和相应的新产品出现了，这导致了新老品牌之间的激烈竞争，各大厂商竞相推出新产品，从而间接导致了新概念的出现，包括外观、立意、用途、设计等新元素的迸发给市场格局带来了不小变化。

技术在不断的进步，人们对真实还原声场和音效提出了更高要求，Hi—Fi音响得到了更多人的接受，低频要能重放次低音，使人的身心感到震撼；高频为排除高次谐振需要更宽广的重放频率，使声音更加纯正、透明；声场也需要扩大到能表现战争等宏大场景，由此就出现了多声道低音炮音箱，由原来的2.0低音炮音箱到现在的2.1、4.1、5.1、7.1音响系统，使低音炮音箱生产出现了高技术倾向，重在解决低音炮背景噪音、失真等问题，不断提高了新型低音炮音箱的生产技术难度和开发成本，开辟了低音炮音箱追求高档、高价的道路。

而在实际生活中，大部分人都不可能有很多时间或者金钱来花大价钱买高档产品来刻意追求享受，市场现状也是这样的，中低端产品是市场的主流，2.1低音炮音箱占到了50.9%的市场份额，因此针对这一部分消费者的设计有很大的实际意义。

1接受项目，制定计划
目前，个人电脑消费中，娱乐的应用像娱乐节目和设备（包括电影、电视等器材）、宽带育乐设备、操作平台及原附件、多媒体娱乐技术及设备等等相关产品已经成为目前最大的应用，在去年的中国国际数码互动娱乐产品及技术应用展览会上，娱乐和育乐软件、数码视觉效果软件及设备、无线移动通信软件、PDA/MP3应用软件及相关技术、计算机和游戏机附件、影视数码互品生产及包装和服务、数码类硬件产品等大类持续升温，需求爆增，在设计业兴起的近几年，数字娱乐产品以及硬件设施将会逐渐成为娱乐消费的主流，人们的生活在逐渐改善，享受生活渐渐走入了寻常百姓家，不管是高档还是低档产品，最起码的视听享受总不会少，像一般的VCD DVD 家庭影院等等。

在个人，这可能不太现实，金钱、空间等等一系列因素制约;但有一天你可能会突然发现，身边的青年朋友、同事之中拥有音响的越来越多，原是奢华品的音响，逐渐走入我们寻常百姓生活。

当有一天我们自己坐在音响前，音乐仔空气中慢慢弥散，你会意识到，音响能带给你更广阔的生活体验，生活开始一点点不平凡起来。

随着电脑的普及，电脑已经不在只是局限性的办公使用，它集休闲娱乐办公于一体，用电脑组成家庭影院已经成为了一种潮流趋势。

电脑的多媒体在最近的几年里得到了飞速的发展，实际用途也不断地被重新拓展和定义，音响作为它不可缺少的部分，有着它自己的发展空间，可以说电脑多媒体不能没有音响，但是音响可以没有电脑多媒体，它可以按照人们的需求、用途、意向等等做随意的组合以满足人们的视听。

有人可能为自己的电脑配置一套音响，也有人可能为自己专门听音乐的音响买上一台电脑。

虽然它仅仅是满足人的听觉，但是已经成为了不可或缺的部分，而且技术的进步、人们思维的创新已经给低音炮音箱的功用添加了许多新内容，还有许多潜在的新功能也有待开发，前景是很好地。

实际上它是一件不止能发声的电子产品，外观越来
越精美新颖，就如同家具一样，不光能用还能当作装饰艺术品，融合现代家装审美，成为家庭娱乐的必不可少的一部分。

对于很多人来说，不可能有很多时间或者金钱来花大价钱买的高档产品以追求享受，因此对于低音炮音箱造型及功能的创新设计和成本的降低则变得重要，而实际上市场现有产品虽多却远远不能满足人们日益增长的物质及精神需求,对低音炮音箱进行创新设计的要求变得越来越迫切。

表1.1 时间计划表
2市场调研寻找问题
2．1.低音炮音箱的分类
低音炮音箱的分类方法很多，在专业音响中常见分类如下：
2.1. 1.按使用场合来分
分为专业低音炮音箱与家用低音炮音箱两大类。

家用低音炮音箱一般用于家庭放音，其特点是放音音质细腻柔和，外型较为精致`美观，放音声压级不太高，承受的功率相对较少。

专业低音炮音箱一般用于歌舞厅`卡拉OK厅`影剧院`会堂和体育场馆等专业文娱场所。

一般专业低音炮音箱的灵敏度较高，放音声压高，力度好，承受功率大，与家用低音炮音箱相比，其音质偏硬，外型也不甚精致。

但在专业低音炮音箱中的监听低音炮音箱，其性能与家用低音炮音箱较为接近，外型一般也比较精致`小巧，所以这类监听低音炮音箱也常被家用Hi-Fi音响系统所采用。

2.1.2.按放音频率来分
可分为全频带低音炮音箱`低音低音炮音箱和超低音低音炮音箱。

所谓全频带低音炮音箱是指能覆盖低频`中频和高频范围放音的音响。

全频带低音炮音箱的下限频率一般为30Hz-60Hz，上限频率为15KHz-20KHz。

在一般中小型的音响系统中只用一对或两对全频带低音炮音箱即可完全担负放音任务。

低音低音炮音箱和超低音低音炮音箱一般是用来补充全频带低音炮音箱的低频和超低频放音的专用低音炮音箱。

这类低音炮音箱一般用在大`中型音响系统中，用以加强低频放音的力度和震撼感。

使用时，大多经过一个电子分频器（分音器）分频后，将低频信号送入一个专门的低音功放，再推动低音或超低音低音炮音箱。

2.1.
3.按用途来分
一般可分为主放音低音炮音箱．监听低音炮音箱和返听低音炮音箱等。

主放音低音炮音箱一般用作音响系统的主力低音炮音箱，承担主要放音任务。

主放音低音炮音箱的性能对整个音响系统的放音质量影响很大，也可以选用全频带低音炮音箱加超低音低音炮音箱进行组合放音。

监听低音炮音箱用于控制室、录音室作节目监听使用，它具有失真小、频响宽而平直，对信号很少修饰等特性，因此最能真实地重现节目的原来面貌。

返听低音炮音箱又称舞台监听低音炮音箱，
一般用在舞台或歌舞厅供演员或乐队成员监听自己演唱或演奏声音。

这是因为他们位于舞台上主放音低音炮音箱的后面，不能听清楚自己的声或乐队的演奏声，故不能很好地配合或找不准感觉，严重影响演出效果。

一般返听低音炮音箱做成斜面形，放在地上，这样既可放在舞台上不致影响舞台的总体造型，又可在放音时让舞台上的人听清楚，还不致将声音反馈到传声器而造成啸叫声。

2.1.4. 按箱体结构来分
可分为密封式低音炮音箱、倒相式低音炮音箱、迷宫式低音炮音箱、声波管式低音炮音箱和多腔谐振式低音炮音箱等。

其中在专业低音炮音箱中用得最多的是倒相式低音炮音箱，其特点是频响宽、效率高、声压大，符合专业音响系统低音炮音箱型式，但因其效率较低，故在专业低音炮音箱中较少应用，主要用于家用低音炮音箱，只有少数的监听低音炮音箱采用封闭箱结构。

密封式低音炮音箱具有设计制作的调试简单，频响较宽、低频瞬态特性好等优点，但对拨声器单元的要求较高。

目前，在各种低音炮音箱中，倒相式低音炮音箱和密封式低音炮音箱占著大多数比例，其他型式低音炮音箱的结构形式繁多，但所占比例很少。

2.2．低音炮音箱板材
低音炮音箱的板材是我们能够直接接触到的部分，我们大多数人都只注意到了其外形和颜色是否美观大方、时尚新潮，但是对于低音炮音箱来说，最重要的还是板材的材质。

对于不加外壳而出现低频能量不足的情况，通常采用质地轻盈同时又坚硬的板材，这样才容易使箱体产生共鸣，使低音效果更好。

所以说，低音炮音箱的箱体不是薄的就一定差，厚的就好，这要根据箱体内的音效单元决定。

选择合适的厚度和弹性，才能使音质达到最佳的平衡点。

低音炮音箱的材质一般分为三类：
2.2.1．原木类
原木类是指板材未经处理，是原生木材。

由于密度非均匀，所以我们可以通过敲打板材的不同部位，根据其发声不同来判断。

在使用这样的箱体时，每个低音炮音箱的音质都会有所区别，品质也无法得到很好的控制。

除非在原木初始加工阶段，能够得到非常精密的修正。

但这样一来也会增加其成本。

目前通常的做法只是用原木的木纹作为装饰而已。

2.2.2．合成类
该类材质需要将木材进行化学处理，使木制品有防水和防蛀的功能，然后再压制而成。

例如密集版（MDF）、三合板、防水板等等。

合成板材材质均匀，低音炮音箱的品质也能得到很好的控制，在成本和性能方面是最适用的，所以我们目前看到的低音炮音箱，大部分都是合成板材制造的。

中纤板是近年崛起的高科技新产品。

它是以树木中的根、枝、茎等为材料，经加工成细纤维，再用填充料粘合剂，由机械热压成各种规格的密度板材（MDF）。

纤维板内部材质结构均匀、细密，具有韧性好、强度适中、抗潮湿、不易变形、表面光滑、阻尼特性较强、横切面较细、适合精加工的特点，是当今世界发展最快的新型人造板，是制作低音炮音箱的最佳材料。

纤维板分中密度板（600kg/m3）和高密度板（可达90kg/m3以上）。

高密度板价格较高，一般少用。

而中密度板价格适中，性能优良，是制作中、高档低音炮音箱的最佳选择板材。

2.2.3．塑料类
塑料类的低音炮音箱主要的特点是容易加工，外形可以设计得比较漂亮，摆脱了木质低音炮音箱呆板的方砖型外观。

如目前大部分低音炮音箱使用的ABS工程塑料等。

一般来说，塑料材质被用在低端的低音炮音箱中，但这也不是绝对的，只不过在国内，技术还不纯熟，塑料低音炮音箱的音质无法得到保证。

国外的部分高档低音炮音箱也采用塑料材质。

2.3.低音炮音箱扬声器
低音炮音箱扬声器又称为扬声单元，有高音单元、低音单元的区分，不过每个单元都是由振膜、磁铁、线圈等组成。

每个部分对于扬声单元的音质特性曲线都有影响。

例如，不少人认为尺寸较大的纸盆能够下潜更深，低音效果会更好，但是这还要观其内部，如果尺寸小的扬声单元内部采用较大的磁铁，能够获得较高的磁通密度，也能够获得更好的低音特性，所以每个部分都十分重要。

2.3.1．高音单元
高音单元也是由振膜、磁铁和线圈构成，不过在高音单元中，振膜需要能够产生高频振荡，所以材质上选择包括有陶瓷、钛、铝丝带等等。

这些材质比较清脆，能够产生较好的高音效果。

磁铁中包括有天然磁铁、钕、铁等，磁通密度天然磁铁最高。

磁通密度越高，声音还原效果越好。

其次是线圈，高音单元通常以漆包线缠绕方式形成线圈，然后通以电流信号，再产生磁性与磁铁吸引或排斥，带动振膜发声。

其缠绕的方向将影响信号与还原出来声音的相位，而漆包线的粗细及其感抗则会影响单元的转换率和承受的最大功率，漆包线的长度影响的是单元的阻抗。

2.3.2．低音单元
而低音单元的组成部分也大致相同，这里谈谈它们不同的地方，低音单元的振膜通常需要较大的尺寸来获得较好的低音效果，其材质一般会采用纸（纸中混和玻璃纤维）、PP（聚丙烯复合材料）、Kevlar（一种人造有机纤维）等等。

其中以纸的效果最为出众。

在纸盆与金属框架直接需要连接起来，其使用的材质将会影响低音单元的低频响应，通常会用海绵、橡胶、布等为原料进行连接，其中布的效果最好，分为W型和M型，寿命比一般材料好很多。

由于很多天然磁铁和线圈比较难自己固定，提供支撑的部件称之为T铁，T铁需要和磁铁紧密相连，否则磁通量就不会连续，影响单元的频响。

其他地方和高音单元差不多，这里就不多介绍了。

2.4.低音炮的结构和放置
低音炮首先是个低音炮音箱，如果在扬声器工作时由于箱体结构不牢固而导致向体共振，箱体将会产生干扰声影响低音音质。

因此，低音炮的低音炮音箱必须要牢固，特别是采用大口径扬声器的低音炮，不宜采用塑料材料制造箱体，而应采用一定厚度的中密度纤维板制造，并且在容易引起振动的地方增加加强筋以抑制共振。

一些低音炮为追求外形的美观，面板采用塑料制造，那么塑料面板应非常牢固的安装在低音炮箱体上，否则，音量稍大时就容易引起面板共振。

一对理想的低音炮音箱，工作时除扬声器振膜外，其周边不应随声波而振动。

反之，则主要是箱板厚度、重量不足所造成的。

因此，制作低音炮音箱应该考虑到低音炮音箱的体积及功率越大，相对箱腔内气压就越大，箱壁的木板就越要坚硬、厚实，尤其是前后板极易产生振动，其板厚适当厚于侧板。

密闭式低音炮音箱的板块比倒相式低音炮音箱要厚些。

如果是低低音炮音箱，其箱板则要比Hi-Fi低音炮音箱箱板重得多。

由于厚板要比簿板的自然谐振小，所以应尽量选用质地坚硬、重量大，而且有一定厚度的箱板。

密闭式低音炮音箱因为没有任何漏气的地方，所以箱板过薄更容易引起共振。

如果某一频率激励起箱板的振动，则在这一频率的能量将大量消耗在木板的振动阻尼之中，因而足以产生很深的谷值，严重影响音质。

只有加厚箱板，才能有效果显著抑制箱壁共振，减少驻波的产生。

一般来说，扬声器口径大小与箱板厚度的关系如下：
扬声器口径<12.70cm，
低音炮音箱板厚应有15~16mm；
扬声器口径为15~20cm，
低音炮音箱板厚应有16~18mm；
扬声器口径为25~30cm，
低音炮音箱厚应有18~20mm；
扬声器口径>35.6cm,
低音炮音箱板厚应有20~30mm。

如果采用原木板，且其质地坚硬，则箱板厚可减少10%~15%。

低音炮也是功放电路的载体，电源电路和所有的功放电路都安装在低音炮内部，要占据一定的空间，导致低音炮内部容积减小，对低音重放有一定的影响；并且，功放电路工作时要散发一定的热量，导致低音炮内部温度上升，影响功放电路的稳定性。

因此，设计良好的低音炮长将功放电路的散热片外置，即可以减少对低音炮内部空间的占用，也有利于功放电路的散热。

无论选择哪种箱体，都希望不要制成等边方形，至少要避免长、宽、深尺寸相同。

箱体最好为长方形，可避免腔内某一频率产生驻波。

一般可以制成日字型、斜体型、菱形、圆角型、圆筒形、扁形、梯形等等。

高保真HI-FI音响系统一般都放置在客厅中。

客厅的面积大都在15M2左右，在这样的厅堂放置HI-FI低音炮音箱，虽然可以使用落地式，但其高度不宜超过1M，而且功率不宜太大。

如果音响系统额定功率为100W，提供给低音炮音箱的有效功率不足。

扬声器亦不可能发挥出应有的放音效果。

只有给扬声器70%以上的功率，才能真正体现出扬声器的性能本色。

如果是狭窄的小厅堂，则宜用小型HI-FI低音炮音箱或书架式低音炮音箱。

其音量适中，音色优美，外形也显得雅致。

汽车低音炮音箱的制作，绝大部分根据汽车后尾的空间来设计，难度较大。

在放置上，以4.1低音炮音箱为例，它有5个发音点：前左、前右、后左、后右，听者被包围在中间，同时还附加一个超重低音低音炮音箱，以加强对低频信号的回放处理。

对于更高级的 5.1、7.1系统则增加了更多的发音点，效果当然就更好了。

2.5.低音炮音箱电路
一般的多媒体低音炮音箱都是有源低音炮音箱，称之为有源是指有电源的意思。

计算机的声卡输出的音频信号比较弱，推动耳机刚好合适，但是如果是低音炮音箱的话就比较勉强了。

所以低音炮音箱中的电路主要的任务就在这里了。

图2.1 常见单声道低音炮电路结构流程
图2.2 常见双声道低音炮电路结构流程
2.5.1．电源电路
我们的市电是220V的交流电，而低音炮音箱中需要的是低压直流电，所以低音炮音箱电路的第一个部分就是电源部分。

通常会采用一个220V的变压器，它能将220V的交流电变压为低压交流电，紧接着将有一个整流电路，其作用是将交流电整流为直流电，一般采用四个二极管作全桥整流即可。

由于整流过的电压波形还不够平滑，最后还会有一个滤波电路，电路中起主要作用的是滤波电容，我们拆开低音炮音箱后能看到一颗或几颗非常大的电容就是起滤波作用的，通常容量越大效果越好。

低音炮音箱的电源电路主要是给后面的放大电路供电的，所以其设计和用料都十分重要，否则最终的音效一定会受到影响。

我们经常会发现一些低音炮音箱，在没有音频输出的时候会“嗡嗡”地响，这就是因为电源部分交流分量没有滤波干净造成的。

2.5.2．放大电路
信号进入低音炮音箱后，需要对它进行初级放大，三极管、场效应管都能对信号进行放大，如果要获得高放大率，可以将多个三极管或场效应管进行组合，也可以直接用运算放大芯片来实现。

后者集成度高、性能稳定，目前大部分都是采用这种设计。

在这个电路中，将会放置音量调节开关、高音、低音调节等，调节完的信号将被输入到功放电路中进行放大，最后输出到扬声单元。

2.5.3．功放电路
功放电路的全称是功率放大电路，其实就是将信号的功率放大，包括电压和电流，使输出的信号能够推动扬声单元。

一般做法都是采用大功率的功率管（其实是三极管）放大信号的电流即可。

电压主要在前级放大电路中放大，由于大电流产生高热，所以功放电路通常要注意散热。

2.5.4．分频电路
对于有两个不同扬声单元的低音炮音箱来说，分频电路的作用是将信号分成高频和低频信号，分别输出给高音单元和低音单元。

由于各尽所长，所以各个声道的音质将会非常突出。

部分低档的。