音箱概述

音箱指可將音頻信號(hào)變換為聲音的一種設(shè)備。通俗的講就是指音箱主機(jī)箱體或低音炮箱體內(nèi)自帶功率放大器，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大處理后由音箱本身回放出聲音，使其聲音變大。

音箱是整個(gè)音響系統(tǒng)的終端，其作用是把音頻電能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的聲能，并把它輻射到空間去。它是音響系統(tǒng)極其重要的組成部分，擔(dān)負(fù)著把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)供人的耳朵直接聆聽的任務(wù)。

音箱的工作原理

要知道音箱發(fā)聲的原理，我們首先需要了解聲音的傳播途徑。聲音的傳播需要介質(zhì)（真空不能傳聲）；聲間要靠一切氣體，液體、固體作媒介傳播出去，這些作為傳播媒介的物質(zhì)稱為介質(zhì)。就好比水波，你往平靜的水面上拋一個(gè)石子，水面就有波浪，再由對(duì)岸傳播到4周；聲波也是這樣形成的。聲波的頻率在20——20，000Hz范圍內(nèi)，能夠被人耳聽到；低于或高于這個(gè)范圍，人耳都聽不到。波與聲波的傳播方式是一樣的，通過介質(zhì)的傳播，人耳才能聽到聲音。聲波可以在氣體、固體、液體中傳播。

下面在來說說喇叭的工作原理。喇叭是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)的一種裝置，它由線圈、磁鐵、紙盆等組成。由放大器輸出大小不等的電流（交流電）通過線圈在磁場(chǎng)的作用下使線圈移動(dòng)，線圈連接在紙盆上帶動(dòng)紙盆震動(dòng)，再由紙盆的震動(dòng)推動(dòng)空氣，從而發(fā)出聲音。

喇叭的發(fā)聲原理

當(dāng)喇叭接收到由音源設(shè)備輸出的電信號(hào)時(shí)，電流會(huì)通過喇叭上的線圈，并產(chǎn)生磁場(chǎng)反應(yīng)。而通過線圈的電流是交變電流，它的正負(fù)極是不斷變化的；正極和負(fù)極相遇會(huì)相互吸引，線圈受到喇叭上磁鐵的吸引向后（箱體內(nèi)）運(yùn)動(dòng)；正極和正極相遇則相互排斥，線圈向外（箱體外）運(yùn)動(dòng)。這一收一擴(kuò)的節(jié)奏會(huì)產(chǎn)生聲波和氣流，并發(fā)出聲音，它和我們講話的喉嚨振動(dòng)是同樣的效果。

頻率響應(yīng)曲線SPL vs Freq

人耳所能聽到的頻率范圍為20Hz─20KHz，（ 《20hz稱為次聲，》20KHz稱為超聲 ）圖標(biāo)縱坐標(biāo)─表示聲壓級(jí)，單位是dB。圖標(biāo)橫坐標(biāo)─表示頻率，單位是Hz。

圖標(biāo)左側(cè)為低音單體頻響曲線，右側(cè)為高音單體，包含左右的是音箱。從頻響曲線可以知道幾個(gè)重要參數(shù)：

特性靈敏度（SPL）：以一瓦電功率，在一米距離處所測(cè)得的聲壓，并由頻響曲線取四個(gè)點(diǎn)所得平均值即為平均音壓。

有效頻率范圍（F0~20KHz）：可由SPL-10 dB，這樣一條直線與曲線相交兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)之間就是有效頻率范圍。如上圖音箱的有效頻率范圍是45Hz─20KHz，低音單體有效頻率范圍是40Hz─3KHz，高音單體有效頻率范圍則是1800Hz─20KHz。頻響曲線越平直越好，帶寬則越寬越好。

從阻抗曲線可以知道幾個(gè)重要參數(shù)：

阻抗值（Ohm）：

圖示波峰過后最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)即為阻抗值。

最低共振周波數(shù)（F0）：

單體喇叭（單峰）─以阻抗曲線波峰對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)的點(diǎn)即為F0。音箱喇叭（雙峰）─以阻抗曲線第一波峰與第二波峰間的波谷對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)的點(diǎn)即為Fb，第一波峰為導(dǎo)音管F0，第二波峰則為單體F0。音箱喇叭+高音單體（三峰）─仍以阻抗曲線波峰與波峰間的波谷對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)的點(diǎn)即為Fb，第三波峰即為高音單體的F0。

1.直流阻抗（Ohm）：

以靜態(tài)揚(yáng)聲器來測(cè)其阻抗，所以求的的結(jié)果是直流阻抗，就是音圈上所繞的銅線總長(zhǎng)的阻抗值。直流阻抗不受頻率的影響。

2.交流阻抗（Ohm）：

在動(dòng)態(tài)的揚(yáng)聲器，即通電以后所求得的交流阻抗值。

（ 通常對(duì)音圈的公差要求是±15%。）

3.標(biāo)準(zhǔn)輸入功率（W）：就是揚(yáng)聲器的額定承受功率，為保證值。

4.最大輸入功率（W）：指揚(yáng)聲器的最大承受功率，僅承受1秒內(nèi)峰值電壓，非保證值。

5.出力音壓，又稱靈敏度（dB）：

靈敏度也叫特性靈敏度，一般規(guī)定為揚(yáng)聲器放在消聲室隔板上輸入端加上相當(dāng)于在額定阻抗上一瓦電功率的信號(hào)電壓時(shí)，在參考軸上離參考點(diǎn)一米處產(chǎn)生的音壓時(shí)，用分貝“（dB）”單位表示特性靈敏度。揚(yáng)聲器靈敏度高低與揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)的性能及氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有較大關(guān)系。

6、極性：

在揚(yáng)聲器的輸入端加上脈沖直流信號(hào)，如果振摸向前推動(dòng)，則與直流電壓正端相接的為喇叭的正極，反之為負(fù)極，如果接反，則喇叭振動(dòng)的相位將不正確。

音箱的組成

音箱（揚(yáng)聲器系統(tǒng)）一般主要由揚(yáng)聲器、箱體和分頻器等組成。

1.揚(yáng)聲器

揚(yáng)聲器（俗稱喇叭）的作用是將功率放大器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)再輻射出去。

（1）揚(yáng)聲器的分類

揚(yáng)聲器有多種分類方式：按其換能方式可分為電動(dòng)式、電磁式、壓電式、數(shù)字式等多種；按振膜結(jié)構(gòu)可分為單紙盆、復(fù)合紙盆、復(fù)合號(hào)筒、同軸等多種；按振膜形狀可分為錐盆式、球頂式、平板式、帶式等多種；按重放頻帶可分為高頻、中頻、低頻和全頻帶揚(yáng)聲器；按磁路形式可分為外磁式、內(nèi)磁式、雙磁路式和屏蔽式等多種；按磁路性質(zhì)可分為鐵氧體磁體、釹鐵硼磁體、鋁鎳鈷磁體揚(yáng)聲器；按振膜材料可分為紙質(zhì)和非紙盆揚(yáng)聲器……

（2）電動(dòng)式揚(yáng)聲器

電動(dòng)式揚(yáng)聲器是民用音響系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種，它是利用音圈與恒定磁場(chǎng)之間的相互作用力使振膜振動(dòng)而發(fā)聲的。電動(dòng)式的低音揚(yáng)聲器以錐盆式居多，中音揚(yáng)聲器多為錐盆式或球頂式，高音揚(yáng)聲器則以球頂式和帶式、號(hào)筒式為常用。

錐盆式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率較高。它使用的振膜材料以紙漿材料為主，或摻人羊毛、蠶絲、碳纖維等材料（或涂膠），以增加其剛性、內(nèi)阻尼及防水等性能。新一代電動(dòng)式錐盆揚(yáng)聲器使用了非紙質(zhì)振膜材料，如聚丙烯、云母碳化聚丙烯、碳纖維編織、防彈布、硬質(zhì)鋁箔、CD波紋、玻璃纖維等復(fù)合材料，性能進(jìn)一步提高。

球頂式揚(yáng)聲器有軟球頂和硬球頂之分。軟球頂揚(yáng)聲器的振膜采用蠶絲、絲絹、浸漬酚醛樹脂的棉布、化纖及復(fù)臺(tái)材料，其特點(diǎn)是重放音質(zhì)柔美；硬球頂揚(yáng)聲器的振膜采用鋁合金、鈦合金及鈹合金等材料，其特點(diǎn)是重放音質(zhì)清脆。

號(hào)筒式揚(yáng)聲器的輻射方式與錐盆揚(yáng)聲器不同，它是在振膜振動(dòng)后，聲音經(jīng)過號(hào)筒再擴(kuò)散出去。其特點(diǎn)是電聲轉(zhuǎn)換及輻射效率高、距離遠(yuǎn)、失真小，但重放頻帶及指向性較窄。

帶式揚(yáng)聲器的音圈直接制作在整個(gè)振膜（鋁臺(tái)金或聚酰亞胺薄膜等）上，音圈與振膜間直接耦合。音圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)與恒磁場(chǎng)相互作用，使帶式振膜振動(dòng)而輻射出聲波。其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、失真小，重放音質(zhì)細(xì)膩、層次感好。

2.箱體

箱體用來消除揚(yáng)聲器單元的聲短路、抑制其聲共振，拓寬其頻響范圍，減小失真。

音箱的箱體外形結(jié)構(gòu)有書架式和落地式之分，還有立式和臥式之分。箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)又有密閉式、倒相式、帶通式、空紙盆式、迷宮式、雙腔雙開口式、1／4波長(zhǎng)加載式、對(duì)稱驅(qū)動(dòng)式和號(hào)筒式等多種形式，使用最多的是密閉式、倒相式和帶通式，如下圖所示。

3.分頻器

分頻器有功率分頻器和電子分頻器之分，主要作用均是頻帶分割、幅頻特性與相頻特性校正、阻抗補(bǔ)償與衰減等作用。

功率分頻器也稱無源式后級(jí)分頻器，是在功率放大器之后進(jìn)行分頻的。它主要由電感（L）、電阻（R）、電容（C）等無源元件組成濾波器網(wǎng)絡(luò)，把各頻段的音頻信號(hào)分別送到相應(yīng)頻段的揚(yáng)聲器中去重放。其特點(diǎn)是制作成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合業(yè)余制作，但插入損耗大、效率低、瞬態(tài)特性較差。

電子分頻器也稱有源式前級(jí)分頻器，是由各種阻容元件與晶體管或集成電路等有源器件組成，它是置于前置放大器和功率放大器信號(hào)線路中的一種模擬電子濾波器，能把前置放大器輸出的音頻信號(hào)分成不同頻段后，再送人功率放大器進(jìn)行放大處理。其特點(diǎn)是各頻段頻譜平衡、相互干擾小、輸出動(dòng)態(tài)范圍大，本身有一定的放大能力，插入損耗較小。但因電路復(fù)雜一些，業(yè)余制作的難度較功率分頻器要大。

分頻器按分頻頻段可分為二分頻、三分頻和四分頻。二分頻是將音頻信號(hào)的整個(gè)頻帶劃分成高頻和低頻兩個(gè)頻段；三分頻是將整個(gè)頻帶劃分成高頻、中頻和低頻三個(gè)頻段；四分頻將三分頻多劃分出一個(gè)超低頻段。業(yè)余條件下制作音箱，以二分頻和三分頻為主。

分頻點(diǎn)與分頻斜率是直接影響分頻器的分頻頻率（交叉頻率）。

分頻點(diǎn)是指兩個(gè)相鄰揚(yáng)聲器（如二分頻中的高音與低音，三分頻中的高音與中音、中音與低音）的頻響曲線在某一頻率上的相交點(diǎn)，通常為兩個(gè)揚(yáng)聲器中功率輸出的一半處（即一3dB點(diǎn)）的頻率，要根據(jù)音箱和每個(gè)揚(yáng)聲器的頻率特性和失真度等參數(shù)決定。通常二分頻分頻器的分頻點(diǎn)取lkHz～3k之間，三分頻取250Hz～1kHz和5kHz兩個(gè)分頻點(diǎn)。

分頻斜率（也稱濾波器的衰減斜率）用來反映分頻點(diǎn)以下頻響曲線的下降斜率，用分貝／倍頻程（dB／oct））來表示。它有一階（6dB／oct）、二階（12dB／oct）、三階（18dB／oct））和四階（24dB／oct））之分，階數(shù)越高，分頻點(diǎn)后的頻率曲線斜率就越大。較常用的是二階分頻斜率。高階分頻器可增加斜率但相移較大，低階分頻器能產(chǎn)生較平緩的斜率和很好的瞬態(tài)響應(yīng)，但幅頻特性較差。決定高、低音濾波的階數(shù)主要應(yīng)考慮到揚(yáng)聲器本身在分頻點(diǎn)處相位的良好銜接問題。

七種音箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1、密閉式音箱

是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，1923年由FrederI Ck提出，簡(jiǎn)單地說，就是揚(yáng)聲器單元裝在一個(gè)全密封箱體內(nèi)。它能將揚(yáng)聲器的前向輻射聲波和后向輻射聲波完全隔離，但由于密閉式箱體的存在，增加了揚(yáng)聲器運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生共振的剛性，使揚(yáng)聲器的最低共振頻率上升。

密閉式音箱的聲色有些深沉，但低音分析力好，使用普通硬折環(huán)揚(yáng)聲器時(shí)，為了得到滿意的低音重放，需要采用容積大的大型箱體，新式的密閉音箱大多選用Q值適當(dāng)?shù)母唔樞該P(yáng)聲器。利用封閉在箱體中的壓縮空氣質(zhì)量的彈性作用，盡管揚(yáng)聲器裝在較小的箱體中，錐盆后面的氣墊會(huì)對(duì)錐盆施加反動(dòng)力，所以這種小型密閉式音箱也稱氣墊式音箱。

2、低音反射式音箱（倒相式音箱）

低音反射式音箱也稱倒相式音箱，1930年由Thuras發(fā)明。在它的負(fù)載中有一個(gè)出聲口開孔在箱體一個(gè)面板上，開孔位置和形狀有多種，但大多數(shù)在孔內(nèi)還裝有聲導(dǎo)管。箱體的內(nèi)容積和聲導(dǎo)管孔的關(guān)系，根據(jù)茲共振原理，在某特定頻率產(chǎn)生共振，稱反共振頻率。揚(yáng)聲器后向輻射的聲波經(jīng)導(dǎo)管倒相后，由出聲口輻射到前方，與揚(yáng)聲器前向輻射聲波進(jìn)行同相迭加。

它能提供比密閉式更寬的帶寬，具有更高的靈敏度，較小的失真。理想狀態(tài)上，低頻重放頻率的下限可比揚(yáng)聲器共振頻低20%之多。這種音箱用較小箱體就能重放出豐富的低音，是目前應(yīng)用最為廣泛的類型。

3、聲阻式音箱

實(shí)質(zhì)上是一種倒相式音箱的變形，它以吸聲材料或結(jié)構(gòu)填充在出聲口導(dǎo)管內(nèi)，作為半密閉箱控制倒相作用，使之緩沖，以降低反共振頻率來展寬低音重放頻段。

4、傳輸線式音箱

是以古典電氣理論的傳輸線命名的，在揚(yáng)聲器背后設(shè)有用吸聲性壁板做成的聲導(dǎo)管，其長(zhǎng)度是所需提升低頻聲音波長(zhǎng)的1/4或1/8。

理論上它衰減由錐盆后面來的聲波，防止其反射到開口端而影響低音揚(yáng)聲器的聲輻射，但實(shí)際上傳輸線式音箱具有輕度阻尼和調(diào)諧作用，增加了揚(yáng)聲器在共振頻率附近或以下的聲輸出，并在增強(qiáng)低音輸出的同時(shí)減小沖程量。通常這種音箱的聲導(dǎo)管大多迭呈迷宮狀，所以也稱迷宮式或曲徑式。

5、無源式輻射式音箱

是低音反射式音箱的分支，又稱空紙盆式音箱，是1954年美國(guó)的Olson和Preston發(fā)表的，它的開孔出聲口由一個(gè)沒有磁路和音圈的空紙盆（無源錐盆）取代，無源錐盆振動(dòng)產(chǎn)生的輻射與揚(yáng)聲器向前輻射聲處于同相工作狀態(tài)，利用箱體內(nèi)空氣和無源錐盆支撐組件共同構(gòu)成的復(fù)合聲順和無源錐盆質(zhì)量形成諧振，增強(qiáng)低音。

這種音箱的主要優(yōu)點(diǎn)是避免了反射出聲孔產(chǎn)生的不穩(wěn)定的聲音，即使容積不大也能獲得良好的聲輻射效果，所以靈敏度高，可有效地減小揚(yáng)聲器工作輻度，駐波影響小，聲音清晰透明。

6、耦合腔式音箱

是介于密閉式和低音反射式之間的一種箱體結(jié)構(gòu)，1953年美國(guó)的Henry Lang發(fā)表，它的輸出由錐盆一邊所驅(qū)動(dòng)的出聲孔輸出，錐盆另一邊則與一閉箱耦合。

這種音箱的優(yōu)點(diǎn)為低頻時(shí)揚(yáng)聲器所推動(dòng)的空氣量大大增加，由于耦合腔是個(gè)調(diào)諧系統(tǒng)，在錐盆運(yùn)動(dòng)受限制時(shí)，出聲口輸出不超過單獨(dú)錐盆的聲輸出，展闊了低頻重放范圍，所以失真減小，承受功率增大。1969年日本Lo-d的河島幸彥發(fā)表的A·S·W（AcoustICSuperWoofer）音箱就是一種耦合腔式音箱，適于用小口徑長(zhǎng)沖程揚(yáng)聲器不失真重放低音。

7、號(hào)筒式音箱

對(duì)家用型來講，多采用折迭號(hào)筒形式，它的號(hào)筒喇叭口在口部與較大空氣負(fù)載耦合，驅(qū)動(dòng)端直徑很小，這種音箱的背面是全密封，箱腔內(nèi)的壓力都多在揚(yáng)聲器錐盆的背面上。

為保錐盆前后壓力保持平衡，倒相號(hào)筒裝置于揚(yáng)聲器前面。折迭號(hào)筒音箱是倒相式音箱的派生，其聲響效果優(yōu)于密閉式音箱的一般低音反射式音箱。