音箱设计新解 [复制链接]

音箱设计新解
编写：民歌

要做一个好的音箱首先要了解声音的原理。声音是物体振动时，会激起与它相接触的空气分子振动，而振动的空气分子又激励相邻的分子振动，不断向四周扩散至失去能量后消失。它的传播是要有弹性物质，如：气体、液体和固体都能传播声波。
声音有次声、可听声和超声波，在讨论音响时只讨论可听声。可听声也分高、中、低音。它的划分无明确的指定，只是一种区域性划分。
声波和所有的波动一样有频率和振幅衡量。
音箱的声源来源于扬声器。
现只讲一下常用的“电动式”扬声器的原理。
我们要先知道电动式扬声器的构造。
扬声器的每个元件的作用和应注意事项：
永磁是保证扬声器有一个永久磁场，这个磁石不应过厚，因磁石的内阻很高，过厚做成磁路过长。
前、后钢板与芯柱做成一个开口磁回路，钢板与磁石要接触良好，不能有气隙，芯柱与后钢板也要接触良好。
芯柱与前钢板的间隔越小越好，因空气的磁阻很大（比音圈厚0.5—0.6mm），如这间隔过大扬声器的灵敏度就降低。
弹簧盆是支撑音圈的，它的强度能撑起音圈为准，不要过硬，如过硬扬声器灵敏度也会降低。还有弹簧盆应不发声，所以用疏松的布做成的，使其很少发声。
因弹簧盆是随着音圈一起振动的，如它也产生声音，这声音向纸盆传去干扰纸盆的振动，做成声干扰现象，所以弹簧盆的材料应越小发声越好。
音圈是扬声器的心脏，它是把电信号能转为动能的关键零件，它的高度与前钢板的关系非常重要，它应是钢板的厚度的130%。
线圈通过电流时产生磁场，这个磁是在顶与底最强（尖端放磁）。
现在很多厂家（国内、外都有）为了加大音盆的行程，只把音圈的高不断加大，这样，音圈的磁作用点与前钢板越远，扬声器的灵敏度就越差，这与前钢板与芯柱间隔越大是一样的。
这样长行程的扬声器对微弱的信号是不能有反应的，用大提琴的伴音声来检验最明显。

如用比例失调的长行程扬声器播放大提琴伴音会产生断尾现象，因这扬声器对后面微弱的信号没有反应做成的。它不但对低频对高频小微信号也是同样有反应差的现象。
如要加大行程必定要前钢板成比例加厚。
做得好的扬声器，它的音圈是不论次声波或超声波的信号，都有反应——振动的，所以每个扬声器都应是全音的。
音圈的阻抗是在交流400周时的感抗，为什么要选400周呢？是因为人声没有这样低的频率，而乐器声只有很小乐器有这样的低频，作曲家也很少用这样的音符，所以定400周交流感抗为扬声器的基准。
如设在50周交流为基准，则音圈的感抗要加大，圈数也要增加，这样扬声器的灵敏度就减少了。
若把设点在800周时，信号有400周的信号来时，扬声器就会烧坏。
音圈磁点越最接近钢板其作用力越大，功转换越好，灵敏度越高。但音圈高度不能与前钢板厚度相等或小于前钢板厚度，因这时会产生径向力做成噪声。
纸盆也是扬声器的一个很重要的部分，它是把机械能转为声能的一个零件，它为什么要做成锥体呢？是为了使它有弹性而做成的。
讲到这里先讲扬声器的阻抗特性。（应叫频率分贝坐标图）
一个扬声器在同伏安下不同频率测得的分贝曲线图，各扬声器不一样，各人测量器精度不一样也有些不同，这也不重要。但是很多很多人或厂家将这分贝坐标图解释为扬声器阻抗特性，甚至把分贝与阻抗Ω同解。这太不认真了。
如能解释那感抗公式不是要改？



图a是扬声器只装音圈和弹簧盆的测试。
图b是再加装音盆测试。
图c是再加防尘罩测试
从这个测试得扬声器的频率分贝关系。坐标图不是所为的阻抗特性，而是扬声器每一个振动元件自振频率的共振反应特线。
因任何有弹性物体都有它的自振频率，当外加一个与它相同的频率后，这物体会产生剧烈振荡，这叫共振。
再用另一个办法测试扬声器的频率分贝坐标，如一个扬声器测得坐标图后更换音圈（加多、减少圈数或加高减低圈高）后，再测坐标图是不变的，这说明音圈的感抗与坐标无关系。
如更换纸盆、防尘罩等坐标图就有变化。
再讲纸盆在工作时的现象。纸盆在工作时是从内到外一个个波纹象涟漪扩散地传动，这可用高速摄像后慢放便可看见的。
现在有些厂家将纸盆乱涂油漆说是调音，这是破坏了涟漪运动，只是炒作。胶音盆乱加根也是一样，用防弹布做音盆也是破坏了涟漪运动，产生次波。
既然，音盆运动时是有涟漪状运动，那么，音盆的强度不能太大，应软又富有弹性。
如厚度过大，就声音浑浊，而高音明显减弱，如音盆厚度适中，它的声音是清醇的。用手指轻按音盆能有一个凹痕的为适中，放手后马上弹回。
现在很流行浑浊而高音弱的扬声器，说这样不嘈吵（少了高音）。也有的讲流行就是好的，试问“流行性感冒”是否好呢。
在高速影像下，清晰的音盆它的涟漪很清晰，浑浊的音盆它的涟漪也浑浊、难辩。
音质清就是灵敏度高。
再讲音盆的自振频率。
如有一个扬声器的频率分贝坐标图如上（D）
这图说明这扬声器主要自振频率是1000周，如用一个100周的信号输入这扬声器后，检验声频得一个100周与一个1000周同时存在，如图上（E）示，也就是这个扬声器的自振频率在任何信号时它都存在，人能分出自然声与扬声器声，就是因有一个常在的自振频率。
如不明再讲一个现象。有一个鼓的自振频率是500周，击打时它发出的声是500周。用机械手每秒击鼓50下，这时，同时产生一个50周与500周的声频，每秒击500下时声音会剧烈增加这就是共振现象。
得这解释后就能把音箱的很多不能解释的问题都能解释了。
如同一个扬声器只把音盆改小后它的低音反应就差了，这就是音盆越大它的自振频率就低，反之，音盆越小自振频率越高。这和鼓面一样原理，琴的共鸣箱也是这样的。
橡胶边是现代发展扬声器一种创新。它能有效地吸收了音盆传出的振动，使其不能回弹产生回声，也更好地阻止音盆折边式振动产生的倍音和次声。
防尘罩顾名思义主要就是防尘，但它要求是不发声的。和弹簧盆一样，所以材料应选松软而要过气的。过气是使磁石里减少空气压力（阻力），使其音圈运动畅顺。如防尘罩也发声那就多了一个较强的自振频率。还有这声对内向音盆干扰产生了音染，更不能做太大，它越大产生的音染更严重。这要提下现在很多厂家生产的扬声器的防尘罩都没有注意这问题，甚至把它做成与音盆同等直径的。
其实选购扬声器时用手指弹一下音盆，听它发出的声音是否你喜欢的。因这声频就是它的主要自振频率。80年代初很多歌曲都喜欢用大提琴作伴音，但要注意有很多是弹后约半秒后乐手就用手按停琴弦，这样的音也不能比出扬声器的灵敏度。很多时在每段或曲尾时就有用大提琴弹一下，任其余音至一点也没有。
这时如扬声器灵敏度高的，就能听到声音是由大至小，约两秒多长，中间明显有起伏现象（这是物体的谐振频率所为），声音尾段是很清，像老鼠尾拉长的。
这就是高灵敏度的扬声器。
听其反应是否灵敏。这就知其音圈与前钢板比是否合理。最后用干电池正反各接一次看其音圈是否有装在中点上。如音盆出入一样尺寸就是正中，如有差异那就不在中点上。如果音圈不正中等于放大器的饱和失真或截止失真同效。

讲到这就讲一讲“煲扬声器”，这是民间对扬声器作“磨合期”，这对音圈不在中点上的扬声器是有一定的效果（对微小偏差的有用，严重的作用不大）。
“磨合期”可用50周交流电4—6伏直接输入扬声器，一至二天后可以微小的修正音圈。
“磨合”不是将音盆、弹簧与橡胶边磨软。
音箱的箱体作用是固定扬声器，装饰最主要的是作共鸣箱。
共鸣箱就是将一个机械振动频率增加其对空气的接触面积，从而把声音放大。不浪费能量，可以调整到你所需要的音域。
这里先讲儿童玩具电话。它是将两个火柴合用线把它连接而成，它要通话先把连线拉紧，线有了弹性后才能传递振荡声频。火柴合是把声振接收后传至连线，再由连线传给另一个火柴合作声的放大（增加与空气接触面积），火柴合越大声音越大——接触面积越大。其实连线也有发出声音，只是它与空气接触过小，音量就很小。
扬声器通过电信号后发声同时支架也作同步同频率反方向的振动，这振动传给音箱体后，箱振动产生声音。
这把机械振动能转为声能的箱叫共鸣箱，与琴的原理一样。用木棒装上弦后弹它的声是很小的，但加了共鸣箱后，声音就得放大了（加大了与空气的接触面）。

共鸣箱也有它的自振频率，如喜欢低频的可把箱做大，与鼓同样理由，大的频率低，反之就高，这和扬声器与箱体体积是无关系的。只是扬声器的振动力与箱体的强度有关系。一般选自振频率在扬声器的自振频率的左右，使其更好的连接性。
箱体壁振动时产生声音是内外都有。里面的声音不断的折射加强会达至空气的自振点就产生隆隆声。
空气是有它的自振频率的。如远处雷声、炮声、火车声、地震声等都是隆隆声。不是它原来的声音。这是它本来的声已消失，只留下因声源有很大的能量激起空气的自振声。所以箱体不要选得太低的频点，因空气自振声比较难消失，难处理。
讲到壁声，很多厂家认为箱体是不发声，但他又测得音箱的扩散度“水平40度，垂直10度”，这又可解明呢？这只有箱体两侧同时发声就能解释得通了。
箱内的声很多厂家都想把它用倒相孔折射出来。
如你们先听一下箱内的声就不赞成把它传出来，可把咪头放入箱内放大后用耳机听（注意：先由小至大调整，不要把咪头接触到箱体）。这箱内声是多次折射的回声，很难听的，更不用讲声音是散射的，不可能随人们的意志传动的，不可能听从而折射出来的。
这里不得不提曾名噪一时的缨母螺音箱，它也是不能这样消除箱内的声（可用咪头入内测试），它只不过箱体的形状做成强度较大，箱壁很难振动产生声音，有也只是较小高频声（高频干扰反射比低频小）。但这箱体对低频响应很差，使人感觉缺少了低频声。
箱内声既然这样不好，那就不要考虑折射、反射、吸音，把思维转去消声。
内燃机的声音够大，用上消声器后可以把声音消减很多很多，近无声。在箱内壁加上橡胶板，再在空腔内用报纸捏成纸团填满（注意不要接触到音盆），这样消声很不错。
报纸对阻隔声音很好，它表面粗糙，弹性又小，也不易反射声音。
箱体最好用微粒板做，因同一批板它的弹性很接近，设计时好掌握。
夹板和原木版它每块的弹性都有差异，做成箱体每个自振频点不同甚至两边也不同，使听觉明显有差异。
做小提琴时也因每块原木料的弹性不同做成的琴各有差异。
一般箱的形状做成深窄为好，这样以侧面为发声板，使它的水平扩散广阔点，听时不是一个听点而是一个听面。
每个箱体不要装一个以上的扬声器，因每个扬声器都会将后面的声反射至另一个音盆而干扰，特别消声搞不好的。这与无源扬声器的现象一样，如搞隔仓箱体可以隔开声音在空气的传播干扰，但声波可在箱体传至另一个扬声器产生干扰。两个扬声器在同一个箱时，同时对箱体施加相同的频率，它同时在箱板振动，这和同时放两石头到水面，两个涟漪相互干扰一样。
因每个扬声器都是全频的。只要有信号来，不论高低频它都振动发声，只是各人所爱，加个高音或中音只要各人欢喜。
封闭式音箱对消箱内音更好，有人问封闭式音箱对音盆振动会有阻力，因箱内空气无法出入，音盆振动时产生增、减压力，其空气就产生反作用力来阻止音盆运动。
如计算下箱体里增减的压力不过是小于百分之一个大气压，这个数完全可忽略不计。它比扬声器密透防尘罩做成的，空气阻力也小得多。
有的厂家把扬声器中音那个向前一点安装，解释为更好达到声的同步，说高、中、音传播速度不同有快慢，这是为保偿而做。但查资料无此介绍，只有讲声音传播速度受风、温度、湿度、气压影响。
如声音是因频率不同而速度不同，那在100米外叫人是不能听到的，因前音和后音会重叠或倒转先后。
理解这原理后动手做个好音箱就很容易了，只是各有喜欢，有爱回声，有爱低音，有爱高音，有爱新奇等美丽的失真。各人所需，无必争论。
有人说你未讲分音器。现在很多厂用分音器，把频率分贝关系坐标调整近平行为检验标准，也就是说将扬声器的自振频率相同的信号，溢制减小来达到关系线平直。前文已提自振频率是在任何一个频率时都出现，那分频器就是无用的。只是高音扬声器要串一个电容，这电容是把信号减弱，因交流是可以通过电容的，如能把高低频彻底分开，那噪声信号消除就容易解决了。
有人问加了电容那相位差怎样解决。请问录音制碟有否要解决相位，两重唱或两重奏，整曲能有几点同相位呢？这是不能听出，测试不同，那是两个扬声器的干扰存在移相前后这两种变化都是干扰的后果，不是相位同与不同的变化，是两个扬声器必然的干扰，扬声器与箱体是差180度相位。为何无人听到。
现在很多音箱厂家都用频率特性图来作产品出厂检验，但他们又承认分贝线用分频器调置平直后，音箱未必会好听。这只能证明用频率特性来检验有漏洞。等于生产罗丝用秤来检验，这样可能合格也可能不合格。如先检验它的尺寸合格后，再秤可以检出材料有否有空洞或渗杂。
如果能找到没有自振频率的音盆，就能做到纯自然声的扬声器，这才是“高保真”。
未能有高保真扬声器现只能找灵敏度高的扬声器，但市面上供应的很难找到。那尝试下动手改一下音圈。
有了一个灵敏度高的扬声器后，就可做音箱，箱体正面应窄些、厚些，侧面宽些、薄些。尺寸可因材料而做，既然不能消除自振问题，就利用自振把声音做成宏亮些。
箱内一定要搞好消声，如内壁要加橡胶板一定不能有松动，如松动会有敲击箱体的噪声。不用做“倒相孔”，加报纸团入内腔，不用填得太实。
音箱不是厂家、商家讲得那样神秘，明白原理后，各种问题就能调整。做一个自己喜欢的音箱。
有一本“广东高等教育出版社”出的高中职业技术教材“音响技术”的书里写了一段文：
“扬声器振动时纸盆前后空气是绕过扬声器前后填补。
音箱是隔离了空气的填补使其不能抵消而得到浑厚有力，优美动听的声音。”
这段话错在将声音振动传播解释流动传播，可用烟测试，不流动的，扬声器在大幅度振动时是有点空气移动，这只是扬声器的副产物，那不是声频。
还有箱体共鸣发声和共振都不知，只解释了扬声器装上音箱后扬声器的声音会变化的神奇现象。
原来音箱市场是一个没有标准的行业。
只有扬声器的阻抗是70年代时有行规。没有国际标准，也没有国家标准。
①标称功率有的是不失真范围内最大平均功率，有的是最大瞬时功率。（没有标准）（应能长时承受功率为标称功率）
②灵敏度。有的是输入1W时，在距离扬声器1米测声压大小，取有效频率范围。（这只能测功能转换值）
有的取1米2.83V的dB。（这没电流、功率不定。）
谐波失真在音箱我不知是怎样测得的，希望哪位能指点一下。
电子邮箱地址：li8185@sina.com
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