音箱基础知识

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音箱基础知识 2008-3-18 16:10:00

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很多人可能有过这样的体会，即使你选用了全球知名的高档声卡，但如果没有一对性能超群出众的音箱相配合，一样无法展现出那气势磅礴而又细腻美妙的乐曲。然而，音箱和其他硬件产品相比，大家对它的了解可能还不够深入，因此我们先向大家介绍一些音箱方面的基本知识，解开一些人对音箱认识的误区，希望能对大家在音箱的选购上有所帮助。

音箱的技术性能指标与相关知识

1、音箱。音箱是将电信号还原成声音信号的一种装置，还原出声音的真实性将作为评价音箱性能的重要标准。除了一些特殊的平板式、号角式和迷宫式等，我们可以将音箱分为倒相式和密闭式两种。密闭式音箱就是在封闭的箱体上装上扬声器；而倒相式音箱与它的不同之处就是在前面或后面板上装有圆形的倒相孔。它是按照赫姆霍兹共振器的原理工作的，优点是灵敏度高、能承受的功率较大和动态范围广。因为扬声器后背的声波还要从导相孔放出，所以其效率也高于密闭箱。而且同一只扬声器装在合适的倒相箱中会比装在同体积的密闭箱中所得到的低频声压要高出3dB，也就是有益于低频部分的表现，所以这也是倒相箱得以广泛流行的重要原因。

2、功率。记住，音箱音质的好坏和功率没有直接的关系。功率决定的是音箱所能发出的最大声强，感觉上就是音箱发出的声音能有多大的震撼力。根据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率与瞬间功率（或音乐功率MPO）。前者是指在额定频率范围内给扬声器一个规定了波形持续模拟信号，在有一定间隔并重复一定次数后，扬声器不发生任何损坏的最大电功率；后者是指扬声器短时间所能承受的最大功率。通常商家为了迎合消费者心理，通常将音乐功率标的很大，所以在选购多媒体音箱时要以额定功率为准。音箱的功率由功率放大器芯片的功率和电源变压器的功率两者主要决定，考虑到其他一些因素，可以算出如果变压器的额定功率是100W的话，它实际能顺利带动的功放芯片的功率要在45W以下，所以通过算音箱变压器与功放的功率关系也可以验证音箱的实际额定功率是否能达到标称值。音箱的功率不是越大越好，适用就是最好的，对于普通家庭用户的20平米左右的房间来说，真正意义上的50W功率是足够的了。

3、频率范围与频率响应。前者是指音箱系统的最低有效回放频率与最高有效回放频率之间的范围；后者是指将一个以恒电压输出的音频信号与系统相连接时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应，单位分贝（dB）。声压与相位滞后随频率变化的曲线分别叫作“幅频特性”和“相频特性”，合称“频率特性”。这是考察音箱性能优劣的一个重要指标，它与音箱的性能和价位有着直接的关系，其分贝值越小说明音箱的频响曲线越平坦、失真越小、性能越高。如：一音箱频响为60Hz-18kHz ＋/－ 3dB。这两个概念有时并不区分，就叫作频响。从理论上来讲，构成声音的谐波成分是非常复杂的，并非频率范围越宽声音就好听，不过这对于中低档的多媒体音箱来讲还是基本正确的。现在的音箱厂家对系统频响普遍标注的范围过大，高频部分差的还不是很多，但在低音端标注的极为不真实，所以敬告大家低频段声音一定要耳听为真，不要轻易相信宣传单上的数值。多媒体音箱中的音乐是以播放MP3或CD的音乐、歌曲、游戏的音效、背景音乐以及影片中的人声与环境音效为主的，这些声音是以中高音为多，所以在挑选多媒体音箱时应该更看中它在中高频段声音的表现能力，而不是低频段。

4、失真度。有谐波失真、互调失真和瞬态失真之分。谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真；互调失真影响到的主要是声音的音调方面；瞬态失真是因为扬声器具有一定的惯性质量存在，盆体的震动无法跟上瞬间变化的电信号的震动而导致的原信号与回放音色之间存在的差异。它在音箱与扬声器系统中则是更为重要的，直接影响到音质音色的还原程度的，所以这项指标与音箱的品质密切相关。这项常以百分数表示，数值越小表示失真度越小。普通多媒体音箱的失真度以小于0.5%为宜，而通常低音炮的失真度普遍较大，小于5%就可以接受了。

5、音箱的灵敏度（单位dB）。音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍，一般以87 dB为中灵敏度，84 dB以下为低灵敏度，90 dB以上为高灵敏度。

6、阻抗。它是指扬声器输入信号的电压与电流的比值。音箱的输入阻抗一般分为高阻抗和低阻抗两类，高于16Ω的是高阻抗，低于8Ω的是低阻抗，音箱的标准阻抗是8Ω。在功放与输出功率相同的情况下，低阻抗的音箱可以获得较大的输出功率，但是阻抗太低了又会造成欠阻尼和低音劣化等现象。所以这项指标虽然与音箱的性能无关，但最好还是不要购买低阻抗的音箱，推荐值是标准的8Ω。

7、信噪比。是指音箱回放的正常声音信号与噪声信号的比值。信噪比低时，小信号输入时噪音严重, 整个音域的声音明显感觉是混浊不清，所以信噪比低于80dB的音箱不建议购买!

8、扬声器材质。低档塑料音箱因其箱体单薄、无法克服谐振，无音质可言；木制音箱降低了箱体谐振所造成的音染，音质普遍好于塑料音箱。挑选音箱应考虑喇叭的材质：多媒体有源音箱的高音单元现以软球顶为主（此外还有钛膜球顶等），它与数字音源相配合能减少高频信号的生硬感，给人以温柔、光滑、细腻的感觉。多媒体音箱现以丝膜和PV膜等软球顶的居多。低音单元它决定了音箱的声音的特点，选择起来相对重要一些，最常见的有以下几种：纸盆，又有敷胶纸盆、纸基羊毛盆、紧压制盆等几种，它音色自然、廉价、较好的刚性、材质较轻灵敏度高，缺点是防潮性差、制造时一致性难以控制；防弹布，有较宽的频响与较低的失真，是酷爱强劲低音者之首选，缺点是成本高、制作工艺复杂、灵敏度不高轻音乐效果不甚佳；羊毛编织盆，质地较软，它对柔和音乐与轻音乐的表现十分优异，但是低音效果不佳，缺乏力度与震撼力；PP(聚丙烯)膜，它广泛流行于高档音箱中，一致性好失真低，各方面表现都可圈可点。此外还有像纤维类振膜和复合材料振膜等极少应用于普及型音箱中，就不谈了。扬声器尺寸自然是越大越好，大口径的低音扬声器能在低频部分有更好的表现，这是在选购之中可以挑选的。用高性能的扬声器制造的音箱意味着有更低的瞬态失真和更好的音质。普通多媒体音箱低音扬声器的喇叭多为3~5英寸之间。

9、音箱的结构与特点。音箱从结构形式上分，可以分为书架式和落地式，前者体积小巧、层次清晰、定位准确，但功率有限，低频段的延伸与量感不足，适于欣赏以高保真音乐为主的音乐爱好者，也是我们多媒体发烧友的首选；后者体积较大、承受功率也较大，低频的量感与弹性较强，善于表现滂沱的气势与强大的震撼力，但层次感与定位方面略有欠缺。对于不同音乐的爱好者来讲，这也是在选购以前应该了解的重要内容。

10、可扩展型。这是指音箱是否支持多声道同时输入，是否有接无源环绕音箱的输出接口，是否有USB输入功能等。

11、音效技术。硬件3D音效技术现在较为常见的有SRS、APX、 Spatializer 3D、 Q-SOUND、 Virtaul Dolby和 Ymersion等几种，它们虽各自实现的方法不同，但都能使人感觉到明显的三维声场效果，其中又以前三种更为常见。它们所应用的都是扩展立体声（Extended Stereo）理论，这是通过电路对声音信号进行附加处理，使听者感到声像方位扩展到了两音箱的外侧，以此进行声像扩展，使人有空间感和立体感，产生更为宽阔的立体声效果。此外还有两种音效增强技术：有源机电伺服技术和BBE高清晰高原音重放系统技术，对改善音质也有一定效果。
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怎样自制音箱

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要想坐在家里欣赏优美的音乐，就要具备最基本的音响器材。例如有一台卡式录音座或是CD唱机作为信号源，有一台音频功率放大器和一对音箱以及音频信号线、音箱线，就可以组成最基本的音响器材。在音响器材中，有结构复杂的CD机和功放，也有结构并不复杂的音箱。但在音响器材之中，最具有个性，对重播音乐影响最大的，恰恰就是看似简单的音箱。所以对音箱的重播音色而言，也就有了所谓的“英国声”、“美国声”、“德国声”、“日本声”之说，也就有了动辄数千元、上万元，乃至百万元一对的音箱。
对于经济并不宽裕的音乐爱好者和想从自己动手中获得乐趣与真知的音响爱好者来说，最便于自制的音响器材莫过于音箱了。只要你知道一些音箱设计制作中的规律性的东西，亲手制作出一对令自己满意的音箱还是可以办到的。
在音箱制作与调试的过程中，有如下的问题需要注意。
一、选好扬声器单元
扬声器单元，俗称喇叭，是音箱能够发出声音的关键部分。人们只有借助于扬声器单元，才能将CD机、功放传出的音频电信号转换成听得见的声音信号。
扬声器单元一般分为高音、中音、低音三大类。基本上属于各司其职的工作范围。对于制作优良的小口径的低音单元来说(一般泛指低音单元的扬声器口径小于6.5英寸)，它们一般可以兼顾中音扬声器的作用；而一只设计优秀、具有足够承受功率的高音单元来说，也可以兼顾一部分中音扬声器的作用。因此，在小型书架式或落地式音箱中，只采用一高一低两只扬声器单元的实例是十分普遍的。下面就具体地谈谈选择扬声单元的问题。
1.怎样选择高音单元
高音单元顾名思义是为了重播高频声音的扬声器单元。高音单元的结构形式主要有号角式、锥盆式、球顶式和铝带式几大类。
号角式高音单元由于指向性强，在号角正面能听到强大的高音，多用于大功率的扩声、会议音箱和一少部分的监听音箱。
锥盆式高音单元由于振膜面积过大、过重，高频特性不如其它类型的高音单元，故而多见于老式音箱之上而近年已逐步被淘汰。
球顶式高音单元是目前在家用音箱和小型监听音箱中最常用的高音单元。
球顶式高音单元从球顶结构上分，可分为正球顶单元和反球顶单元。
球顶式高音单元从球顶材料上分，又分为硬球顶和软球顶两大类。
硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、钛合金复合膜、玻璃膜、钻石膜等数种。硬球顶高音单元所重播的高音，音色明亮，具有金属感。适合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐。加工制作优秀的铝合金膜、钛合金复合膜球顶高音，也能较好地表现古典音乐及人声。
软球顶高音的振膜材料有绢膜、蚕丝膜、橡胶膜和防弹布膜等数种。软球顶高音单元重播音乐时的高音灵巧、松弛，具有很好的自然表现力。在表现古典音乐、人声等具有标准听音概念的音乐时，尤为得心应手，是制造中、高档的家用音箱及小型监听音箱的理想选择。尤其是近年来的绢膜、丝膜球顶高音其重播的上限频率已可达到40000Hz。从理论上讲，高音单元的上限频率至少要达到20000Hz，越高越好。但高频上限优秀的单元，其价格也要贵一些。
正球顶高音单元在播放音乐时，其水平扩散角度要大一些；反球顶高音单元在播放音乐时，水平幅射角较小，但音色较纯，承受功率也较大。
铝带式高音单元是一种问世很早、历史悠久的高音单元。只是由于它的结构因素，真正把它的高频上限频率做得足够高、功率做得足够大并不是一件容易的事，所以普及起来并不容易。铝带式高音单元的上品，其上限频率也有30000Hz以上的，承受功率目前也有超过150W的。
如果你是一位古典音乐爱好者，又对重播时的音色要求很严格，你不妨选择绢膜等软球顶高音单元。如果你的音箱在使用中还要兼顾卡拉OK和播放电影，选择硬球顶单元会好一些。当然这并不是绝对的，因为音箱的重播音色，除与所选用的单元有关外，还与分频器的设计，箱体的制作等诸多因素有关。
2.中音单元的结构形式
中音单元一般只有锥盆和球顶两种。只不过它的尺寸和承受功率都比高音单元大而更适合于播放中音频而已。中音单元的振膜以纸盆和绢膜等软性物质为主，偶尔也有少量的合金球顶振膜。
3.怎样选择低音单元
低音单元的结构形式多为锥盆式，也有少量的为平板式。
低音单元的振膜种类繁多，有铝合金振膜、铝镁合金振膜、陶瓷振膜、碳纤维振膜、防弹布振膜、玻璃纤维振膜、丙烯振膜、纸振膜等等。
纸振膜又被称为扬声器纸盆。纸振膜又分为纸盆、紧压纸盆、纸基羊毛盆、强化纸盆等很多种。采用铝合金、铝镁合金振膜的低音单元一般口径比较小，承受功率比较大，而采用强化纸盆、玻璃纤维振膜的低音单元重播音乐时的音色比较准确，整体平衡度不错。
在选择扬声器单元时，高音单元的承受功率一般不低于低音单元的十分之一；如果是采用二分频、二单元制作的音箱，高音扬声器的承受功率还要再高一些。
在制作三分频的音箱时，中音单元的承受功率只要能达到低音扬声器的三分之一就足够了。
在选择扬声器单元时，最好是选择同一阻抗的。常见的低阻抗扬声器单元一般分为4Ω和8Ω两种。
在选择扬声器单元时，还要注意选择同一灵敏度档次的，一般以86dBW·m为中等灵敏度。低于84dB的叫低灵敏度扬声器，高于90dB的叫高灵敏度扬声器。
如果在选择扬声器单元时，阻抗和灵敏度相差太大，在制作音箱时，就会遇到分频器不好设计和各频段声压不平衡的问题。
当然，在制作二分频音箱时，高音单元的下限频率低于2kHz、低音单元的上限频率高于4kHz，将为调整音箱时带来不少的方便。
二、分频器的选择与制作
当你选定了扬声器单元之后，随之而来的就是要选择和制作分频器。分频器分为普通式的分频器和电子分频器两大类。
电子分频器是将信号源传送过来的微小音频信号直接进入电子分频器。由电子分频将全频带(从低音到高音)的信号分成为高音和低音信号，分别传送到相对应的功放进行放大，然后再推动相对应的扬声器单元发出声音见图1。电子分频是一个相对比较复杂，但重播效果良好的音乐重播系统。电子二分频系统除分频器外，还需要4个声道的音频功率放大器。电子三分频系统，需要6声道的功放，而电子四分频则需要8个独立声道的功放。电子分频的优点是重播音色好，各频带间的平衡调整简便易行，但制作成本较高。
对于自制音箱来说，采用传统的功率分频器比较简单,见图2。从图中可以看出,传统的功率分频器只有L1、C1、L2、C2以及高音衰减电阻R等5个元器件就可以组成。L1、C1组成低通滤波器，通过它的作用，只保留音频信号中的低频部分去驱动低音扬声器单元。L2、C2组成高通滤波器，只保留音频信号中的高频部分去驱动高音单元。普通的二分频器还可以采用一只电感、一只电容的分频方式和比图2复杂的分频方式。这些不同的分频方式各有优缺点。但本文的出发点还是以最常见的图2为基础。
我们在附表中列出了在不同扬声器阻抗、不同的分频频率下的电感与电容的数值。
为什么要列出这么大的一堆数值?这自有它的道理。只要你的扬声器单元足够好，音箱的设计与加工合理，调试准确，不论分频频率采用2000Hz、3000Hz还是4000Hz，都可以得出一条平坦地、合格的测试曲线；但在主观听音时，不同分频点音箱的重播音色与音乐表现则大不相同。分频频率偏高的音箱，高频比较亮丽，但整体音色偏薄；分频频率较低的音箱，重播音色比较厚道、自然。当然这一切都是在一定的范围内进行的。如果分频点偏移过大，将会由于扬声器单元自身频宽的限制，造成高、低音的衔接不良。
有这样一条规律，这就是分频点选得越低，分频器所使用的电感和电容数值就越大，制作成本也就越高。所以有些不太负责任的厂家，将产品的分频点选得很高，这就保证不了音箱重播时的声音表现。
普通分频器虽然结构简单，但在制作方面，也有它的特性。
1.怎样选择电感线圈
分频器所使用的电感线圈分为空芯线圈和铁芯线圈两类；而铁芯线圈又分为真铁芯和铁氧体芯两类。
在分频器中，空芯线圈的效果是最好的，但相对也是体积最大、制作成本最高的。空芯线圈的优点在于失真低、受扬声器磁场的影响小。在选择空芯电感线圈时，主要应注意电感线圈线径的选择。所选用的漆包线，一定要能够承载相应的功率电流。如果所用的线径偏细，在大功率下工作时，电感线圈容易过热烧毁。所选用的线径，通过计算，只要够用或有些余量就可以了。盲目加大线径，一来成本太高，二来加工起来难度也较大。
铁芯线圈和磁芯线圈(铁氧铁线圈)可以缩小线圈的体积，降低制作成本。但由于导磁体的介入，会引入由于磁饱和而造成的失真。同时也会由于扬声器单元磁场的影响，造成分频点的偏移。
在选择铁芯线圈时，铁芯自身的功率是一个关键。通过大量地实验证实，铁芯线圈功率只有达到或超过低音单元最大功率的50％以上时，才能以较低的失真正常工作。
铁芯线圈由于铁芯材料磁滞的影响，使得重播音色甜化，但瞬态特性也有所降低。
近年来的功率分频器，稍好一点的，基本上都采用空芯线圈。
空芯线圈以圆型漆包线绕制的成本最低。使用绞合线、六角线、带状线的成本会贵很多。目前已有不少品种的无氧铜漆包线，使用之后，重播音色会有所提高。
2.怎样选择分频电容
在分频器中，电容的可选择种类很多。从最普通的电解电容、无感电容、音频专用通心电容、涤纶、聚苯、聚丙电容应有尽有。但这些电容的价格也一种比一种高，有些个别名牌的电容，卖成了天价。
使用名牌的电容，固然有容值准确、性能稳定、重播音色好等优点。但对于中档左右的自制音箱来说，选择百元一只的电容，就有些成本偏高。
在选择分频电容时，低频通道可以选用精度高、质量好的电解电容反向串接，或在其两端并一只小型聚苯、聚丙电容见图3。这样做效果不错，价格又很经济。至于高频电容，由于容量小，价格相对比较低，适当选择好一些无妨。
对于高频衰减电阻的选择，主要是注意电阻本身的功率。用在大功率的音箱中，衰减电阻的功率相对也要大些；用在小功率的音箱中，电阻的功率也可以减小。否则就会造成大头小身子或小头大身子的不匹配现象。
总之，在选择分频器的元器件时，要目的明确，量体载衣，才是最经济、最合理的。
三、箱体加工
在音箱的制作过程中，音箱箱体的加工是至关重要的一环。
在箱体加工中，最重要的只有两点，一是箱体加工尺寸精度要高；二是箱体材料选择准确。
在制作音箱箱体的材料中，有高级原木；有高强度的多层板；有合成材料；也有有机玻璃和石材等。所谓的高级原木，不单单指木材本身的高档、名贵，最重要的是木材本身要经过多年的干燥和老化处理。只有这样，才能保证制作的箱体不开裂，不变形。
经过前人多年的实践，制作音箱箱体的材料，以足够厚度的多层板和高级原木的音色最好，但价格也最贵。有机玻璃箱体的整体感也不错；中密度板，是制作音箱箱体最实惠的材料。
在音箱箱体的加工中，有如下的几种方法:
1.折弯法见图4。此方法是在计算好的、贴有PVC面料的长条中密度板上开V形槽，然后弯折、胶合而成的音箱箱体。大批量的音箱生产多采用此法。
2.镶条加固法见图5。在自制音箱中，根据图纸将板料切好，然后在板料的接口处，加上涂胶的木条进行加固结合。这种方法适合手工制作音箱。
3.拼装法见图6。这是一种音箱制作的新工艺。在音箱板的四周，用精密加工机械开有45°＋90°的斜面和缺口。在手工制作的音箱箱体时，可以通过音箱板材90°缺口的自定位作用和45°的长斜面，只要在接口处涂上足够的胶粘剂，拼装后用绳子扎牢，待胶干后，即可得到加工精度高、坚固美观的音箱箱体。
待音箱箱体完成后，只要对箱体表面进行喷漆，贴木皮等装饰处理，就大功告成了。
四、自制音箱的装配调试
在自制音箱的总装调试时，有以下的几个问题需要注意:
一是分频器与扬声器单元的连线＋、－极千万不可接错。如果接错了，音箱的声音怎么也调不好。
二是在安装扬声器单元时，每只固定螺钉的松紧度要一致。否则音箱在工作时，容易产生意外的谐振。
三是倒相管的长度与箱内吸音材料的多少都要合适，否则对重播的音乐表现有影响。尤其是倒相管的长度，对音箱的测试频响的低端会产生直接的影响。
上述的几部分都要多次地、细心地调整才行。
自己动手制作音箱，是一个实践、长知识的过程。通过自己的辛勤劳动，即收获了音箱，又增长音箱制作方面的才干，还可以省下一部分购买成品音箱的钱改为它用，所以是一件多项收益的大好事。

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