家庭影院的音箱設備設計

向榮華

惠州三星電子有限公司 廣東惠州 516229

家庭影院的音箱設備設計

向榮華

惠州三星電子有限公司 廣東惠州 516229

文章以音箱設備的實際設計經驗為基礎，探討了音箱設計過程中涉及的揚聲器的選用、電聲學設計、音箱形狀設計、音箱材料的選擇，指出了設計過程中應該注意的問題，以此希望能夠給予同行業人員有意義的參考。

音箱設備；設計；揚聲器；外觀；材質

音響設備是家庭影院系統中的一個重要組成部分，其性能的好壞直接影響著整套器材的播放效果。每個音響愛好者都希望擁有一套高質量的音響系統，如何才能使設計加工出來的音響設備，具有具有優異的音質效果，滿足消費者的聽覺及視覺要求，為企業謀取經濟效益，是我們音響設備設計人員所應該重點分析和研究的課題。

1、音箱的設計原則

在設計音箱設備時，應使音箱的外形結構年輕化、個性化、時尚化，并要遵循以下基本要求：1）設計注重造型的整體化；2）要具有外觀簡單時尚，并具有強烈的視覺吸引力；3）攜帶方便并具有一定的防震抗沖擊能力；4）方便操作、容易上手和學習；5）結構合理、品質過硬；6）娛樂休閑功能方便快捷；7）音響的的QB值應介于0.7～1.22，以此確保充沛的低音和均衡的頻響。

2、音箱的設計方法

音箱的設計方法包括揚聲器的選擇測試、確定設計目標、音箱的電聲設計、箱體的聲學設計與外觀設計，直至最后繪制圖紙等幾部分內容。

2.1 揚聲器的選用

封閉式音箱的揚聲器設計，應考察其諧振頻率f0與Qts的比值，其值應介于40～80。例如：當揚聲器的諧振頻率f0為20～50Hz、Qts為0.4～0.6時，設計制作的封閉箱質量較高。揚聲器的頻容系數ε0要盡可能的小一些，否則，體積較大音箱的低頻會潛不下去，與整體不稱。另外，初步選定的揚聲器，可參考生產廠家提供的性能參數，但不可完全相信廠標參數，一定要對揚聲器進行充分的老化后，通過測試得到其實際參數。

2.2 音箱的電聲學設計

音箱的電聲設計主要是箱體容積設計，對于給定的揚聲器，當確定箱體容積后，該箱的低頻段性能基本上就確定了。音箱的頻響主要由fB與QB決定，而fB與QB則取決于揚聲器參數和箱體容積。fB值由公式確定，α為順性比，其值為揚聲器的等效容積與箱體容積的比值；QB值由公式確定。最終箱體容積VB的確定，要由公式得出，公式中；得出封閉箱的諧振頻率。

2.3 音箱形狀的聲學設計

音箱的形狀大都是長方體，當箱體某一方向的尺寸，是聲波波長1/2的整數倍時，就會在這個頻率產生駐波。如果在某一頻率或某一頻段，有多個駐波頻率相等或相近，就會影響頻響均衡并造成“音染”。因此，音箱形狀的聲學設計，就是合理選擇音箱外形的高、寬、深尺寸，避免或減少駐波產生的影響。另外，音箱的外形尺寸設計，首先要保證面板的寬度足以安裝口徑最大的揚聲器，高度足以安裝全部揚聲器，同時面板要盡可能的窄，以利于聲音的擴散。

2.4 面板布置

為了保證音箱的立體聲放音效果，面板的布置應采取鏡像對稱的方式設計，高音揚聲器在上部偏向一側，低音揚聲器在下部垂直對稱位置，面板重心大致位于面板中心附近，整體構圖比較和諧悅目。

2.5 外觀設計

音箱不是普通的用品，它還具有很強的裝飾作用，成功的外觀設計必須是科學性與藝術性的結合體。箱體外形與裝飾要給人以美的感受，目前較流行的是修長體形的音箱外觀。

外觀最重要的是面板，除美觀外，面板布置應注意兩點：1）高音揚聲器的位置設計，應大致與聽音人的耳朵高度齊平；2）為了追求點聲源的效果，揚聲器之間應相互靠近且不得過于分散。

2.6 音箱材料的選擇

由于板材的剛度與材料的彈性模量成正比、與板厚度的三次方成正比，所以，音箱材料要選擇堅實厚重的板材，同時要具有較大的剛性和隔聲性能，盡量降低聲泄漏。揚聲器紙盆的振動，會在封閉箱內產生很大的交變壓力，如果箱板隨之振動，則會產生反相聲波，形成聲短路，同時造成“音染”，嚴重影響聽音效果?？紤]到加工的方便，目前制作音箱采用最多的材料是中或高密度板，其次是多層膠合板，箱板的厚度至少在10mm以上，有些用到25mm或者更大的厚度。若采用石材如：花崗石、大理石等制作箱體。因為，石材不僅剛度大、密度高，而且無機材料自身的固有頻率特性，可以完全消除箱板的振動。

3、設計過程中應注意的問題

3.1 揚聲器的配對

國產揚聲器性能參數的一致性相對較差，為了保證一對音箱的各項性能統一，必須在進行揚聲器的老化測試后，再根據其主要參數做配對選用。當一對揚聲器的參數值無法達到完全一致時，只要其差值低于10%，則取其兩者的參數平均值為設計依據，以此降低音箱的設計誤差。

3.2 合理選擇QB值

音箱的設計標準一定要合理，且要綜合考慮揚聲器本身的性能、頻響以及音箱的體積等幾個要素。例如：頻響越平直則音箱的體積越大、小型音箱的低頻下限不可過低、高Qts值的揚聲器(≥0.7)，無法做出頻響完全平直的封閉箱等等。優秀的設計，就是要最圓滿地解決諸多影響音質效果的不利因素，這需要經過反復多次的設計、比較、分析和修改，才能最終得到各方面均比較滿意的設計結果。

3.3 凈容積、占容和毛容積的計算

在設計箱體時，其設計體積應采用毛容積，即：凈容積+占容=毛容積。占容包括揚聲器與分頻器的體積，以及箱內的加固材料等。很多音箱設備設計者，將占容按照凈容積的5%或10%計算，這樣做往往偏差較大，例如：同樣是6.5英寸的揚聲器，可以制作出10L左右的小書架箱，也可以制作出40L左右的落地箱，按照同樣比例計算占容會相差幾倍甚至更高。因此，為了增加設計精度，占容應為物體的實測估算體積值的總和。

3.4 合理填充吸音材料

封閉式音箱內，必須要填充吸音材料。一方面是為了消耗箱內聲波的能量，另一方面可以減小駐波的影響，并起到增大容積的作用。通過實踐證明，填充的吸音材料最高可以增加40%的容積。所以，設計時應適當考慮這方面的影響。常用的吸音材料是礦渣棉、毛氈、棉氈、泡沫塑料等，但最為理想的吸音材料是玻璃棉。

4、結束語

影響一款音箱性能的因素有很多，在設計過程中，不僅要考慮上訴幾個最重要的影響因素，還要對更多的次要影響因素進行分析。作為一名音箱設計的設計師，應以先進的產品設計理念和豐富的國際優良產品開發的成功經驗為基礎，以產品質量為生命，追求均衡平直的設計目標，控制產品的質量關，注重塑造品牌形象，使我國音箱設備產業，真正的取信于廣大國內外消費者，進而走向世界。

[1]張琪.優質之聲 設計于先.微型計算機[J].2008(5).

[2]朱威,周龍.新型多功能藍牙音箱設計.武漢輕工大學學報[J].2014(6).

向榮華（1980年5月）男，漢族，大學本科，從事音響產品機構開發工作。