浅谈扬声器与音箱配合设计

　裸听时，由于声短路、干涉和辐射方向问题，无法重现音源的声音和声场，故必须使用助听装置来完成重放过程。裸听一障板一音箱的发展历程，产生了无数种不同的助听装置。但其主要功能和原理还得从扬声器和音箱的配合设计谈起。

　设想在一个吸音良好的大房间里，扬声器挂在整个房子的正中央，让扬声器均匀地向所有方向辐射25的信号，此时辐射波构成一个球状。如果把扬声器降到地板上，辐射波就变成半球状。碰到地面的信号会向上反射，音量实际上几乎加倍。如果再把扬声器沿地板挪到后墙的位置，功率会随反射而再次增加。此时扬声器的辐射波呈四分之一的球状。如果再次将扬声器挪至墙角处，辐射波将集中于八分之一的球状内，功率又一次加倍。八倍于第一个位置的功率。以上只是设想，但是如果用助听装置，充分利用扬声器背面的辐射波，以及助听装置在房间的位置。  

　可以肯定地说，将大大增加扬声器的辐射功率。

　辅助助听装置有障板、音箱、号筒，这里着重介绍音箱。

　1.无后盖音箱早年的收音机和现在的电视机常常使用无后盖音箱，实际上它就是一个折叠式的障板，可以将重放的频段向下延伸。缺点是在某一个起着共振管的作用。而这个共振频率又在音频范围内。接近这个共振频率的声音都可以对音箱起振激作用，诱使音箱共振严重影响正常的听音。

　2.密闭式音箱理想的无限大障板。似乎这种音箱可以想做多小就做多小，只要能将扬声器放进去就行了。

　其根据就是前后左右都没有干涉存在。事实并非如此。音箱一旦如右图那样被封闭得严严实实，它里面的空气就不能够像无后盖音箱那样自由地运动。而纸盆的运动在音箱里只造成了压力的改变，而不再是压力和速度的结合。

　这就是说音箱内空气的弹性或者说顺量变成了重要的因素。顺量就是声，它与纸盆支撑顺量合在一起，使得整个系统的共振频率高于扬声器本身的共振频率，可以从左图的等效图中看出。纸盆的质量（效应）这三者实际上是串联在一起的。音箱越小。

　其模拟的声容抗就越小。与扬声器串联共振电路的那个容抗CE就要小些，因而整体的共振频率就升高。

　不利于重放低频。

　密闭式音箱的特点是既没有空气流入、又没有空气流出。只有顺量的效应（容抗效应）。所以这种音箱没有自身音箱的共振条件。且自身不会发生共振现象。

　还有就是密闭音箱的顺量是随体积的增加而加大的。如果音箱的体积足够大，空气顺量的等效容量远大于扬声器支撑顺量的等效容量，则音箱使扬声器共振频率提高的量小得可以忽略不计。另外一方面这种音箱的唯一作用只是提高共振频率。例如：着名的“英国BBC”LS 3／5A音箱就是密闭音箱设计的经典之作，为广大烧友们崇拜而仿制。但绝大部分均得不到其效果，这是为什么呢？主要是比较特殊的扬声器制造和音箱的配合设计。它们用的扬声器共振频率特别低。

　再配合较小的密闭箱，此时系统的共振频率虽然比扬声器的共振频率提高了一些。但实际播音时仍然可以保持较低的共振频率，而取得良好的播音效果，关键就是扬声器的制造比较特殊。

　密闭音箱不会出现声路干涉，故可以直呼为“无限大障板”。

　读者应该理解其并不能和“无限大障板”等效，除非该箱很大。则又另当别论。实际情况是，当频率提高到共振频率时，系统还会出现一连串的副共振点。如果这些副共振点没有得到克服，特性曲线就会呈现明显的凹凸不平。另外，扬声器纸盆往后辐射的声波在音箱的内壁之间来回反射。

　也会影响纸盆的振动，这些反射到纸盆上的声波在上的差别也会引起某种不规则的响应，克服的方法是在音箱内壁贴上一些吸声材料，这些吸音材料起着声阻的作用，以降低音箱在高频段的Q值，使响应特性曲线趋于平滑。还有就是在箱内安装一种带有滤声网的障板，它起着两级滤声器的作用，把音箱和空气的共振全部滤掉。

　音箱的顺量随扬声器纸盆尺寸的增加而增加，因此纸盆越大。由于音箱而造成的扬声器共振频率增加的百分数也越大。口径大的扬声器比口径小的扬声器共振频率要低许多，顺量的增加就退居次要地位。因而使用大口径扬声器的系统。共振频率还是要低一些。实际应用时。由于音箱而造成的共振频率增加量。不得超过扬声器共振频率的20％。

  　　许多密闭式音箱的制作特色。就是后壁采用散射结构，以减弱音箱内的反射。特别是在高频时这种反射比较严重。实际制作时可采用双面双板结构，或者是将许多小平面以不同的角度组装起来合成多边形，还有的将后壁整个做成半球状，从而将反射波分散到无数个不同的方向。以减少反射波对纸盆的影响。典型的就是“铜鼓”状的音箱，扬声器就安装在鼓膜这个平面上。英国的“天朗”音箱就常采用此种结构。

　3.倒相式音箱
　　
　　其最重要的特点就是纸盆背面的辐射对于正面的辐射不起抵消作用，相反起着加强作用。

　如设计得当，把纸盆背面辐射的低频分量之柞位翻转180度，叠加到正面辐射的声分量上。因此才称它为倒相式音箱。

　它与封闭式音箱差别就是在扬声器下方适当的位置上开着一个声口。在纸盆前后运动时，气流可以通过这个出声口流出或者流进音箱。

　开了出声口之后，音箱对扬声器所呈现的又多了一个声感抗，音频气流通过出声口时伴随有摩擦力，这就是所谓的声阻效应。如匿所示的等效电路出声口的惯量（声感抗）、声阳以及音箱的顺量，这三者构成并联共振电路。而扬声器纸盆的质量，支承的顺量，以及扬声器的等效三者则构成串联共振电路。这两个共振电路再串联起来。由于音箱是并联共振，扬声器是串联共振，因而这两个共振可以互相补偿。

　根据这个原理，最流行的一种设计方法是让音箱正好共振于扬声器的共振频率。当然有些发烧友宁愿让音箱的共振频率低于扬声器的共振频率，这样虽然不能完全补偿扬声器的共振频率，但是总的却可以向更低的频率扩展。

　我们应该注意的是，即使我们让音箱正好共振于扬声器的共振频率。如果两个共振系统的Q值不等，频响曲线中由于扬声器共振而造成的那个响应峰也不会被削平。为了使两个Q值基本相等。可以给音箱增加声阻加重音箱的声负载，一直到频响曲线基本平滑为止。产生声阻的办法有很多方式：在音箱内壁敷设口及声材料。或者在声口处敷上一层网布或网状物。笔者根据实践，在音箱内加上一至：二块防驻波板，有很好的效果。具体安放位置在扬声器与声口之间，可以多做几张板在上面开不同大小的孔以及不同位置的孔，然后逐张放入音箱内试听效果。选择其中一张或两张，如果用两张防驻波板其开孔位置一是要错开，不能上下板孔对齐，多做几次实践一定有收获（注意：多个孔的有效面积加在一起，不能小于箱体横断面积的二分之一）。

　另外，为了减小音箱的体积，会产生扬声器与声口之间距离缩小的矛盾。这很容易带来某些较高音频的声短路。为了保持扬声器与出声口之间的直达通路有一定的长度。在出声口的后面加上一截出声管来进行调整。从而可以缩小整个音箱的容积。但这个办法减小音箱容积是有限度的，因为出声口加大后，音箱的有效容积（不包括出声管的容积）也跟着缩小。另外，出声管的另外一端也不得太靠近音箱后壁。它们之间的距离不应小于共振频率相应波长的十分之一。

　音箱的共率由赫伦霍茨共振方程决定：

　式中f为音箱的共振频率。单位为赫。A为出声口面积，单位为平方英寸。V为音箱的容积，单位为立方英寸。

　由于扬声器有差异，音箱结构也有容差，因此，即使是精心设计，音箱和扬声器的共振频率实际上很难做到相同，但是我们可以设法改变出声口的面积，用以调整音箱的共振频率。使之与扬声器的共振频率相匹配，具体作法是用一个输出相当稳定的音频信号发生器。输出频率从20赫开始逐步升高。当升到扬声器的共振频率时，纸盆的振动大大增加达到最大值时，用此固定频率播放。然后调整声口面积。一直到纸盆振动变得最小。此时，扬声器的共振被音箱的反共振所减弱。

　为了防止整个曲线在某些频率处出现下凹口。可以将出声口分成几个小出声口，但几个小出声口的面积之和应等于整个出声口的面积，并把小出声口安排在不同的位置。从而补偿某些频率处出现的下凹口。具体位置要根据需要补偿的频率的波长来定。其对应的波长正好等于干涉通路的长度。