音箱的分类、结构及重放特点

瓜田李下 · 发表于 2006-11-29 21:37:00

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音箱又称扬声器箱，它是将高、中、低音扬声器组装在专门设计的箱体内，并经过分频网络将高、中、低频信号分别送至相应的扬声器进行重放。
　　扬声器安装在音箱内后，可以利用音箱内部的声音的传播特性，扩展扬声器低频重放范围，使重放声产生较宏大的声场。
　　音箱按分频的方式分类主要有：单扬声器音箱；二分频音箱；三分频音箱；四分频音箱；多分频音箱；超低音音箱（低音炮）。
　　音箱按用途分类主要有：落地式音箱；书架式音箱；有源音箱；环绕音箱；监听音箱；影剧院用音箱；舞台用音箱等。
　　音箱按内部结构不同分类要有：密闭式、倒相式、迷宫式、前置号筒式、空纸盆式、对称驱动式、克尔顿式、哑铃式等等。
　　1、密闭式音箱
　　密闭式音箱在市场上品种很多，例如美国的AR系列音箱，就是最有代表性的一种，国外还往往把喇叭单元fo很低的密闭式音箱称作为“气垫式”音箱，小型密闭式音箱的主要适应条件是：应当选用振动膜直径不大、共振频率又很低、顺性很大的喇叭单体。

　　密闭式音箱是目前就使用最多的音箱之一。所谓密闭式音箱就是将扬声器按装在一个完全封闭的箱体中，它是用箱体将扬声器前后的声辐射隔开，以防止声短路。密闭式音箱内的空气对于扬声器来说好比是一个弹簧，从而改善了扬声器的低频响应。　　密闭式音箱的重放特点是低音深沉，低音的解析度较好。但是由于密闭箱内的空气对扬声器的运动同时也有一定的阻尼作用，因此对音箱的共振频率ｆ 0和品质因素Ｑｔ有一定的影响，如果箱体较大的话这种影响还较小，但在实际使用中一般主要在选择扬声器的ｆ0和Ｑｔ下功夫。另外，由于密闭式音箱只利用了扬声器的一面的声辐射，因此效率较低，一般比其它种类的音箱低3~ 5dB。

大漠 · 发表于 2016-10-10 14:34:15

小型密闭式音箱为了把气垫作用发挥得最好，扬声器振动膜的厚度往往都增加了很多，在这种条件下音箱的效率会相对下降一些，输出亦会降低，所以比起大多数倒相式音箱要难推动一些，这是密闭式音箱不足的地方。但密闭式音箱的长处是制作简单，便于大量生产和发烧友业余制作。从高保真的角度来看，密闭式音箱与其它类型音箱相比，失真最低，速度快，低音准确、深沉，控制力好，相位特性也是其它形式音箱所无法比拟的。用发烧的语言来形容：密闭式音箱重放的低频是真正正确的低音效果，而反射式音箱，由于要利用喇叭单元后面的辐身声，就一定要在箱体上开一个合适的倒相孔，这样一来，声音的辐射波要在音箱内经过180度倒相作用，再从倒相孔中辐射出来，以增加声音的辐射能量，表面看来，效率是提高了，但由于声波要在箱体内经过一段时间，才能从倒相孔释放出来，与正面声波相加，这就存在一个时间延时的问题，严格来说，反射出来的声波与正面的声波相比，在时间上是差了一段，当然到达耳朵的先后也不同，相位也有一定的差异，所以说是一种假低音的重放，但是由于人耳低频上的反应远不如中高频来得敏感，所以倒相式音箱的这些差距，在听感上、头脑中不会产生太大的影响，由于反射的效率高，还是受到人们的喜爱，在市场上占有极大的比重。

　　2、倒相式音箱
　　倒相式音箱又称低频反射式音箱，是目前使用较为广泛的一种音箱。倒相式音箱的理论是A.L.Thuras早在1932年提出来的，到了1952年，B.N.Locanthi提出了振膜与倒相孔的气体互相作用的计算方式，推动了倒相式音箱的发展，而真正让倒相式音箱得到成熟的实用设计，是1961年A.N.Tniele运用Novak确定的简化模型，较细致的发表了许多实际性的设计方法，而后来的R.H.Small对倒相式音箱的全方法设计也发表更有实际性意义的文章。在几十年的发展过程中，倒相式音箱渐渐的成熟起来。

　　它和密闭式音箱的区别在于在音箱的面板上按装了一个倒相管，当扬声器工作时，背后辐射出的声波经过倒相管后辐射到前方，与扬声器前面的声波相叠加，然后共同向前辐射，使低频效果增强。　　倒相式音箱的特点是：可以利用箱体和倒相管的共振，在扬声器的声压不变的情况下，扩展了低频，其低频可以扩展至扬声器共振频率的0.7倍。倒相式音箱和重放同一频率的密闭式音箱相比，体积比密闭式音箱小70％，因此对功率放大器输出功率的要求比密闭式音箱低。倒相管可以减小低频下限频率附近的扬声器的振幅失真，但是倒相式音箱的瞬态特性较密闭式音箱差。

　　设计良好的倒相式音箱，能够在声音音量不下降的情况下，进一步扩展低频平衡重放时的下限频率。我们知道，喇叭单元都有一个基本的共振点频率，在这一频率上，输出的声音将最大，同时失真也最大，如不加以控制，势必造成声箱低频带重放的不均匀度加大，平衡变坏，失真急剧增加。而制作合理的一个倒相式音箱，应能将喇叭基本谐振峰压低，使其变为左右分开的两个小峰，且两个小峰的大小相等，这样向低端扩展的小峰，也会使音箱的频响进一步向低扩展。显然，基本揩振峰压低后，失真也明显减少了，这是因为喇叭在这点上的振辐呈反共振状态，在该频率附近，振动的辐度变小所至。　　要想利用倒相式音箱的这些优点，设计者必须要清楚的了解所选用的精心设计才能得到理想的重放效果，并不是随便开一个倒相孔就能成功。倒相式音箱对单元的Qo也有严格的要求，不取特定的Qo值就不能充分发挥出倒相式音箱的长处，同时调整的手续也比较复杂。

　　倒相式音箱虽然有效率高，低频特性好及体积小等优点，但也有不足的一面。主要在于设计制作调整难度较大，例如倒相孔不能只为了效率而开得太大，否则会形成峰值，同时倒相孔的长度也会对低频有较大的影响，设计不好容易产生低音太过沉重或速度变慢的问题，也可能会有气流声太响等问题。与密闭式音箱比较，倒相式音箱在低频段的瞬态特性较差，声音的表现有些混浊，由于倒相式音箱要利用喇叭背面的声波要在箱体内经过一段时间才反射出来，所以相位并不是十分准确的，同时反射出来的声波在速度上肯定比喇叭正面的直达声慢了一步，所以说倒相箱发出来的是一种“假”低频，没有密闭式音箱来的准确。
　
　　3、空纸盆音箱
　　空纸盆音箱又称无源辐射音箱、牵动纸盆音箱。它是在倒相式音箱的基础上发展起来的放音系统，它是由一个扬声器和空纸盆组成，空纸盆代替了倒相式音箱的倒相管的位置。空纸盆音箱的工作原理是利用了扬声器纸盆振动后箱内空气的弹簧作用使空纸盆振动，与扬声器形成的共振，基本工作原理和倒相式音箱相似。

　　倒相式音箱在工作时空气会不断地从倒相管中排出和吸进，而空纸盆音箱在扬声器工作时，空纸盆会顺应箱体内空气的变化而进行前后移动，箱体内的空气并不泄漏出去，因此空纸盆音箱的灵敏度较高。同时空纸盆音箱不象倒相式音箱那样由于空气大量地进出容易产生共振而出现驻波。在较低频段工作时空纸盆音箱接近于密闭音箱的工作状态，因而可以有效地减小扬声器的振动幅度。

　　目前，在进口的音箱中有部分是采用空纸盆音箱的，如美国的“ＪＢＬ”音箱。

　　4、对称式音箱
　　对称式音箱是密闭式音箱由于各种原因而不能做到小型化时而采用的一种加强音箱对空气的振动力度的音箱，它是将两只扬声器重叠安装在一起，当音频信号输入时，两个扬声器进行同相振动，因此重放时对空气的振动力度增强，其低频效果和较大容积的音箱的重放效果一样。在实际的重放试听中，感觉重放声的声像定位略差。

　　5、迷宫式音箱
　　迷宫式音箱顾名思义是其内部的结构较为复杂，好似迷宫一样。迷宫式音箱音箱是在喇叭单元的振动膜后面，制作了一条矩形截面的折叠反射管道，而同周围的介质相耦合，放声管道的截面积一般等于喇叭单元振膜的有效面积。这种结构形式的音箱与传统的密闭式音箱及倒相式音箱在设计时完全不同，这类音箱的设计要点主要有两个原则：一是要求迷宫式音箱在工作时应该有效的控制喇叭单元的基本共振频率fo；二是要求迷宫系统的放声管道能提升所设计的低频下限频率与能量。

　　迷宫式音箱实际上是把喇叭单元反面的声波经过一条长长的管道反射出来，而放声管道的长度是迷宫式音箱的设计焦点。设计合理的迷宫式音箱，在扬声器单元工作时，辐射出的声波如与喇叭单元前面的声波相位相反，迷宫内的放音管道应该起抑制作用。当辐射出的声波与喇叭单元前面的声波相位一致时，迷宫式音箱的放音管道要起提升的作用，这是迷宫式音箱的主要出发点，如果设声管的长度为辐射声频率的1/2波长，则相位便会移动，等于180度，这时，迷宫式音箱放声管道的末端开口处所释放出的声波，就会与喇叭单元前面的发声处在同一相位，同样道理，如果设声管的长度为1/4波长，上式同样成立，且能缩短声管的长度，一般取偶数值，是设计迷宫箱的正确做法。如果取共振频率fo的3/4波长，或是其倍频的3/4波长时，输出的辐射就会降低，这是因为声管出口处的辐射波与喇叭单元后面的声波呈反相位关系所致。

　　迷宫式音箱虽然重放效果很好，但结构比较复杂，限制了它大量的发展。设计这种音箱要注意减少放音声管内的高频谐波振荡频率对迷宫系统所产生的频响特性不良的影响，因此应在声管内敷以吸音材料，并力求让音箱的各部位结构牢固可靠，避免内部管道的漏气现象产生。还要求放声管道的各部位截面积，不得小于所使用扬声器单体本身振动膜有效面积。

　　现在市场上可以见到的迷宫式音箱有英国产的TDL系列产品，是该厂的创始人John Wright设计开发的。John Wright认为倒相式音箱虽然在一定程度上提升了低频的辐射能量，但不能使低频下潜得很深。而传输线式（迷宫）音箱却可以做到这一点，我们知道，如果要听到20Hz的低频声音，房间的长度要达到17米左右，就算是1/2波长最少也要8米，一般家庭很少有这样的听音环境，用迷宫式音箱来产生这样的长度就能实现这样的感觉。

6、克尔顿音箱
　　克尔顿音箱是由美国人发明的，它是将一只低音扬声器按装于箱体内，低频声音的传输经过了若干个小孔，相当于给低频部分加装了一个带通滤器。这种音箱的工作频段选择在面板上按装的扬声器的低频下限频率处，能够进一步展宽低频重放效果。目前，这种地箱使用还较少。

　　7、哑铃式音箱
　　传统的三分频音箱的扬声器按装时由上至下分别为高音扬声器、中音扬声器和低音扬声器，因而出现各种频率的音源的重放声高度不一致现象，当欣赏者靠近音箱时会产生一种各种音源频率的分离感，哑铃式音箱则较好地解决了上述问题。它采用了二分频完全对称的形式，两只低音单元扬声器的型号一样，采用并联或串联接法，重放时两只低音单元的振幅及相位完全一样。在两只低音单元的中间按装了一只高音扬声器，这样在重放时所产生的的声源位置定位于两只低音单元的对称点上，即高音扬声器的位置。

　　哑铃式音箱在大动态信号工作时非线性失真较小，由于低音单元采用并联或串联接法，因此在一定的输入功率时，与普通的音箱相比，扬声器的振幅只有普通音箱扬声器的1／2，所以它可以承受较大的输入功率，同时哑铃式箱的重放声的低频力度感较好。

　　8、数字式音箱
　　数字式音箱是目前较为少见的一种音箱，它由音箱和数字控制部分组成。音箱中的中、高音扬声器采用同轴式扬声器，从而消除了中、高音之间相位干扰。低音扬声器则采用两只口径较大的扬声器，可产生动感十足的低音。

　　数字控制部分是数字式音箱的核心，它采用精度较高的数／模转换器将数字信号转换为模拟信号，并且能够由内部的CPU通过对听音环境的检测，对音频进行自动进行修正，弥补了听音环境所造成的缺陷，同时数字控制部分还装有DSP声场处理系统，使欣赏者很方便地选择各种环境的现场效果，使重放声达到了完美的境界，数字式音箱的频率响应较宽，可达18~H z~ 30k Hz。目前，只有德国CANTON公司推出了世界上第一对数字式音箱“CANTON－1”。

　　9、有源音箱
　　一般与放大器配套使用的称之为无源音箱，但在较小的听音环境或须经常移动的场合，无源音箱的使用就显得不大方便了，于是便出现了有源音箱。所谓有源音箱是将功率放大电路安装在音箱的内部，连为一体，只要将音源的信号送入，即可重放出优美的音乐。

　　有源音箱的内部功率放大电路一般都采用了大规模集成电路，如TDA2030、TDA1521等，并采用了小口径、大功率的高保真扬声器，具有重放声保真度高、音质较好的特点，因此受到一部分发烧友的喜爱。有源音箱比较适合作为“随身听”、小型ＣＤ唱机的播放系统，在多媒体电脑中也用它作为播放系统使用。有源音箱大都采用了密闭式或倒相式设计方式。
　
　　10、“BOSE”公司的“音响气团流”音箱
　　所谓音箱的“音响气团流（Acoustimass ）”技术是美国“BOSE”公司独创的。普通的音箱的扬声器是按装的面板上的，由纸盆推动空气发声，因此声音的辐射有一定的方向性，特别是在小音量重放时，低音较差。采用音响气流团技术的音箱是将扬声器按装在音箱的中间部位，使一个音箱分割为两个箱体，当扬声器的振膜作运动时，同时推动上下两个箱体内的空气作振动，按装于箱体中的两个导管就象两个活塞推动气流向外发射，形成气流团，这样使声音的辐射无方向性，较适合听音环境较差的场合使用。

　　音响气流团式音箱重放低音强劲有力，音色纯净，特别是在小音量重放时，低音仍然较好。

　　11、号角式音箱
　　号角式音箱是一种高转换效率的音箱。一般人耳所能感受到的声音强度最低可听到一分贝的声压级，最高能达到120分贝的声压级，中间的差别有100万倍的变化。从最低到最高的声音信号，通过喇叭放送的线性比叫“动态范围”，喇叭的动态范围与其自身的结构及音箱的形式有不同的反映，喇叭在工作中当振盆的振动幅度达到最大时，就会超过振幅与外力成线性工作的关系范围，从而导致喇叭的失真加剧，如果继续增加输入到喇叭的信号，就会使音圈冲出了磁缝隙以外，并伴有拍边打底的现象出现。口径越小的喇叭在低频的重放下这种情况越严重。转换效率高的喇叭动态范围宽。转换效率低的喇叭因自身的结构，大都机械损耗大，部分能量都以热效能损耗掉了，当然喇叭的动态范围也得小了。动态范围小的喇叭对放送微弱的细节的音乐，其分辨率很差，对大动态的交响乐也无法正确的表达。

　　有时不管我们对音箱的频响指标等做很大的完善，而听感上对音质的要求还是没有明显的提高，但稍微增加一点音箱的动态范围却有十分显著的改善效果，增加了现场还原的真实感，使人为之振奋。由此可见音箱的动态范围是一个对音质起很大作用的指标，要给予充分的重视。

　　号角式音箱是一种典型的高效率大动态音箱系统，我们知道当大声喊话时，如用双手成号角状放在嘴边会明显的提高声压级，使音量增大，且传播的距离更远，这证明了号角系统能提高喇叭的还原效率。制成合理的号角式音箱，在放送音乐的过程中，音乐的细节分辨率及微弱信号的再现都能充分的体现在我们的面前，且有明显的真实感和定位感。立体声效果十分显著，不管对强信号与弱信号的线性对比，都具有庞大的动态范围，号角音箱的失真之小，也是其它类型音箱所不能比拟的，因为在同样的声压级内，号角音箱所需的驱动功率比其它类型的音箱要小得多，它可以在微小的振动下发挥出很大的声音能量来，喇叭的音圈移动很小。使喇叭保持在活塞的振动区域内，因此失真极小，是高质量音响系统的姣姣者。

　　世界上号角音箱知名度比较高的有美国的“杰士”号角音箱，年代也很悠久，最近投入市场比较不错的有GF系列及KFL系列，不过严格说来，这两个系列的产品只能算混血式号角音箱，因它们的低音还是传统的倒相式结构，只有中高音才是号角的形式。

　　号角式音箱之所以品种较少，主要是产品的设计十分复杂，不管是圆锥状号角，还是指数型或双曲张号角，其变化的展开尺寸要求都比较精确，如有误差就会出现很大的峰谷，使频率响应变差。对折叠后号角低音系统也要严格设计制作，如背腔体积的容量、滤波器设计不当，就会破坏了号角系统的优点，使性能变差，在制作上，因内部有很多隔板，它们要以不同的形状安放，所以必须精心设计，严格按要求处理，稍有马虎即可产生共振，内部的隔板间必须密封良好。如有缝隙，号角系统就会遭到破坏，使功能失掉。这是因为号角的声短路效应所引致的。背号角折叠式音箱的内部有很强的声压级，一定要重视各壁板的强度，否则极易产生振动，导致声染色，并降低号角的效率。所使用的喇叭单元振动系统的机械强度要好、重量要轻、Qo值也必须小，才能保证整体的设计要求。

　　高效率号角式音箱虽然音响效果好过一般的密闭式音箱和倒相式音箱，但也有它的不足之处，最大的问题就是造价太高，而且频响特性曲线也不容易作得十分平坦，而阿理金号角系列却可以在标称的频响范围内做到正负2分贝的平直曲线，从根本上保证高效率高保真的重放效果，用一般小功率放大器及胆机就可得到激动人心的震撼效果，特别适合与300B、2A3这类迷人的放大器相搭配。

　　12、超低音音箱
　　随着家庭影院系统的普及，超低音音箱也越来越受人们的重视和大量的应用。其实不但在AV系应用超低音音箱，就是在普及高保真双声道行列里，也开始受到了发烧友们的重视和应用，如著名的LS3/5A，国外就有专门为它设计制作的一款超低音音箱。运用得好，它确实可以增加Hi-Fi系统整体的气氛，起到“画龙点睛”的效果。

　　目前，常见的超低音音箱有两大类：一种是带有放大器相位调整的有源式超低音音箱，它除了可以接受来自前级的低频信号外，也可以从功放级直接输入，并可方便地调整分频点，所以是市场上主流。另一种是需要单独配置放大器来推动的超低音音箱，也称无源式超低音音箱，它可以根据爱好者的品味自行搭配风格不同的放大系统。

大漠 · 发表于 2016-10-10 14:37:37

超低音音箱可以做成密闭式，也可做成倒相式或其它类型的，现在在市面上见到的大多是这几种产品。而国外用于超低音使用的ASW音箱，由于特殊的箱体设计即使不采用分频电路，也可方便地滤除200Hz以上的成份，这种音箱的低音喇叭单元是装在密闭式的箱体内，喇叭正面的发声经过类似于倒相式音箱的形式释放出来，由于箱体内放有大量的吸收中高频成份的材料，加之箱体内声路的长度与波长之间的关系，因此从放声孔释放出来的只有低频段的成份，实际上ASW音箱的喇叭单体，它并非象普通音箱一样发声是向周围直接辐射的，它只是用以在共振频率上激励倒相式音箱内的空气体积，因为倒相式音箱本身具有的特性，使之通过倒相孔所辐射出来的，低频成份失真最小。

　　而美国BOSE（博士）公司所推出的“加侬炮”超低音音箱，是另一种高效率式设计，它本身也有滤除中高频成份的功能，它的原理是基于声波管共振的理论，在喇叭单体的前后由不同长度的声波管道所组成。而前后的每段发声管道都可以把它视为是一端闭塞的管道。　　当n=1/4λ0 的奇数时产生共振，即n=1、3、5……时，声波管道起抑制作用，也就是说在声管的开口处与喇叭单元后面的声波呈反相位关系，这时对喇叭单元自身的共振频率fo来说，所辐射出的声音效率最低，而对于我们需要提升部分的低频来讲，如1/2λ0 的整数倍频率共振时，放音管道对低频起提升作用，此时管道的开口处与喇叭单元背面呈同相位关系，因而所辐射出的低频能量也最高。

　　这种声波管的工作特点在于对喇叭本身的共振频率fo起到抑制作用，能有效地减少失真，并使低频的下潜能力加强。对于所需要的低频范围起提升作用，它具有特性曲线平坦，效率高等优点，只要声管内的喇叭单元做少量的振动，就能获得较大能量的声波输出。

　　这种“加侬炮”超低音音箱，效果虽然很好，但要想发出20Hz的频率，放音管道的长度就很长，因此，体积都十分庞大，比较适合影剧院等大场合应用。

　　对于家庭内使用，为了减少体积，可以象迷宫式音箱一样把声管折叠起来制作，与迷宫箱不同的是：超低音喇叭单元的发声是通过前后长短不一的两个折叠管道释放出来的。

　　在设计制作超低音音箱时，需要注意几点：首先一定要使声波管内的截面积不可小于所应用的喇叭单元锥盆的有效面积，其次是要在完工的声波管内壁贴吸声材料，以吸收不必要的中高频频率。　　超低音音箱在工作的频率范围内，管道内的振幅极大，如音箱的刚性欠佳，极易产生杂波输出，使低频混浊不清，且对功率亦会产生损耗，有鉴于此，提议制作时要选择密度高、质量重、不易振动、有一定厚度及强度的材料来打造，并注意采用加强措施。

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