常見的音箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用

2024年1月4日發(fā)(作者：標(biāo)致官網(wǎng))

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常見音箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用

1、音箱設(shè)計(jì)流程

產(chǎn)品規(guī)劃與造型設(shè)計(jì)：確認(rèn)音箱用途、定位、使用場景與方式、外形大小等——聲學(xué)設(shè)計(jì)：音箱總體方案設(shè)計(jì)、揚(yáng)聲器選型、音質(zhì)效果評估——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：音箱的箱體設(shè)計(jì)、揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——開模具——樣機(jī)：音箱性能測試與評價、音箱性能優(yōu)化與改進(jìn)——音箱系統(tǒng)音質(zhì)調(diào)試

2、音箱的分類及簡要特性

音箱又稱揚(yáng)聲器系統(tǒng)，是將揚(yáng)聲器裝到專門設(shè)計(jì)的箱體內(nèi)，并用分頻網(wǎng)絡(luò)把輸入信號分頻以后分別送給相應(yīng)的揚(yáng)聲器的一種系統(tǒng)。因此，音箱由揚(yáng)聲器、分頻網(wǎng)絡(luò)、揚(yáng)聲器箱共同組成。

音箱按伴音模式分為：單聲道、立體聲（2.0系統(tǒng)）、2.1聲道系統(tǒng)、3.0/3.1聲道系統(tǒng)、家庭影院（5.1、7.1等環(huán)繞聲）系統(tǒng)；

按產(chǎn)品形態(tài)可以分為：有源音箱、無源音箱；

按用途分為：書架式、落地式、監(jiān)聽式、電影立體聲、大功率擴(kuò)聲、有線廣播、防水、迷你型、返送式、帶角架型、對講型、拐角式、球型無指向式、高音半固定式、調(diào)相式等音箱。

按揚(yáng)聲器箱分為：

封閉箱：固定式、書架式；

倒相式：倒相管式、阻尼倒相式、分布倒相式、R-J式、卡魯遜式、曲徑式、精彩文檔

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后加載號筒式、折疊號筒式、空紙盆式

號筒障板式、前加載號筒式

利用反射的揚(yáng)聲器箱：角隅式、JBL式

指向性的揚(yáng)聲器箱：無指向性障板、球形箱、聲柱；

最為普及的是封閉式聲箱和倒相式聲箱。封閉式聲箱是為了達(dá)到隔離揚(yáng)聲器后面聲波的目的，而將揚(yáng)聲器的后面完全封閉起來的聲箱；倒相式聲箱是將揚(yáng)聲器后面所發(fā)聲波加以充分利用的一種聲箱。

揚(yáng)聲器中使用最廣泛的是電動式紙盆揚(yáng)聲器，由于其振膜面積可以做得比較大，能夠得到比較大的振幅，所以具有低聲頻重放下限頻率低的特點(diǎn)，同時結(jié)構(gòu)簡單、成本低，多年以來都是揚(yáng)聲器生產(chǎn)中的主流。

3、音箱設(shè)計(jì)的總體技術(shù)要求（倒相箱）

3.1 音箱發(fā)聲的指向性

聲波在傳播中會產(chǎn)生反射, 繞射和干涉等現(xiàn)象, 并具有一定的傳播規(guī)律。揚(yáng)聲器輻射聲波的波長隨頻率的增加而變短。當(dāng)聲波的波長與揚(yáng)聲器的幾何尺寸可比擬時，由于聲波的繞射特性及干涉特性，揚(yáng)聲器輻射的聲波將出現(xiàn)明顯的指向性。揚(yáng)聲器的指向性是表征揚(yáng)聲器在不同方向上輻射聲波的能力，且與頻率有關(guān)，高頻聲音具有較強(qiáng)的指向性，低頻聲指向性相對較弱。

超重低音、重低音音箱，揚(yáng)聲器的發(fā)聲方向無限制，音箱可以放置于聽音區(qū)的任何位置。

全頻、中高頻、高頻音箱，揚(yáng)聲器的發(fā)聲方向盡量正對聽音位置。若因結(jié)構(gòu)、精彩文檔

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外觀形態(tài)等限制，無法正對聽音者位置，需要設(shè)計(jì)聲音反射裝置，以減小指向性帶來的聲音衰減。

揚(yáng)聲器發(fā)聲方向與聽音者方向不大于90°，可采用以下聲波反射裝置。

盡量避免揚(yáng)聲器發(fā)聲與聽音者方向超過90°。

3.2 揚(yáng)聲器的選用

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揚(yáng)聲器的選型及與音箱箱體的配合，直接決定了音箱系統(tǒng)的音質(zhì)狀況。

從揚(yáng)聲器的發(fā)聲口形狀上選擇：圓形口徑的揚(yáng)聲器性能最優(yōu)、其次是跑道型和橢圓形口徑的揚(yáng)聲器，盡量避免使用長條形、超窄的揚(yáng)聲器。

揚(yáng)聲器的大小，依據(jù)箱體的大小、箱體凈容積進(jìn)行選擇，需要按音箱的設(shè)計(jì)原則，選擇適當(dāng)?shù)膿P(yáng)聲器T/S參數(shù)、電聲參數(shù)。

揚(yáng)聲器磁體選擇：外磁（鐵氧體磁體）性價比高，但占用體積大，會減小音箱箱體內(nèi)的有效容積；內(nèi)磁（稀土磁體）成本較高，但占用體積小，箱體內(nèi)部可用容積較大，磁體性能較高。

紙盆的選擇：紙盆形狀常采用直線型紙盆和指數(shù)型紙盆。直線型紙盆工藝簡單、高頻性能相對較差；指數(shù)型紙盆高頻性能較好。特殊情況下可采用雙紙盆設(shè)計(jì)。紙盆的材料主要有天然纖維（植物纖維、動物纖維）、人造纖維（化學(xué)纖維、合成纖維）和無機(jī)纖維、塑料（如PP盆）、金屬（如鋁）等，可根據(jù)對音色、成本的要求選擇。

3.3 音箱箱體的設(shè)計(jì)

箱體大小需要將揚(yáng)聲器的參數(shù)、箱體內(nèi)的凈容積相結(jié)合，兩者達(dá)到最佳匹配才能將低頻聲音做到最好。

箱體材質(zhì)一般以木質(zhì)、塑料為主，材質(zhì)厚度依據(jù)箱體振動情況和內(nèi)部產(chǎn)生諧振的情況來確定。在條件允許情況下，盡量使用加厚箱體壁厚，并在箱體內(nèi)壁適當(dāng)增加加強(qiáng)筋，以減小箱體振動，抑制箱體內(nèi)部的聲波諧振。

箱體的密封箱要好，不得出現(xiàn)漏氣等現(xiàn)象，以免產(chǎn)生風(fēng)燥和對低頻性能的影精彩文檔

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響。

倒相箱中的倒相管設(shè)計(jì)對音箱的低頻截止頻率起著決定性作用。倒相管設(shè)計(jì)位置、形狀需要保證箱體內(nèi)部氣流的順暢性，以減小低頻失真及產(chǎn)生風(fēng)噪聲。倒相管的長度和截面積大小依據(jù)箱體容積大小、揚(yáng)聲器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)賬，并保證音箱阻抗曲線盡量接近雙峰特性，如下圖所示。

倒相式音箱阻抗曲線

空紙盆音箱是倒相音箱的變形，又稱無輻射源式音箱。它是利用空紙盆代替倒相管所構(gòu)成的。適當(dāng)加以控制可使空紙盆振動所產(chǎn)生的輻射聲與揚(yáng)聲器前向輻射聲同相，從而改善了音箱的低頻特性，提高了低頻頻響。空1紙盆倒相箱更適合用到容積相對較小的箱體中。

下圖為倒相箱的兩種方式。

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3.4 箱體內(nèi)部氣流及避免諧振設(shè)計(jì)

箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保證箱體內(nèi)部氣流順暢。盡量避免內(nèi)部異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，阻擋氣流從揚(yáng)聲器背部往箱體內(nèi)部空間擴(kuò)散，以及向倒相孔流動的順暢性；倒相孔兩端截面設(shè)計(jì)為漸變形狀，以避免開口處產(chǎn)生“噗噗”氣流風(fēng)噪聲。

倒相管

為避免聲波在箱體內(nèi)部產(chǎn)生諧振，箱體殼需要足夠的強(qiáng)度，內(nèi)部適當(dāng)增加加強(qiáng)筋，并加強(qiáng)前后蓋之間的連接。箱體內(nèi)適當(dāng)增加吸音材料，并緊靠箱體內(nèi)壁安裝。

3.5 出聲設(shè)計(jì)

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盡量避免外部結(jié)構(gòu)擋住出聲位置（包括倒相孔的出聲位置），最好的方式是揚(yáng)聲器直接外露。其次是采用出聲率較高的蒙布、鋼網(wǎng)等材料；再次是大孔方式塑料板；盡量避免采用小孔出聲板。

揚(yáng)聲器出聲區(qū)域不得形成一個封閉的空腔，容易產(chǎn)生“前室效應(yīng)”影響音質(zhì)。

封閉空腔，

產(chǎn)生“前室效應(yīng)”

3.6 音箱的減振設(shè)計(jì)

音箱工作時，揚(yáng)聲器的振動會傳遞到音箱的每個部位，容易在不同的位置產(chǎn)品共振，出現(xiàn)雜音，因此需要適當(dāng)?shù)臏p震設(shè)計(jì)。

如：在音箱與其他結(jié)構(gòu)件固定于連接的位置采用橡膠減震墊

橡膠減震墊

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空紙盆音箱（無輻射源式音箱）的空紙盆，采用雙空紙盆對稱設(shè)計(jì)，以抵消其帶來的振動。

空紙盆

3.7 揚(yáng)聲器的散熱設(shè)計(jì)

音箱中的揚(yáng)聲器是一個換能器件，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能（揚(yáng)聲器振動），再轉(zhuǎn)換為聲能（聲波輻射）的器件。揚(yáng)聲器將電能轉(zhuǎn)換為聲能的效率較低，其余能量轉(zhuǎn)換為熱能。因此揚(yáng)聲器的散熱非常重要，尤其在空間較小的小型音箱內(nèi)部，直接影響音箱的可靠性。

揚(yáng)聲器主要發(fā)熱器件是音圈，他的熱量通過導(dǎo)磁板、T鐵/U鐵傳遞到磁路和盆架的外表面，因此在條件允許的前提下，盡量考慮其外露散熱。

導(dǎo)磁碗/盆架

外露散熱

3.8 防漏磁設(shè)計(jì)

音箱使用的電動式揚(yáng)聲器，其磁路采用永磁體，存在漏磁的情況。在對漏磁敏感的使用環(huán)境下，需要對揚(yáng)聲器磁路采用防漏磁設(shè)計(jì)。

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無防漏磁設(shè)計(jì)

有防漏磁設(shè)計(jì)

4 音箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和產(chǎn)品需求，音箱設(shè)計(jì)為單聲道方式；根據(jù)出聲方向分為三種結(jié)構(gòu)形式：上出聲結(jié)構(gòu)、前出聲結(jié)構(gòu)、下出聲結(jié)構(gòu)，三種方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和建議參照下述方案說明。

本產(chǎn)品帶麥克風(fēng)，空紙盆方式的設(shè)計(jì)相對振動較大，因此不建議使用空紙盆倒相箱方式。

4.1 音箱上出聲方式

該結(jié)構(gòu)方式采用圓形較大口徑的全頻揚(yáng)聲器朝上出聲、圓形球頂高音往前出聲，導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)往后出聲。

音箱內(nèi)部安裝示意圖：

全頻

揚(yáng)聲器

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高音音

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蒙布/鋼網(wǎng)出聲區(qū)

設(shè)計(jì)說明：

圓形大口徑揚(yáng)聲器為全頻揚(yáng)聲器，其出聲方向向上，中低音指向性相對較弱，能夠較好的到達(dá)前方聽者的耳朵里；高音指向性較強(qiáng)，前方衰減比較厲害；

球頂高音成發(fā)散狀，能夠很好的擴(kuò)展其高頻到達(dá)區(qū)域，往前方出聲，能夠很好彌補(bǔ)全頻揚(yáng)聲器衰減的部分高頻；

倒相管往后出聲，其發(fā)出的低頻聲基本無指向性，可以較好的到達(dá)聽者的耳朵里；

上方出聲區(qū)域采用透聲率較高的蒙布或鋼網(wǎng)，以減少對聲音的衰減；整改頂面都作為出生區(qū)域，避免出現(xiàn)“前室效應(yīng)”；

高音出聲區(qū)域采用蒙布或鋼網(wǎng)，以減少對高頻的衰減；

整改箱體必須密閉；

根據(jù)調(diào)音情況，內(nèi)部適當(dāng)增加吸音棉；

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4.2 音箱前出聲方式

該結(jié)構(gòu)方式采用全頻揚(yáng)聲器+球頂高音方式，所有出聲方向均正對聽音者。導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)往下出聲或往后出聲。

音箱內(nèi)部安裝示意圖：

高音音揚(yáng)聲器

全頻

揚(yáng)聲器

蒙布/鋼網(wǎng)出聲區(qū)

倒相管

喇叭口

出聲結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)說明：

圓形大口徑揚(yáng)聲器為全頻揚(yáng)聲器，其出聲方向向前，前出聲方式對聲音各頻段衰減均較小，能夠較好的到達(dá)前方聽者的耳朵里；

球頂高音成發(fā)散狀，能夠很好的擴(kuò)展其高頻到達(dá)區(qū)域，往前方出聲，能夠很好彌補(bǔ)全頻揚(yáng)聲器衰減的部分高頻；

前出聲口呈喇叭狀結(jié)構(gòu)，能夠很好的擴(kuò)展各頻段的指向性；

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倒相管往后出聲，其發(fā)出的低頻聲基本無指向性，可以較好的到達(dá)聽者的耳朵里；

前出聲區(qū)域采用蒙布或鋼網(wǎng)，以減少對聲音的衰減；

整改箱體必須密閉；

根據(jù)調(diào)音情況，內(nèi)部適當(dāng)增加吸音棉；

4.3 音箱下出聲方式

該結(jié)構(gòu)方式采用圓形較大口徑的全頻揚(yáng)聲器朝下出聲、圓形球頂高音往前出聲，導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)往后出聲；下方揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音經(jīng)反射機(jī)構(gòu)將聲音往四周反射，到達(dá)四周出聲的目的。

音箱內(nèi)部安裝示意圖：

倒相管

高音音揚(yáng)聲器

全頻

揚(yáng)聲器

蒙布/鋼網(wǎng)出聲區(qū)

聲音反射

出聲結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)說明：

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圓形大口徑揚(yáng)聲器為全頻揚(yáng)聲器，其出聲方向向下，通過反射結(jié)構(gòu)將聲音向四周反射，達(dá)到全指向性音箱的目的

上方出聲區(qū)域采用透聲率較高的蒙布或鋼網(wǎng)，以減少對聲音的衰減；整改頂面都作為出生區(qū)域，避免出現(xiàn)“前室效應(yīng)”；

倒相管往后出聲，其發(fā)出的低頻聲基本無指向性，可以較好的到達(dá)聽者的耳朵里；

音箱出聲區(qū)域采用蒙布或鋼網(wǎng)，以減少對高頻的衰減；

整改箱體必須密閉；

根據(jù)調(diào)音情況，內(nèi)部適當(dāng)增加吸音棉；

三、散熱設(shè)計(jì)

整個產(chǎn)品圓柱體設(shè)計(jì)，產(chǎn)品采用模塊化分散發(fā)熱單元（如下圖產(chǎn)品堆疊簡圖），主要發(fā)熱單元增加散熱孔，提高熱對流；如果局部模塊發(fā)熱過高可以采用增加芯片貼裝散熱片或者導(dǎo)熱硅膠、散熱板組合方式散熱。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堆疊簡易圖示：

1

拾音模塊、按鍵電路

2

WIFI及其他子板模塊

3

音箱聲學(xué)組件

4

主控板、功放電路

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各種天線，連接線

呼吸燈

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注：序號1到序號4為自上往下，天線根據(jù)設(shè)計(jì)方案和匹配情況堆疊，呼吸燈根據(jù)功能定義和效果圖堆疊。

四、呼吸燈設(shè)計(jì)

根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)效果，確認(rèn)要多少個燈，然后硬件設(shè)計(jì)根據(jù)每個燈的電氣參數(shù)以及布局圖確定硬件設(shè)計(jì)方案。

目前常見的應(yīng)用有：

1、比較少燈的，一般就點(diǎn)綴下，或者指示效果；

2、3-12 RGB的一般是在某些地方做個燈光的效果，比如轉(zhuǎn)圈，或者四周，或者邊沿等，根據(jù)產(chǎn)品的動作可以配合一些燈光呼吸或者閃爍動作；

3 更多燈的，一般是用矩陣，2的做得更復(fù)雜或者用LED矩陣來顯示一些動畫、圖片信息等；

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