常见音箱结构设计与选用.docx
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常见音箱结构设计与选用
常见音箱结构设计及选用
1、音箱设计流程
产品规划与造型设计：
确认音箱用途、定位、使用场景与方式、外形大小等——声学设计：
音箱总体方案设计、扬声器选型、音质效果评估——结构设计：
音箱的箱体设计、扬声器结构设计——开模具——样机：
音箱性能测试与评价、音箱性能优化与改进——音箱系统音质调试
2、音箱的分类及简要特性
音箱又称扬声器系统，是将扬声器装到专门设计的箱体，并用分频网络把输入信号分频以后分别送给相应的扬声器的一种系统。
因此，音箱由扬声器、分频网络、扬声器箱共同组成。
音箱按伴音模式分为：
单声道、立体声（2.0系统）、2.1声道系统、3.0/3.1声道系统、家庭影院（5.1、7.1等环绕声）系统；
按产品形态可以分为：
有源音箱、无源音箱；
按用途分为：
书架式、落地式、监听式、电影立体声、大功率扩声、有线广播、防水、迷你型、返送式、带角架型、对讲型、拐角式、球型无指向式、高音半固定式、调相式等音箱。
按扬声器箱分为：
封闭箱：
固定式、书架式；
倒相式：
倒相管式、阻尼倒相式、分布倒相式、R-J式、卡鲁逊式、曲径式、后加载号筒式、折叠号筒式、空纸盆式
号筒障板式、前加载号筒式
利用反射的扬声器箱：
角隅式、JBL式
指向性的扬声器箱：
无指向性障板、球形箱、声柱；
最为普及的是封闭式声箱和倒相式声箱。
封闭式声箱是为了达到隔离扬声器后面声波的目的，而将扬声器的后面完全封闭起来的声箱；倒相式声箱是将扬声器后面所发声波加以充分利用的一种声箱。
扬声器中使用最广泛的是电动式纸盆扬声器，由于其振膜面积可以做得比较大，能够得到比较大的振幅，所以具有低声频重放下限频率低的特点，同时结构简单、成本低，多年以来都是扬声器生产中的主流。
3、音箱设计的总体技术要求（倒相箱）
3.1音箱发声的指向性
声波在传播中会产生反射,绕射和干涉等现象,并具有一定的传播规律。
扬声器辐射声波的波长随频率的增加而变短。
当声波的波长与扬声器的几何尺寸可比拟时，由于声波的绕射特性及干涉特性，扬声器辐射的声波将出现明显的指向性。
扬声器的指向性是表征扬声器在不同方向上辐射声波的能力，且与频率有关，高频声音具有较强的指向性，低频声指向性相对较弱。
超重低音、重低音音箱，扬声器的发声方向无限制，音箱可以放置于听音区的任何位置。
全频、中高频、高频音箱，扬声器的发声方向尽量正对听音位置。
若因结构、外观形态等限制，无对听音者位置，需要设计声音反射装置，以减小指向性带来的声音衰减。
扬声器发声方向与听音者方向不大于90°，可采用以下声波反射装置。
尽量避免扬声器发声与听音者方向超过90°。
3.2扬声器的选用
扬声器的选型及与音箱箱体的配合，直接决定了音箱系统的音质状况。
从扬声器的发声口形状上选择：
圆形口径的扬声器性能最优、其次是跑道型和椭圆形口径的扬声器，尽量避免使用长条形、超窄的扬声器。
扬声器的大小，依据箱体的大小、箱体净容积进行选择，需要按音箱的设计原则，选择适当的扬声器T/S参数、电声参数。
扬声器磁体选择：
外磁（铁氧体磁体）性价比高，但占用体积大，会减小音箱箱体的有效容积；磁（稀土磁体）成本较高，但占用体积小，箱体部可用容积较大，磁体性能较高。
纸盆的选择：
纸盆形状常采用直线型纸盆和指数型纸盆。
直线型纸盆工艺简单、高频性能相对较差；指数型纸盆高频性能较好。
特殊情况下可采用双纸盆设计。
纸盆的材料主要有天然纤维（植物纤维、动物纤维）、人造纤维（化学纤维、合成纤维）和无机纤维、塑料（如PP盆）、金属（如铝）等，可根据对音色、成本的要求选择。
3.3音箱箱体的设计
箱体大小需要将扬声器的参数、箱体的净容积相结合，两者达到最佳匹配才能将低频声音做到最好。
箱体材质一般以木质、塑料为主，材质厚度依据箱体振动情况和部产生谐振的情况来确定。
在条件允许情况下，尽量使用加厚箱体壁厚，并在箱体壁适当增加加强筋，以减小箱体振动，抑制箱体部的声波谐振。
箱体的密封箱要好，不得出现漏气等现象，以免产生风燥和对低频性能的影响。
倒相箱中的倒相管设计对音箱的低频截止频率起着决定性作用。
倒相管设计位置、形状需要保证箱体部气流的顺畅性，以减小低频失真及产生风噪声。
倒相管的长度和截面积大小依据箱体容积大小、扬声器的相关参数进行设计和调账，并保证音箱阻抗曲线尽量接近双峰特性，如下图所示。
倒相式音箱阻抗曲线
空纸盆音箱是倒相音箱的变形，又称无辐射源式音箱。
它是利用空纸盆代替倒相管所构成的。
适当加以控制可使空纸盆振动所产生的辐射声与扬声器前向辐射声同相，从而改善了音箱的低频特性，提高了低频频响。
空1纸盆倒相箱更适合用到容积相对较小的箱体中。
下图为倒相箱的两种方式。
3.4箱体部气流及避免谐振设计
箱体部结构设计需要保证箱体部气流顺畅。
尽量避免部异形结构设计，阻挡气流从扬声器背部往箱体部空间扩散，以及向倒相孔流动的顺畅性；倒相孔两端截面设计为渐变形状，以避免开口处产生“噗噗”气流风噪声。
倒相管
为避免声波在箱体部产生谐振，箱体壳需要足够的强度，部适当增加加强筋，并加强前后盖之间的连接。
箱体适当增加吸音材料，并紧靠箱体壁安装。
3.5出声设计
尽量避免外部结构挡住出声位置（包括倒相孔的出声位置），最好的方式是扬声器直接外露。
其次是采用出声率较高的蒙布、钢网等材料；再次是大孔方式塑料板；尽量避免采用小孔出声板。
扬声器出声区域不得形成一个封闭的空腔，容易产生“前室效应”影响音质。
封闭空腔，
产生“前室效应”
3.6音箱的减振设计
音箱工作时，扬声器的振动会传递到音箱的每个部位，容易在不同的位置产品共振，出现杂音，因此需要适当的减震设计。
如：
在音箱与其他结构件固定于连接的位置采用橡胶减震垫
橡胶减震垫
空纸盆音箱（无辐射源式音箱）的空纸盆，采用双空纸盆对称设计，以抵消其带来的振动。
3.7扬声器的散热设计
音箱中的扬声器是一个换能器件，是将电能转换为机械能（扬声器振动），再转换为声能（声波辐射）的器件。
扬声器将电能转换为声能的效率较低，其余能量转换为热能。
因此扬声器的散热非常重要，尤其在空间较小的小型音箱部，直接影响音箱的可靠性。
扬声器主要发热器件是音圈，他的热量通过导磁板、T铁/U铁传递到磁路和盆架的外表面，因此在条件允许的前提下，尽量考虑其外露散热。
导磁碗/盆架
外露散热
3.8防漏磁设计
音箱使用的电动式扬声器，其磁路采用永磁体，存在漏磁的情况。
在对漏磁敏感的使用环境下，需要对扬声器磁路采用防漏磁设计。
4音箱结构设计方案
根据产品结构形式和产品需求，音箱设计为单声道方式；根据出声方向分为三种结构形式：
上出声结构、前出声结构、下出声结构，三种方式的结构设计要求和建议参照下述方案说明。
本产品带麦克风，空纸盆方式的设计相对振动较大，因此不建议使用空纸盆倒相箱方式。
4.1音箱上出声方式
该结构方式采用圆形较大口径的全频扬声器朝上出声、圆形球顶高音往前出声，导向孔设计往后出声。
音箱部安装示意图：
倒相管
高音音扬声器
全频
扬声器
蒙布/钢网出声区
设计说明：
圆形大口径扬声器为全频扬声器，其出声方向向上，中低音指向性相对较弱，能够较好的到达前方听者的耳朵里；高音指向性较强，前方衰减比较厉害；
球顶高音成发散状，能够很好的扩展其高频到达区域，往前方出声，能够很好弥补全频扬声器衰减的部分高频；
倒相管往后出声，其发出的低频声基本无指向性，可以较好的到达听者的耳朵里；
上方出声区域采用透声率较高的蒙布或钢网，以减少对声音的衰减；整改顶面都作为出生区域，避免出现“前室效应”；
高音出声区域采用蒙布或钢网，以减少对高频的衰减；
整改箱体必须密闭；
根据调音情况，部适当增加吸音棉；
4.2音箱前出声方式
该结构方式采用全频扬声器+球顶高音方式，所有出声方向均正对听音者。
导向孔设计往下出声或往后出声。
音箱部安装示意图：
倒相管
喇叭口
出声结构
蒙布/钢网出声区
全频
扬声器
高音音扬声器
设计说明：
圆形大口径扬声器为全频扬声器，其出声方向向前，前出声方式对声音各频段衰减均较小，能够较好的到达前方听者的耳朵里；
球顶高音成发散状，能够很好的扩展其高频到达区域，往前方出声，能够很好弥补全频扬声器衰减的部分高频；
前出声口呈喇叭状结构，能够很好的扩展各频段的指向性；
倒相管往后出声，其发出的低频声基本无指向性，可以较好的到达听者的耳朵里；
前出声区域采用蒙布或钢网，以减少对声音的衰减；
整改箱体必须密闭；
根据调音情况，部适当增加吸音棉；
4.3音箱下出声方式
该结构方式采用圆形较大口径的全频扬声器朝下出声、圆形球顶高音往前出声，导向孔设计往后出声；下方扬声器发出的声音经反射机构将声音往四周反射，到达四周出声的目的。
音箱部安装示意图：
倒相管
全频
扬声器
高音音扬声器
设计说明：
圆形大口径扬声器为全频扬声器，其出声方向向下，通过反射结构将声音向四周反射，达到全指向性音箱的目的
上方出声区域采用透声率较高的蒙布或钢网，以减少对声音的衰减；整改顶面都作为出生区域，避免出现“前室效应”；
倒相管往后出声，其发出的低频声基本无指向性，可以较好的到达听者的耳朵里；
音箱出声区域采用蒙布或钢网，以减少对高频的衰减；
整改箱体必须密闭；
根据调音情况，部适当增加吸音棉；
三、散热设计
整个产品圆柱体设计，产品采用模块化分散发热单元（如下图产品堆叠简图），主要发热单元增加散热孔，提高热对流；如果局部模块发热过高可以采用增加芯片贴装散热片或者导热硅胶、散热板组合方式散热。
产品结构堆叠简易图示：
1
拾音模块、按键电路
各种天线，连接线
呼吸灯
2
WIFI及其他子板模块
3
音箱声学组件
4
主控板、功放电路
注：
序号1到序号4为自上往下，天线根据设计方案和匹配情况堆叠，呼吸灯根据功能定义和效果图堆叠。
四、呼吸灯设计
根据工业设计效果，确认要多少个灯，然后硬件设计根据每个灯的电气参数以及布局图确定硬件设计方案。
目前常见的应用有：
1、比较少灯的，一般就点缀下，或者指示效果；
2、3-12RGB的一般是在某些地方做个灯光的效果，比如转圈，或者四周，或者边沿等，根据产品的动作可以配合一些灯光呼吸或者闪烁动作；
3 更多灯的，一般是用矩阵，2的做得更复杂或者用LED矩阵来显示一些动画、图片信息等；
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