音箱的分类、结构及重放特点 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。 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。