产品设计开发流程方案，音箱设计流程方案全解析

产品设计开发流程方案，音箱设计流程方案全解析

对于产品设计师来说，看着自己的产品设计量产到上市销售，内心的自豪感是毋庸置疑的，然而产品设计开发中有不少的流程及注意事项，这些你是否知晓呢？一篇不可多得的产品设计开发流程方案，关于音箱设计的开发流程方案，对于产品结构设计师来说，里面有不少干货可供参考和研究，相信可以帮助不少新人接触到产品设计开发流程的相关知识。

一、扬声器选择

中低音扬声器：

西雅士 SEAS H1216-08 CA15RLY

涂层纸盆 中低音单元

谐振频率：45Hz

 Qts：0.34

推荐频率：50--4000Hz

灵敏：87.5DB

有效半径：5.0CM

外观半径7.3CM

振动质量：7.7g

 Pl：60W

 Pm：250W

振膜最大位移：20mm

Sd：78.54cm^2  

音圈电感量：0.82mH

高音扬声器：

金琅G2铝带高音单元

有效频率范围：1700--40000Hz                     

灵敏：96DB       尺寸：74W 120H 90D

西雅士 SEAS H1216-08CA15RLY采用涂层纸盆纸盆在使劲的听感上对音色的染色最小，声音比较温暖，能充分的表现音乐的各种内涵，擅长表现弦乐与人声。

在纸盆上加以涂层也改变了纸盆刚性差、振幅大时的变形引起失真，也起到了防潮和延长使用寿命的效果，7.7g的振动质量和较强的电磁动力也使得扬声具有了良好的器瞬态响应。

西雅士 SEAS H1216-08CA15RLY 扬声器的品质因数为0.34 在理论上讲倒相式音箱的中低频扬声器的品质因数取到0.38时可得到最佳的低频响应状态，实际设计当中品质因数选在0.3到0.4之间只要设计合理均可得到满意的效果。

在谐振频率方面，此扬声器的谐振频率为45Hz，在四阶巴特沃斯设计中系统谐振频率约为50Hz，在5寸书架音箱中，听者是比较愿意接受的。推荐频率上限为4000Hz高于所要选用高音单元频率下限的一个倍频，有利于选择最佳的分频点。

金琅G2铝带高音的振膜尺寸是：宽度8.5mm(7.5mm),长度70mm,较大的振膜尺寸使得G2有更佳的中频响应,G2的六角蜂巢或波浪形两种振膜,其厚度仅为0.01mm,其起落变化十分敏捷，频响曲线非常平滑平滑，频响范围从1700Hz一直延伸至40kHz(±3dB)。

由于带式扬声器结构的磁隙较宽，所以要求磁体的磁力特强，G2是采用当今最昂贵的磁体──N40钕铁硼磁性材料，磁通密度高达6000Gs，因而也获得很高灵敏度：96dB/W/m。

二、分频器设计

01.分频点选择

分频点的选择决定了扬声器的工作频率范围，让扬声器单元工作在最佳的频率范围内要求每个扬声器工作范围的频响曲线尽量平滑，扬声器中轴与30°处频响曲线重合性好，分频点附近没有明显的波峰波谷。

西雅士 SEAS H1216-08 CA15RLY 频响与阻抗曲线

在西雅士 SEAS H1216-08CA15RLY的频响曲线中可以看出频率上限在3000Hz之前曲线的重合度较好。金琅的g2高音扬声器的频率范围是在1700Hz到40KHz之间，是由于信息资源的问题我没有得到g2的频响曲线，但是从网络上对此扬声器的描述与同类产品的曲线来看，可以大致猜测该扬声器的频响状况。

通常在没有曲线图像的时候会采取将高音扬声器低频下限向上一个倍频的方式寻找分频点，但是为了保证低音扬声器良好的重合性，3000Hz与3400Hz并没有交汇点。由于g2铝带高音的特性和优秀的品质决定将其倍频下限下移。最终分频点选择在3000Hz处。

02.滤波器设计：

为了让扬声器的工作范围更加精确与分频后优秀的相位，本分频器选择具有24db衰减斜率的巴特沃斯四阶分频器设计。

具体计算数据为：

           L1：0.8mH   C1：10.5U  L2：0.4mH   C2：2.3u 

           L3：0.27mH   C3：3.7U  L4：1.2mH   C4：7u

03.阻抗补偿设计：

扬声器在工作状态，由于自身的振动产生感应电动势，会对扬声器的实际阻抗造成一定的影响，阻抗的变化引起了滤波器分频点的漂移。所以本分频器欲设计中低音扬声器的高频阻抗补偿和谐振处阻抗补偿电路。

(1)谐振处阻抗补偿：

谐振处阻抗补偿是在扬声器德两端并联一个电感、电容、电阻的串联电路，可对谐振区域的高阻抗进行校正。

经计算C=762.5（uf） L=16.41（mH）  R=10.8ohm

（2）高频阻抗补偿设计：

此设计是为了补偿频率升高时阻抗的上升，由于阻抗补偿的起始频率通常取到阻抗上升到额定阻抗的1.4倍时的频率，但此时频率约为3200Hz，大于分频点频率，所以不需要对其设计高频阻抗补偿。

04.衰减器设计：

不同扬声器同时工作时，由于自身的灵敏度不同输出的声压级也要有所不同，为了保证更佳的听感，分频器中对高音扬声器进行了8.5db的衰减设计。电路分别用两个电阻并联与串联在扬声器的两极。

经计算两电阻阻值为：R1：5欧    R2：4.8欧

05.具体原理图：

低频分频器电路图

高频分频器电路图 

在分频器的设计上，把高低音分频器的输入端分开，让共接地点延长到功放之中，可有效的减少扬声器之间的信号干扰，使分频更为干净。 

三、箱体设计

01.根据扬声器的品质因数求出音箱系统的声顺比a、音箱系统的谐振频率fb与品质因数Qb。

经查表得出

a=2   

fb =1.12·f0=50.4Hz  

Qb==0.78

0 2.计算出箱体的内容积

经公式计算得出箱体的内容积V=7.11L 在实际制作时扬声器以及分频器等都会占用一定的空间，所以将内容积扩大到原1.1倍进行参考设计。

0 3.确定倒相管参数

倒相管截取面面积一般要大于S=0.8fbvd=6.31cm^2

根据经验我们可将倒相管的面积选定在扬声器锥盆有效面积的10%--40%之间（至31.416cm^2），从提高倒相管声辐射效率的角度来考虑需要将倒相管面积取的大一些，但是面积增大倒相管的长度也会增加。

但是倒相管的长度也不能过长，通常不宜超过扬声器谐振频率波长的1/12（63.7cm）。

综合考虑后决定将面积取为25cm^2倒相管长度经计算  L=30000S/Fb^2V-0.825sqrt(S)=33.6 倒相管口距离箱体壁不小于8.5cm （倒相管口径的1.5倍）

04.确定箱体内部尺寸

选择合适箱体内壁的尺寸比例可对箱体内部的驻波情况有利，配合箱体容积与外观感受选择比例为

H：D：W=2.1：1.0：1.5

具体尺寸为：D：13.6cm   W：20.3cm  H：28.4cm

四、具体设计与CAD图纸

左图为音箱设计的前视图，高音、低音单元与方形倒相管组成方圆方的图形对称形式，与两边的弧边配合箱体的比例给箱体一种敦实的感觉。

将铝带高音横向放置，一是为了配合箱体的整体外观感觉，使其风格凝聚统一。二是与低音扬声器放置距离较近的情况下，将音箱放置在合适的高度，横向的带状振膜可使音箱听音的“霸王位置”区域有所扩大。

为了箱体的整体感觉，倒相管设计为方形倒相，并在两端设计了弧形的开口，目的在于消除大动态时的风噪问题。并在开口处设计边框与低音扬声器同宽。音箱的面板一样设计了沉口目的在于加固扬声器减少扬声器的无谓振动。

上图为箱体设计的顶视图和侧刨面图。从顶视图看，箱体内部采用了内弧面的设计，使得箱体内壁无任何平行板出现，有效的减少了驻波的形成，设计中并对弧面的交汇处的锐角进行了填充，减小了声音的连续干涉现象。前面板采用较厚的板材在一定程度上也很好的抑制了扬声器的自振。

从侧视刨面图看，箱体在内壁设有锯齿状内壁，对于采用吸音棉附着的箱体而言，在倒相设计原理中，将声能打散的设计比吸收的效果更好，并与弧面箱体配合基本杜绝了驻波的形成。

高音单元在箱体中配有一个独立的密封腔体，并在扬声器与腔体之间均匀覆盖了吸声材料，可有效的杜绝高频声波在共振腔内以及对低频扬声器的不良影响，真正做到扬声器的独立工作，声音更加纯净。

倒相管的设计中，由于为了扩大声辐射效率，所以将面积取的稍大，从而使得倒相管的长度有所增加，倒相管设计为弯折的L行，不仅解决了长度问题也对箱体的阻尼起到了改善作用。倒相管在两端的开口处设计了弧形的曲线开口，可起到降低大动态时的风噪问题。倒相管的下端紧贴箱体下壁，并在内部对倒相管进行固定阻值了倒相管自身的振动现象。

五、音箱的调试

1.箱体容积的调整：

箱体在设计中和实际制作中的误差会使实际的箱体容积产生变化，箱体过大会使系统有较低的频率响应但是低频上升缓慢、声压级降低。容积过小会使系统的谐振频率上升，低音会变得不丰满。

所以要确定设计的合理谐振频率对大容积进行填充刚性实体减小净容积，较小的容积将填充吸音棉来起到扩大容积的效果。理论上吸音棉可将箱体的容积扩大40%，吸引材料可选用玻璃纤维棉。由于本设计的特性，建议填充吸音棉时，将其附着在箱体的上下内壁或包裹早倒相管上。

2.倒相管的调整：

一般来说只要设计合理，制作工艺有所保证的条件下，音箱的阻抗曲线就会出现一个双峰的阻抗图像，双峰之间的波谷所对应的频率就是音箱系统的谐振频率。

在保证箱体气密良好的条件下，如果发现系统谐振频率比设计高时，可增加倒相管长度或扩大口径。如低反之。如发现曲线表示箱体的阻抗性较差的情况下可采取对倒相管增加阻尼塞的方式尝试调整。

总而言之，音箱的设计与调试的最终目的是满足个人的主观听感，不能盲目的追求最佳的数据，正所谓音乐中最长用的一句话：“耳朵是最好的调音器！”