音箱设计（音箱的简易设计法）
设计音箱可以说是最简单也是最难的工作。音响知识差的人可以随意设计一个盒子，随意安装音箱，听得津津有味；但是，一个声学知识丰富的音乐爱好者，即使打算自己设计，也往往害怕计算过程的复杂和效果的不可预测，所以虽然市面上有很多质量相当好、价格也不贵的单体，但是由于上述原因，爱乐爱好者不敢轻易尝试自己的设计，错过了很多应用质优价廉单体的机会。
马鞭因此，如何简化音箱复杂的设计过程，尽量减少数学计算，是引起爱乐艺术家自己设计音箱兴趣的重要因素。如果这样一个过程可以结束，我相信会有更多的爱乐艺术家或他们自己的粉丝加入到设计和制造音箱和扬声器系统的行列中来。
我一直很好奇为什么日本粉丝自己设计喇叭盒这么受欢迎。因此，专业制造商如FOSTEX、CORAL等。几乎每年都会举办自制扬声器系统的设计大赛，并颁奖，参与者也很多。以前笔者把这种现象归结于日本社会的富裕、闲适、购买力强，但最近我在朋友从日本带回来的大量资料中发现了一些东西，改变了这种看法。日本之所以有这种风气，真的是厂商的良好倡导和专业技术不断普及的结果。
在朋友带回来的资料中，最吸引笔者注意的是一款FOSTEX公司生产的pad。据说这款pad在任何一家销售FOSTEX单体的商店都可以免费获得，每一款都印有无数的文字和内容。朋友给了我这张4号数据表，主题是“音箱的设计”，其内容正是我所期待的“音箱的简易设计方法”，我真是喜出望外。
单体要有规格。
在设计喇叭箱体之前，首先要找到单体，单体必须具备以下规格:有效振动半径A、自由共振频率fo、Qo值、振动系统等效质量mo。通常这四种规格都可以从原厂的目录中得到。虽然fo、Qo、mo可以通过一定的程序确定，但是为了使喇叭箱体的设计简单，需要尽量避免使用规格不全的单体，通常允许单体的实际规格与厂家公布的规格有10%的误差。
知道了单个单元的Qo值后，可以参考附表(图2)，该表列出了单个单元的Qo值以及适合安装喇叭箱的形式。观察表格可以发现，适合封闭式喇叭箱的Qo值范围最大，可以在0.2-1.0之间，而适合小型封闭式和低音反射式的Qo值范围较小，喇叭型的范围更小。
在0.2~0.6的Qo值范围内，这类单体既可以配封闭箱，也可以配反光箱，市面上大部分优质单体也在这个范围内。所以下面简单的设计方法也可以分为封闭和反射部分。我们在选择单体时，可以经过多次计算，选择最合适的喇叭盒形式。
封闭喇叭盒的内部容积可根据以下公式确定:
V=(355×a？)/(α×?fo？×?莫)
v:内部容积，单位升
a:隔板的有效半径，单位为厘米。
Fo:自由共振频率
Mo:振动系统的等效质量，单位为克(g)
α:参数，见下面的描述。
在这个公式中，只要选定单体，A，fo，mo都是固定已知的，要求的值是V，但α参数还得单独得到。
α值的确定与所用单体的口径、mo、效率等因素有关。可以参考表中所列的条件(图3)，通过封装后的谐振频率fb来确定，或者通过封装后的Qb值来确定。一般对于口径相同、效率较高的单体，通过预测fb来确定α值。该方法根据以下公式计算:
α=(fb/fo)？-1
fb值的预测范围是fo值的1.2 ~2.0倍。
如果装置的效率低，预测的Qb值用于确定α值。通常封闭扬声器频率特性最平滑的Qb值为0.7，而常用的Qb值在0.5-1.0之间。公式如下:
α=(Qb/Qo)-1
由于喇叭箱内通常放置大量吸声材料，Qb或fb值比预测值低10%左右，因此在计算α值时可以稍微高估Qb和fb值，以符合实际情况。
以上是计算封闭喇叭盒体积的简单方法。原始数据中列出了两个例子，如下:
例1:单体UP-203S，a=8.7cm，fo=40Hz，mo=18.5g，Qo=0.45，直径=20cm，效率=93dB。
封装后的fb预计是fo的1.4倍，所以fb=56Hz。
α=(56/40)?-1=0.96
V=(355×8.7？)/(0.96×40?×18.5)≒71.6(升)
实施例2:单体FW-160，a=6.5cm，fo=30Hz，mo=21g，Qo=0.27，直径16cm，效率=87dB。
由于效率低，α值由预测的Qb值决定。本例中，预期Qb值为理想值的0.7倍，因此α为:
α=(0.7/0.27)?-1≒5.7
V=(355×6.5？)/5.7×30?×21≒5.9(升)
也就是说，所选喇叭箱中的净容积应该约为6升。如果要同时预测fb值，则可以获得以下公式:
fb=(Qb/Qo)×fo
在本例中，fb预计为:
fb=(0.7/0.27)×30≒78(Hz)
反射扬声器并不难。
合理的反射式音箱设计往往可以提高低频效率，扩展扬声器系统的低频特性，因此也是支撑音箱的常用形式。其内部容积的确定方法与前面提到的密闭箱相同，同样使用α参数。只是在反射式音箱的设计中，不容易得到α值，通常可以在0.5-3.0之间选取。理论上，Qo=0.3时α=3，Qo=0.4时α=1.2，Qo=0.5时α=0.6，Qo=0.6时α=0.42。这里，α的值理想地设定在1到2之间，即使有偏差，也在合理的范围内。
以UP-203为例。在反射框中，α设置为1.5，V为:
V=(355×8.7？)/(1.5×40?×18.5)≒45.8(升)
这个体积是音箱中应该有的净体积，不应该包括加固木条、单个磁铁和导管的体积。因此，音箱的实际容积应设计在48~50升左右。
确定反射式扬声器的净体积后，反射管端口的规格要立即确定，公式如下:
L=(30.000×S)/(fb？×V)-0.825×√S
l:导管长度，单位为厘米
s:导管开口的横截面积，单位为厘米？
v:音箱的净容积，单位升
Fb:喇叭盒空腔体的谐振频率
上面的fb是反射喇叭盒中两个谐振频率中较低的一个。在上面的公式中，除了V是已知的，S和fb是要选择的。通常情况下，S可选择为单体有效振动面积的0.2~1.0倍，而fb的选择与单体的原始fo有关，为原始fo值的1.8 ~ 0.65倍(见图4附表)。
在这本杂志UP-203S中，如果fb是fo的0.9倍，S就是有效振动面积47.5cm的0.2倍？，则导管长度为:
L=(30.000×47.5)/(36？×45.8)-0.825×√47.5≒18.3(cm)
在反射式喇叭盒中，只要导管的长度和截面积相同，导管的形状不受限制，可以是方形、矩形或圆形，甚至可以是两个截面积减半的小导管。
如果使用圆形导管，为了计算方便，可以使用另一个公式:
L=(94.000×γ？)/(fb？×V)-1.46γ
γ:导管内圆周的半径
这是反光喇叭盒的简单设计方法！
一般来说，对于自制的反射式音箱，最好将导管部分设计成可更换的形式，这样在初试低音不理想时，可以改变导管的规格，通过人耳来提高音质。一般来说，当低音过强时，可以通过减小导管的截面积、加长导管长度、增加吸音棉来抑制，而当低音不足时，也可以通过相反的手段来增强。
以上是FOSTEX数据表的主要内容。列出的设计方法虽然不符合严格的理论要求，但为业余爱乐音乐家提供了基本的设计准则和依据。目前市面上有很多高级全音或低音单体。如果读者有兴趣，春节期间，不妨选择一两个自己喜欢的单体，尝尝自己的喇叭盒设计的味道！
