設(shè)計(jì)喇叭箱,可說是一件最簡(jiǎn)單或是最困難的工作。音響常識(shí)不豐富的人,可以隨便設(shè)計(jì)一只箱子,隨意把喇叭裝上去,而聽得津津有味;但是一個(gè)音響知識(shí)豐富的音樂愛好者,即使有意自行設(shè)計(jì),也往往畏於計(jì)算過程之複雜和效果之不可預(yù)期而怯步不前,因此市面上雖然有許多品質(zhì)相當(dāng)好而售價(jià)不昂貴的單體,卻由於上述原因,使愛樂者不敢輕易嘗試自己設(shè)計(jì),錯(cuò)過了許多應(yīng)用物美價(jià)廉優(yōu)良單體的機(jī)會(huì)。

 　　故如何把複雜的喇叭箱設(shè)計(jì)過程,予以簡(jiǎn)化,並使數(shù)學(xué)演算減至最少,是提起愛樂者自己設(shè)計(jì)喇叭箱興趣的一個(gè)重要因素,若能歸納出這樣的一個(gè)過程,相信會(huì)有更多的愛樂者或自己裝迷,投入自己設(shè)計(jì)製作喇叭箱及喇叭系統(tǒng)的行列。

　　筆者一直感到奇怪,日本樂迷自己設(shè)計(jì)喇叭箱的風(fēng)氣何以如此之盛？以致像FOSTEX、CORAL等專業(yè)廠家,幾乎每年都舉辦自製喇叭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比賽,並予評(píng)選頒獎(jiǎng),而參加者不乏其人。以往筆者把這種現(xiàn)象歸因於日本社會(huì)之富裕、有閒與購(gòu)買力強(qiáng)大,而最近因在友人由日本攜回之大量資料中有所發(fā)現(xiàn),而改變了這種看法。日本之所以有這種風(fēng)氣,實(shí)在是因?yàn)閺S商的倡導(dǎo)有方,和不斷的使專業(yè)技術(shù)普及化的結(jié)果。

　　在友人所攜回的資料中,最引筆者注意的是一張由FOSTEX公司製作的墊板,據(jù)說這種墊板在任何有售FOSTEX單體的店裡均可免費(fèi)索取,每一種上面都印滿了密密麻麻的文字和內(nèi)容,朋友送給筆者的這張為編號(hào)No. 4的DATA SHEET,主題是「喇叭箱設(shè)計(jì)篇」,它的內(nèi)容,正是筆者所期望的「喇叭箱簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)法」,所以真是大喜過望,立刻把主要內(nèi)容節(jié)錄出來,並以改寫的方式譯出,以饗讀者。

單體要具備規(guī)格

　　在設(shè)計(jì)喇叭箱之前,要先尋找單體,而單體一定要具備以下數(shù)種規(guī)格:有效振動(dòng)半徑a、自由諧振頻率fo、Qo值和振動(dòng)系等效質(zhì)量mo。通常這四種規(guī)格可由原廠之產(chǎn)品目錄中獲得,雖然fo、Qo、mo,可由一定的程序自行測(cè)定,但為了使喇叭箱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易,儘可能避免選用規(guī)格不完全的單體,而單體之實(shí)際規(guī)格,通常允許和廠商公佈規(guī)格有10%的誤差。

　　知道了單體的Qo值後,可以參考附表(圖二),上面列明了單體Qo值和適合裝用喇叭箱的形式,觀察該表可以發(fā)現(xiàn),密閉式喇叭箱適合的Qo值範(fàn)圍最大,可為0.2~1.0,而小型密閉式和低音反射式適合的Qo值範(fàn)圍較小,號(hào)筒式範(fàn)圍更小。

　　在Qo值為0.2~0.6的範(fàn)圍內(nèi),這種單體既可裝用密閉式箱,又可裝用反射式箱,而市售的絕大部分高品質(zhì)單體,也都在此範(fàn)圍內(nèi),所以下面之簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)法,也分成密閉式和反射式兩部份,當(dāng)我們選定一種單體後,可以經(jīng)過多次計(jì)算,來選定一種最合用的喇叭箱形式。

密閉式喇叭箱內(nèi)容積的決定,可根據(jù)下式：

V=(355×a2)/(α× fo2× mo)

V：內(nèi)容積,單位公升

a：振膜有效半徑,單位cm。

fo：自由諧振頻率

mo：振動(dòng)系等效質(zhì)量,單位g。

α：參數(shù),見下文說明。

　　在這個(gè)式子裡,只要單體選定,a、fo、mo都是固定且已知的,要求的是V,而α參數(shù)卻要另外求得。

　　α值的決定,和使用單體的口徑、mo、效率等因素有關(guān),可以參照表列(圖三)條件,以裝箱後的諧振頻率fb來決定,或是以裝箱後之Qb值來決定,通常,以同一口徑單體言,效率較高者,以預(yù)測(cè)fb來決定α值,方法是依下式計(jì)算而得：

　　α=(fb/fo)2-1

　　fb值的預(yù)測(cè)範(fàn)圍為fo值的1.2倍~2.0倍。

　　若該單體效率較低,則以預(yù)測(cè)Qb值來決定α值,通常密閉式音箱頻率特性最平順的Qb值為0.7,而常用的Qb值範(fàn)圍為0.5~1.0,公式如下：

　　α=(Qb/Qo)-1

　　由於喇叭箱內(nèi)通常都置有大量的吸音材料,而使得Qb值或fb值較預(yù)測(cè)值低下約10%,所以在求取α值時(shí),Qb與fb值可略為高估,以符合實(shí)際狀況。

　　以上就是簡(jiǎn)易的密閉式喇叭箱求取容積的方法,原資料中列舉二例,照列如下：

　　例一：?jiǎn)误wUP-203S、a=8.7cm、fo=40Hz、mo=18.5g、Qo=0.45、口徑=20cm、效率=93dB。

　　期望裝箱後之fb為fo之1.4倍,故fb=56Hz

　　α=(56/40)2-1=0.96

　　V=(355×8.7?)/(0.96×402×18.5)≒71.6(公升)

　　例二：?jiǎn)误wFW-160、a=6.5cm、fo=30Hz、mo=21g、Qo=0.27、口徑16cm、效率=87dB。

　　由於效率較低,故由預(yù)測(cè)Qb值來決定α值。在此例中,期望之Qb值為理想之0.7,故α為：

　　α=(0.7/0.27)2-1≒5.7

　　V=(355×6.5?)/5.7×302×21≒5.9(公升)

　　即選用的喇叭箱內(nèi)淨(jìng)容積應(yīng)為6公升左右,若同時(shí)要預(yù)測(cè)fb值,可以下式求得：

　　fb=(Qb/Qo)×fo

　　在本例中預(yù)測(cè)fb為：

　　fb=(0.7/0.27)×30≒78(Hz)

反射音箱亦不難

　　合理設(shè)計(jì)的反射式喇叭箱,往往可以提升喇叭系統(tǒng)之低頻效率和延伸低頻特性,故亦為常用支喇叭箱形式,其內(nèi)容積之決定方法和前述之密閉箱所用公式相同,且亦用到α參數(shù),唯在反射式音箱設(shè)計(jì)中,α值之求取不易,通?？稍?.5~3.0間選用,理論上,Qo=0.3時(shí)α=3、Qo=0.4時(shí)α=1.2、Qo=0.5時(shí)α=0.6、Qo=0.6時(shí)α=0.42,在此處,α值以定在1~2之間較理想,計(jì)算出來即使有偏差,亦在合理範(fàn)圍內(nèi)。

　　以UP-203為例,在反射式箱中,α定為1.5,V即為:

　　V=(355×8.7?)/(1.5×402×18.5)≒45.8(公升)

　　這個(gè)容積為喇叭箱中應(yīng)有的淨(jìng)容積,而不應(yīng)把補(bǔ)強(qiáng)用木條、單體磁鐵、導(dǎo)管容積包含在內(nèi),故實(shí)際音箱容積應(yīng)設(shè)計(jì)在48~50公升左右。

　　決定了反射式音箱的淨(jìng)容積後,緊接著要決定的是反射導(dǎo)管(Tube Port)的規(guī)格,公式如下：

　　L=(30.000×S)/(fb2×V)-0.825×√S

　　L:導(dǎo)管長(zhǎng)度,單位cm

　　S:導(dǎo)管開口截面積,單位cm2

　　V:喇叭箱內(nèi)淨(jìng)容積,單位公升

　　fb:喇叭箱空腔諧振頻率

　　上面之fb即為反射式喇叭箱中,兩個(gè)諧振頻率中,頻率較低的一個(gè),在上式中,除了V為已知外,S和fb是要選定的,通常S可選定為單體有效振動(dòng)面積之0.2~1.0倍,而fb的選定則和單體原具有的fo有關(guān),為原fo值的1.8倍至0.65倍(請(qǐng)參看圖四附表)。

　　在本刊UP-203S中,若fb值選為fo之0.9倍,S選為有效振動(dòng)面積之0.2倍47.5cm2,那麼導(dǎo)管長(zhǎng)度便為：

　　L=(30.000×47.5)/(362×45.8)-0.825×√47.5≒18.3(cm)

　　在反射式喇叭箱中,只要導(dǎo)管長(zhǎng)度和截面積相同,導(dǎo)管的形狀並無限制,可為正方形、長(zhǎng)方形或圓型,甚或改為兩只截面積各為一半的小導(dǎo)管。

　　若用圓形導(dǎo)管,為了便於計(jì)算,還可用另一公式：

　　L=(94.000×γ2)/(fb2×V)-1.46γ

　　γ：導(dǎo)管內(nèi)圍半徑

　　這就是簡(jiǎn)易的反射式喇叭箱設(shè)計(jì)法！

　　一般說來,自製反射式音箱,導(dǎo)管部份最好設(shè)計(jì)成可更換的形式,以便在初次試作低音不理想時(shí),可以變更導(dǎo)管規(guī)格,以人耳試聽改善音質(zhì)。大致說來,低音過強(qiáng)時(shí),可用縮小導(dǎo)管截面積、加長(zhǎng)導(dǎo)管長(zhǎng)度、增加吸音棉來抑止,而低音不足時(shí),亦可用相反手段予以增強(qiáng)。

　　以上就是FOSTEX DATA SHEET中的主要內(nèi)容,雖然所列舉的設(shè)計(jì)方法並不符合嚴(yán)格的理論要求,但卻為業(yè)餘的愛樂者提供了基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和依據(jù),目前市售的高水準(zhǔn)全音或低音單體甚多,讀者若有興趣,在春節(jié)期間,不妨選取一、二款自己欣賞的單體,來嚐嚐自己設(shè)計(jì)喇叭箱的滋味吧！

轉(zhuǎn)載自音響技術(shù)第98期FEB. 1984 喇叭箱簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)法/蒲鴻慶