主题：新型的双音盆扬声器（可调等响曲线频响）

等响曲线频响系统的 ---具有密闭式音箱结构的倒相式音箱

1、  摘要

一种由双音盆扬声器构成的具有密闭式音箱结构的倒相式音箱，针对现有的倒相式音箱中高频和低频难以兼顾的问题，提供了一种新的解决方案，包括结构、原理、频响特性、设计公式。

2、新型音箱简介

    一种由双音盆扬声器构成的具有密闭式音箱结构的倒相式音箱，是一种真正兼顾中高频和低频的音箱，使用了一个名为双音盆扬声器的中低音单元。这种新式的低音单元的音圈骨架两端连接的两个低音振膜各自与箱体构成倒相式音箱和密闭式音箱，其中的倒相式音箱有一个小口径的低音振膜，具有良好的中高频特性；另一个密闭式音箱与倒相式音箱组成一个带通式音箱，通过倒相箱导声管幅射低频声波，声压特性曲线如图1所示，由倒相箱导声管幅射的声压（1）与倒相箱前纸盆声压（2）合成为双音盆扬声器声压（3），比一般倒相箱的低频声压（4）延伸更低、衰减斜率更小。

3、新型音箱的结构图

    图2是双音盆扬声器的结构图；图3是新型音箱的结构图。

  在图2所示的结构图中，扬声器振膜为前纸盆（1），后纸盆（2）。前纸盆（1）的外缘由前折环（8）支持，前纸盆（1）的中心部由前定心支片（6）支持，后纸盆（12）的缘由后折环（10）支持，后纸盆（12）的中心部由后定心支片（11）支持，双折环和双定心支片的形状使它们在纸盆振动方向易于运动，而在与之垂直的方向却具有良好的刚性。折环起封闭，阻尼和支架的作用。前纸盆（1）中心孔上的罩称为防尘罩（5），它作为振膜的一部分而工作，并起防尘作用。流有相反方向声频电流的前音圈（3）、后音圈（14）绕在音圈骨架（18）上，前纸盆（1）中心部分与音圈骨架（18）前端相粘接，后纸盆（12）中心部分与音圈骨架（18）后端相粘接。上面这些部件统称为振动系统，是扬声器极为重要的部分。

  双音盆扬声器另一个重要组成部分是供给音圈磁通的磁路。前音圈（3）位于前导磁板（19）与导磁柱（4）之间形成的磁隙中，后音圈（14）位于后导磁板（16）与导磁柱（4）之间形成的磁隙中，由磁体（17）通过前导磁板（19）、后导磁板（16）、导磁柱（4）供给磁通；导磁柱（4）与前导磁板（19）、后导磁板（16）的相对位置由导磁柱支架（13）和后盆架（9）保持。磁路和振动系统的相对位置，由前盆架（7）和后盆架（9）来保持。前音圈（3）通过柔软的后引出线（15）同焊片焊接。

  在图3所示的结构图中，双音盆扬声器的前纸盆（1）作为倒相式音箱的振膜与导声管（10）和箱体（6）构成倒相式音箱（9）。双音盆扬声器的后纸盆（7）作为密闭式音箱的振膜与固定在后盆架（8）上的具有密闭作用的后盆架外罩（2），具有向密闭式音箱（5）内传导声音作用的后盆架外罩导声管（3）和箱体（6）构成密闭式音箱（5）。倒相式音箱（9）、密闭式音箱（5）和箱体（6）上的高音单元（4） 组成一个具有密闭式音箱结构的倒相式音箱。

4、新型音箱的原理

    双音盆扬声器增加低频声压的方法是利用一个密闭音箱向倒相式音箱内幅射声波，通过导声管的调谐后增强倒相式音箱的低频声压。利用密闭式音箱阻尼和拓展导声管的幅射带宽，由于新型音箱并没有增加倒相式音箱的振膜半径，并且减小了振膜在调谐频率fb以下的振幅，所以并没有降低倒相式音箱的中高频特性。却减少了振幅失真。双音盆扬声器的双音圈和双定心支片结构，可以减小音圈电感和磁场不均匀度，增大振动系统的横向稳定性和音圈散热面积。

5、双音盆扬声器高频特性

    双音盆扬声器的后纸盆必然会通过音圈骨架对前纸盆的频响和保真度产生影响。纸盆分割谐振区低端频率ftb与环反谐振频率fra由下式给出。

    ftb=c*cosα/2π*Rb         fra=c/2πx*tanα

    式中c为纸盆声速，Rb为纸盆外半径，x为纸盆纵向长度坐标，α为半顶角。当后纸盆与前纸盆的ftb、fra相等时，双音盆扬声器的分割振动区与前纸盆的分割振动区一致；当前纸盆与后纸盆的ftb、fra不相等时，双音盆的分割振动区比单个纸盆的分割振动区展宽了，在合成的分割振动区内的正反谱振数量增加，在频响曲线上的波动值和均值要比单纸盆的变小。这种新的变化对前纸盆的益处是有可能消除其频响曲上的中频谷或扩展其高频带宽，不使后纸盆新增的谐振波动值过大的条件是1/δ*Kb*L值不能过大，其中δ为阻尼损耗系数，Kb为谐振小数，L为纸盆纵向长度L=b-a。

6、与纸盆扬声器相比，双音盆扬声器的声辐射特性

1）平坦的声压响应

    为了方便说明，前纸盆符号取fra1、md1……、后纸盆符号取fra2、md2……

    为了避免前纸盆的fra1取值过大而产生的中频声压谷值，可取后纸盆的fra2＜fra1，通过后纸盆在fra2以上出现的谐振峰来取得平坦的声压响应，其峰值高度由（mc+md1）/md2确定，在fra1后出现的谐振峰高由mc/（md1+md2）确定。式中的mc为音圈质量，md1为前纸盆质量，md2为后纸盆质量。

2）大带宽的实现

在谐振频率f0以下的低频由于低频声压增大得到更低的带宽，在高频取得大带宽的条件是有一个尽可能小的mc/（md1+md2），更大的振膜声速c1、环反谐振频率fra1，更小的半顶角α1。

3）低的效率

在f0以上的低效率是由于振动系统增加md2使质量变大造成的，但在f0附近的低音效率却随着振动面积Sd和声阻抗变大而提高。

4）宽广的指向性

宽广的指向性要求前纸盆振动半径Rb1小，音圈半径Ra小，半顶角α1小，比较大的振膜声速c1和阻尼损耗δ。

7）、具有密闭式音箱结构的倒相式音箱的设计

1）测量落实双音盆扬声器的参数：f0、m0、Vas1、Vas2，在测量f0、m0、Qts后，可用公式计算出双音盆扬声器的Vas1（倒相箱等效容积）、Vas2（密闭箱等效容积）。

Vas1=34909.14*(a1²+a2²-r²)/f0²*m0

Vas2=34909.14*(a2²-a1²)/f0²*m0

(a1、a2分别为前、后纸盆半径，r为音圈半径)

2）利用ASW音箱的公式和表格推导双音盆扬声器的设计公式

（1）确定密闭箱箱体等效Qbp值，计算fc、f3值。

fc=f0*Qbp/Qts

表1 f3/fc与Qbp的对应关系表

(2) 确定倒相箱的前纸盆低频截止频率f3`；当前纸盆为五英寸时，f3`>120Hz；当前纸盆为六英寸时，f3`>100Hz；当前纸盆为八英寸时，f3`>80Hz。

（3）确定ASW音箱采用的S值

倒相箱导声管高端截止频率fh应与前纸盆低频截止频率f3`相等，以保证两者的合成的声压曲线平直，然后计算表2时所需的fhf值。

fhf=fh*Qts/f0=f3`*Qts/f0    （f3`=fh）

设定导管与前纸盆之间的声压差值Se≤10lg[（a1²+a2²-r²）/a1²]，与已确定的Qbp、fhf通过表2确定合适的S值。

表2

（4）确定倒相箱的容积Vf（单位L）

Vf=（2S*Qts）²*Vas1

（5）确定密闭箱的容积Vr（单位L）

Vr=Vas2/[（Qbp/Qts）²-1]

 (6)计算倒相箱导声管低端截止频率fl

fl=flf*f0/Qts+∆f   (flf查表2可得,∆f为前纸盆反相声波对导声管fl的修正值,约5―10Hz)

(7)求倒相箱导声管的调谐频率fb

fb=Qbp*f0/Qts

(8)求导声管的长度Lr

Lr=94250R²/fb²*Vf-1.595R   (R为导声管半径,单位为cm,Vf为倒相箱容积,单位为L)

参考文献：1、吴文波  高保真音响设计制作  电子工业出版社  2000.3

          2、[荷]弗兰科特  扬声器锥体的振动和声幅射  科学出版社  1988.2

图没上去，在音响超级论坛的喇叭设计上有一张图。我再试试上图。

谢谢，中心柱的磁力是由外磁体17通过前、后导磁板16、19和导磁柱4供给的，与这种磁路相似的我看见过JBL的4348，还有差动（差分）式驱动器磁路专业音箱，阿尔派的纯电阻双音圈扬声器，还有国内的专利磁路，可能不同的地方就是中心导磁柱的固定方法有差异，它们在双磁隙建立的双磁场都是相同的。

导磁柱我就用了一个比双导磁板之间距离稍长一点直径25MM的铁柱，中心钻了一个7MM的孔洞，目的是容易固守在导磁柱支架上。没有什么特别的。

是的，我用的是一般的磁体，与原来的五寸相比中频灵敏度我感觉也会比一般的五寸差三、四DB以上，如果用单层音圈输入全频信号，中频合起来可能要差6DB以上，但低音不差，在家庭环境中使用，我还是觉得缺少低频，所以还是要增加很大的低频提升，这样才不会吵人，中频灵敏度一高，人就会感觉吵，在家庭中使用没有问题，如果想提高灵敏度只有用增加磁通量的办法了，好在这种扬声器磁场越强，低音品质越好，因为有单独的低频功放所以不必担心其低音的提升问题。它的中频质感真的很特别。

请教您说的使用中可能出现的问题是什么呢？

对，是一个骨架，铝的，音圈是相反方向绕制的分段双音圈，可以一层也可多层，引出线分别在前后方向，这样音圈更紧密，每一层都是双音圈，所以是对称双磁场、对称双音圈失真更小，中音亮而不吵。

这种双音盆扬声器在低频的灵敏度、低频下潜、最大低音声压，低音瞬态上无疑是强过纸盆扬声器和倒相箱的。

但它的缺点就是中频的灵敏度要低4 DB，这个缺点在实际上不影响到听感，因为纸盆扬声器一般都是中频灵敏度偏高，后纸盆如果分割振动频率低于前纸盆的话，反而可以提升前纸盆中频谷的声压，

双音盆扬声器的中频音质是决定这种新型音箱实用性的关键，本人从理论上感觉其优点是双磁隙、双音圈、双定心支片，所以在电路和磁场方面是比一般纸盆扬声器失真小，在机械失真上，由于双纸盆的谐振波肯定是要比单纸盆多和宽，我感觉只要新增的后纸盆的内阻尼大，谐振不强就不会严重影响到前纸盆的音质。

一般纸盆扬声器为何不采用双音圈双功放驱动呢？我认为一是双功放必须有驱动四输入端的四层音圈，这样增加的低频功放使音圈过热，可靠性下降，二是过重的音圈使中高频延伸变差，三是音圈产生的变化电感可能产生互调，所以一般是不会用双音圈双功放驱动的．四是如果只增加低频振幅，大声压下也容易低频过载．

上面介绍一种采用差动式串联双音圈的双音盆扬声器，由于它有两个连在同一音圈骨架两端的双振膜，结果加倍的振膜质量与加倍的双音圈质量的比值并不改变，所以它的中高频延伸与单音圈和单振膜的纸盆扬声器比并不会明显下降，也就是说要比质量相同单音圈的纸盆扬声器的延伸要好，由于这种双音圈的电感更小，所以在中频灵敏度会更高一些，例如25芯的双音圈虽然有50芯的单音圈质量，但散热能力相当于75芯的单音圈，高频延伸会相当于38芯的单音圈，同时中频响度和质感并不比25芯的单音圈差，虽说在中低频的灵敏度随着振动质量加倍而下降3DB，但低频灵敏度则由于双振膜加倍的振动面积可以得到3DB的上升，一般中低频扬声器难以解决很好的低频延伸得到一定程度的改善，增大的低频声压也可使频响曲线的低频端相对于降低了3DB的中高频略微上突，可以得到比一般中低音扬声器更丰厚的低频感；同时其采用的差动式串联双音圈的低电感、对称磁隙磁场、大功率优点可以使这种中低音双音盆扬声器在中频和低频的谐波失真进一步相对减少，使耐听性进一步增加。

上面的双音圈是采用两输入端的单层双音圈，当采用四输入端的双层双音圈时，则可向双层音圈分别单独输入全频信号和低通滤波后的低频信号，通过单独调节低频信号的电平，实际听感可以得到极强的类似于等响曲线的低频，此时另一层输入全频信号的功放只受到有限的低频负反馈影响，中高频的实际听感依旧清晰。而且单独的低频功放只放大低频，相对于放大全频带不但有更少的各种失真，也很容易有更大的阻尼。当一层音圈电感变化对另一层音圈产生互调时，由于每一层的双音圈都是反向绕制的，所以双音圈的电感和电感变化大都会互相抵消，所以在理论上的负作用并不大．

以下是引用xj在2006-10-10 20:47:46的发言：

还没有理解得很明白。

但是从结构来理解，只是想知道喇叭怎么可以装好之后保证密闭腔体不漏气？又喇叭前后一样大，怎么给装到木箱里面去还能在外面锁螺丝？

好的东西如果都不能装在箱子上去，那所说的那些优势作用怎么发挥呢？

在图3中的后盆架外罩导声管（3）是起到连接后盆架和下面的密闭箱作用的，只要在导声管（3）下面加一环形泡沫或橡胶的密封垫，如果害怕在后定心支片处漏气，在后定心支片表面涂一层薄胶，就不会漏气了。

我那个双音盆扬声器是前五寸后六寸半的，倒相箱的顶盖是活动的，用螺丝固定，可以拧开，然后把双音盆扬声器的导声管开口对准下面的开口，再通过前盆架的螺丝孔和倒相箱单元开孔外面的一个环形前盆架固定片用螺丝拧在一起，然后就可以从外面把前盆架固定片用螺丝拧在箱体上了。

如果要完全使双音盆扬声器达到等响曲线的曲线族的话，除了中低音的双音盆扬声器需要双功放以外，高音也需要一个电子分频功放就可调节成无论大小音量都是等响曲线的频响。

但我只说一下低频是如何调整的，由于双功放是有两个电位器分别调节低频和全频的信号，当全频信号很小时，我可以拧大低频信号的电位器，这时双层音圈通入不同幅度的信号，共同作用在同一音圈骨架上，只要合成的信号是达到等响曲形状就可以了，低频功放的前级是加了一个低通滤波器的，这一低通滤波器由一阶、二阶组成，转折点为50HZ，只要调整一下一阶、二阶滤波器的电平，一般二阶都要比一阶高一些，这样从50HZ开始向上，低频信号将先以12DB/滚降，然后转为6DB滚降，最后与平直的全频信号相交叉。这种合成的信号形状和等响曲线非常类似。失真只在两个交叉点上有45的相移，所以并不大。

我并没做高音的等响电子分频电路，应该与低频类似或更简单一些，不会很难的。