本文介绍的这个高保真箱式扬声器（扬声器连同扬声器箱的统称）的设计方法，是根据国外有关资料报导并结合我们的工作实践总结出来的。对高保真的箱式扬声器的要求是：在它所期望的频率范围内，能均匀重放扩音机输出的音频信号。图1是一个理想的频率特性，但实际特性一般只能做到象图2那样（图2中为同一扬声器在不同情况下测得的曲线）。可以看出，图2的低频特性还远不如图1好。利用我们介绍的这个方法来设计，在低频区域内能获得一条比较平坦的频响特性，并且原理清楚，设计计算简单方便。
设计基本原理
1．倒相式箱式扬声器 图3是倒相式扬声器的结构图。通过理论分析可得出，这种箱式扬声器在低频区域内其输出声压的相对响应可表示为：
式中：T\(_{0}\)=（TBT\(_{S}\)）\(\frac{^{1}}{2}\)，TB＝1;ωB，ωB=2πf\(_{B}\)，fB为扬声器箱的谐振频率；T\(_{S}\)=1／ωS，ωS=2πfS，f\(_{S}\)为扬声器的谐振频率；A1\(_{2}\)3是由扬声器和其箱子的参数所决定的系数；ω=2πf，f为频率变量。
由（1）式可以看出，当T\(_{0}\)1\(_{2}\)3为特定值时，可以得到很多类型的频率响应曲线，其中有三种曲线在设计扬声器箱时十分有用。第一种是当A\(_{1}\)=A2=A\(_{3}\)＝0时所得四阶巴特沃斯频率响应列线（称B4线），如图4。这是箱式扬声器能够得到的最佳平直特性曲线；第二种是取A\(_{1}\)2=\(_{3}\)\(\frac{^{1}}{2}\)=B（B可取大于零的实数值）时所得的响应曲线，3特性曲线（注意：如果B=0，\(_{3}\)线就变成B4线了）；第三种是A\(_{1}\)2\(_{3}\)都不为零，而是随着某个参数K而变化的一些数值，此时所得的特性就是所谓的契比雪夫等波纹列线，又称C4线（对C\(_{4}\)线讲，0＜K＜1），它和最佳平直特性相比，其特点是在通带内有等值起伏的波纹。图4中的横坐标是按B4线的T\(_{0}\)标的。
因为T\(_{0}\)1\(_{2}\)3这几个系数由扬声器和箱式扬声器的参数所决定，所以一旦响应曲线给定，即T\(_{0}\)1\(_{2}\)3为某一特定值时，就可以反过来找出扬声器和箱式扬声器之间的关系。根据国外有关资料报导，就B\(_{4}\)线、C4线和QB\(_{3}\)线来讲，扬声器和箱式扬声器参数之间在几个不同QL值时的关系如图5～图8所示。图中，f\(_{3}\)为倒相式扬声器的低频截止频率；h=fB／f\(_{S}\)为倒相式扬声器的调整比；α＝CAS／C\(_{AB}\)为扬声器的声顺与箱体提供的声顺之比；QT为箱式扬声器（扬声器加助音箱）总的等效Q值，当扩大器的内阻为零时，则Q\(_{T}\)=QTS（Q\(_{TS}\)为扬声器本身的等效Q值）；QL为考虑箱子的损耗引出的一个参量，一般取5～10（可以通过实验求得）。如果认为箱子是无损耗的，则Q\(_{L}\)→∞。
根据图5～图8这些曲线，再配合有关公式，就能很方便地设计一个倒相式扬声器。
2．密闭箱扬声器 密闭式扬声器箱在低频区域内的声压输出相对频率响应可表示为：
式中，A\(_{1}\)=a1\(^{2}\)-2,a\(_{1}\)=1/QTC，Q\(_{TC}\)为闭箱扬声器在谐振频率fC时的总的等效Q值；T\(_{C}\)＝\(\frac{1}{2πf}\)C。
从（2）式可以看出，通过改变Q\(_{TC}\)的数值，可以得到如图9所示的一些很有用处的频率响应曲线，其中QTC=0.71时所得的响应最平坦，因此在设计时常常采用这一条曲线。
此外，密闭式扬声器与其扬声器单元的参数之间还有下列近似关系：
式中，f\(_{S}\)为扬声器的谐振频率；QTS为扬声器的等效Q值；α=C\(_{AS}\)／CAB为扬声器声顺与箱体提供的声顺之比。
根据所期求的响应曲线和（3）式的近似关系，可以比较容易地得到有关密闭箱扬声器的设计方法。
扬声器基本参数的测量
从前面的一些分析我们看到，要设计一个箱式扬声器，必须首先知道所用扬声器的一些基本参数，而这些参数对于业余制作的同志来说往往是不知道的，因此在设计以前还必须学会测量这些参数的方法。下面就讲讲这些问题。
①机械力顺C\(_{MS}\)：用两根直尺，一根横搁在仰放的扬声器支架边缘上，另一根（无磁性的物质）垂直地显出扬声器膜片中央某点在横尺下的距离；然后，在扬声器膜片中央放一无磁性的重质M′（克），再测出此时的垂直距离，两次相减可得膜片因重量下沉的距离h（厘米），则扬声器的机械力顺为CMS＝h／M′·g（g为重力加速度，其数值为981厘米／秒\(^{2}\)）。在测量过程中，粘音圈的圆周应比较坚固，避免同膜片的其它地方相碰，否则易造成损坏。无磁性重质M′，一般取扬声器振动系统机械质量的80％～100％，不宜取太大，太大了会损坏扬声器并影响测量精度。例如，测试12英寸的扬声器时可附加16～20克。
②自由谐振频率f\(_{S}\)：如图10所示，用一音频振荡器（输出阻抗要比音圈的电阻大10倍以上）接到音圈上，同时并联一只万用表。测量时，扬声器的辐射面离开反射物应在100厘米以上。调节振荡输出，就可以测得音圈两端电压。然后，改变振荡器的频率，使音圈振动幅度最大（此时万用表读数最大），这时的频率就是扬声器的自由谐振频率fS，增加或降低频率，使读数下降3分贝（即万用表读数下降到最大读数时的70％），两个频率之差Δf就是带宽，于是就可得出扬声器的机械品质因数Q\(_{M}\)=fS/Δf。
③阻抗Z及其特性的测量：如图11所示，当开关K分别接到扬声器和无感可变电阻器时，调节电阻器保持两者电压相等，此时电阻器上的电阻值（可以用万用表测量）即是扬声器的阻抗值。如果连续改变振荡器频率，重复上述测量，可以绘出如图12所示的扬声器的阻抗特性曲线。图中Z\(_{max}\)为扬声器阻抗最大值，ZE为扬声器阻抗最小值。
④音圈直流电阻R\(_{E}\)：（可用万用表直接测量。）
⑤计算Q\(_{TS}\)、M和RM：扬声器的等效品质因数Q\(_{TS}\)≈QM·Z\(_{E}\)/Zmax；振动系统的等效质量M=1／4π\(^{2}\)f\(_{S}\)2CMS（克）；振动系统的力阻R\(_{M}\)=2πfSM／Q\(_{M}\)〔达因·秒\(^{2}\)／厘米〕。
根据实验，这些参量的典型值为：C\(_{MS}\)为（3～5）×10\(^{－7}\)（厘米／达因）；fS为20～100赫；Q\(_{M}\)为3～5；QT≈Q\(_{TS}\)，约为0.2～0.5；大扬声器M一般为40～60克，小扬声器M一般为10～20克。（待续）（潘雨洲 江敦春）