号角音箱设计与制作指南

号角音箱是什么？

号角音箱，也称为喇叭音箱或号筒音箱，是一种利用号角（喇叭状的扩张体）来提高扬声器单元效率和改变频率响应的音箱类型。其核心特点在于号角的声阻抗匹配功能，能够有效地将扬声器振膜的声能传递到空气中，从而实现更高的声压级和更佳的瞬态响应。

号角音箱的设计核心要素是什么？

号角音箱设计的核心要素包括：

• 号角几何形状： 号角的截面积随长度呈指数或对数增长，关键在于其扩张率和喉部尺寸。
• 截止频率： 由号角喉部直径决定，影响号角能有效辐射的最低频率。
• 阻抗匹配： 号角喉部阻抗需要与扬声器单元振膜的声阻抗相匹配，以实现最大功率传递。
• 指向性： 号角的几何形状决定了其辐射角度和指向性，影响声音的扩散。
• 材料选择： 号角的制作材料（如木材、玻璃钢、金属等）会影响其共振特性和声音的清晰度。

制作号角音箱需要哪些主要步骤？

制作号角音箱主要包含以下步骤：

1. 扬声器单元选择： 根据设计目标和号角特性选择合适的扬声器单元。
2. 号角设计与计算： 利用声学理论和软件进行号角几何形状、尺寸的计算。
3. 号角建模与加工： 根据设计图纸进行号角的三维建模，并使用3D打印、CNC加工或手工雕刻等方式进行实体制作。
4. 箱体设计与制作： 设计并制作容纳扬声器单元和号角的箱体，确保其结构稳固并具有良好的声学特性。
5. 组装与连接： 将扬声器单元、号角和箱体进行精确组装，并进行电气连接。
6. 调试与测试： 对制作完成的号角音箱进行频率响应、失真度等声学参数的测试和调试。

号角音箱的设计与制作指南

号角音箱以其独特的声学原理和出色的声音表现，在音响爱好者中占有特殊的地位。与传统障板音箱相比，号角音箱通过利用一个喇叭状的扩张体（号角）来增强扬声器单元的效率，并精确控制声音的指向性和频率响应。本文将为您提供一份详尽的号角音箱设计与制作指南，从基础原理到实践操作，助您打造属于自己的高品质号角音箱。

一、号角音箱的核心声学原理

号角音箱的核心在于其“号角”部分。号角的声学作用可以类比于我们日常生活中使用的喇叭或扩音器。它有几个关键的功能：

• 阻抗匹配： 扬声器单元的振膜阻抗与空气阻抗之间存在较大的差异。号角通过其喉部（最小截面积）到出口（最大截面积）的逐渐扩张，逐步匹配扬声器振膜的声阻抗和空气的声阻抗。这使得扬声器单元产生的声波能量能够更有效地从振膜传递到空气中，从而显著提高扬声器的效率，实现更高的声压级。
• 波前控制与指向性： 号角的几何形状决定了声波的传播方式。它能够有效地控制声波的波前，使其更加聚焦，从而产生更强的指向性。这意味着声音主要集中在号角所指向的方向，减少了不必要的声反射和声音的散射，提升了声音的清晰度和定位感。
• 低频延伸（部分设计）： 某些类型的号角设计，特别是长号角，可以通过其几何形状的特定设计，实现对低频声音的有效辐射和增强，尽管这通常需要较大的号角体积。

理解了这些基本原理，我们就能更好地着手设计和制作号角音箱。

二、号角音箱的关键设计要素

在设计号角音箱时，有几个核心要素需要仔细考虑：

1. 号角类型选择

号角音箱根据其号角的设计和应用，可以分为多种类型，常见的有：

• 压缩驱动号角（Compression Driver Horn）： 通常用于中高频单元，扬声器单元的振膜直接与号角的喉部相连，将高能量的声波压缩后通过号角辐射。
• 全频号角（Full-Range Horn）： 使用一个扬声器单元同时辐射全频段的声音，号角的设计需要兼顾不同频率的传播特性。
• 低音号角（Bass Horn）： 专门设计用于辐射低频声音，通常体积巨大，如TL（Transmission Line）号角、Folded Horn（折叠号角）等。

根据您想要制作的音箱类型，选择合适的号角类型是第一步。

2. 号角几何参数

号角的几何形状至关重要，直接影响其声学性能。主要参数包括：

• 喉部直径（Throat Diameter）： 这是号角与扬声器单元接口处的最小截面积。它直接决定了号角的截止频率。截止频率（Fc）大致与喉部直径成反比，即喉部越小，截止频率越高。
• 口径（Mouth Area）： 号角的末端最大截面积。口径的大小影响号角的低频响应和指向性。口径越大，通常低频延伸越好，指向性也越强。
• 号角长度（Horn Length）： 号角从喉部到口径的长度。较长的号角通常能提供更好的低频延伸，但也会增加音箱的体积。
• 扩张曲线（Expansion Curve）： 号角截面积随长度增长的函数。常见的有指数曲线（Exponential）、对数曲线（Quadratic Exponential, QBE）和渐成曲线（Conical）。指数和QBE曲线在匹配声阻抗方面表现更佳，能提供更平坦的频率响应和更低的失真。

3. 扬声器单元选择

选择合适的扬声器单元是号角音箱成功的关键。应考虑以下因素：

• 灵敏度： 号角音箱以高效率著称，选择高灵敏度的扬声器单元可以更好地发挥号角的优势。
• 功率处理能力： 确保单元能够承受号角带来的声压。
• 谐振频率（Fs）： 扬声器单元的谐振频率应与号角的喉部截止频率相匹配。
• Qts（总品质因数）： Qts值会影响扬声器单元的阻尼特性，与箱体和号角设计协同作用。

4. 号角与箱体耦合

号角需要与箱体以及扬声器单元进行良好的耦合。对于压缩驱动号角，需要确保单元与号角喉部之间的密封性，避免漏气导致的声音损失和失真。箱体本身的设计也需要考虑其声学特性，例如避免箱体内的共振和驻波。

三、号角音箱的制作实践步骤

在明确了设计思路后，就可以进入具体的制作环节了。这是一个循序渐进的过程：

1. 号角的设计与建模

利用声学计算公式或专业的号角设计软件（如HornResp、BassBox Pro等）来精确计算号角的几何参数。根据计算结果，使用3D建模软件（如SolidWorks, Fusion 360, Rhino等）绘制号角的三维模型。

提示： 精确的几何尺寸是号角音箱性能的基石。务必仔细计算和检查。

2. 号角材料与加工

号角的制作材料会影响其声音特性。常见的材料包括：

• 中密度纤维板（MDF）： 易于加工，成本较低，声学性能良好，是DIY的常用选择。
• 胶合板： 强度高，稳定性好，但表面处理需要注意。
• 实木： 声音温暖，但成本较高，且容易受湿度影响。
• 玻璃钢/树脂： 可以制作出复杂的异形号角，声音通透。
• 3D打印材料： 如PLA、ABS等，可以实现高度的自由度，适合制作原型或精细的号角。

根据选择的材料，采用相应的加工方法：

• 3D打印： 将3D模型导出为STL格式，使用3D打印机打印。
• CNC加工： 将3D模型导入CNC软件，进行精确的数控铣削。
• 手工制作： 如使用木工工具进行刨、锯、雕刻等，适合制作传统的木质号角。

3. 箱体设计与制作

箱体需要容纳扬声器单元、号角，并为号角提供必要的支撑。箱体的设计应考虑：

• 结构强度： 确保箱体坚固，能够承受扬声器单元和号角产生的声压。
• 内部体积： 如果号角与箱体集成，箱体的内部容积也会影响低频响应。
• 阻尼处理： 在箱体内部添加吸音材料，以减少内部反射和共振。
• 开孔与安装： 精确预留扬声器单元和号角安装孔位。

箱体制作与普通音箱类似，可以使用MDF板、胶合板等材料，通过锯、刨、钻等工具进行加工，并使用螺丝、胶水进行固定。

4. 组装与连接

将制作好的扬声器单元、号角和箱体进行精确组装。确保扬声器单元与号角喉部的连接严密，无漏气。连接扬声器单元的接线端子，并确保极性正确。

5. 调试与测试

组装完成后，连接功放进行初步试听。使用声学测试软件（如REW - Room EQ Wizard）和测量麦克风，进行频率响应、失真度、阻抗等参数的测试。

根据测试结果，可能需要进行以下调整：

• 号角端口调优： 调整号角口径或形状，以优化频率响应。
• 分频器设计： 如果是多路号角音箱，需要设计合理的分频器，将不同频段的声音分配给相应的扬声器单元。
• 箱体调优： 增加或调整箱体内的吸音材料。

经验分享： 号角音箱的调试是一个反复优化的过程，需要耐心和细致。

四、号角音箱的优势与挑战

号角音箱之所以备受推崇，是因为其独特的优势：

• 极高的效率： 相同功率下，能产生更大的声压级，对功放的要求较低。
• 卓越的瞬态响应： 号角的设计能够减少振膜的惯性影响，使声音更具动态和细节。
• 精准的指向性： 声音聚焦，减少听音房间的声学干扰，提升声音的解析力。
• 独特的音色： 许多用户认为号角音箱具有一种“活生生”的、富有感染力的声音。

然而，号角音箱的制作也面临一些挑战：

• 体积庞大： 尤其是长号角或低音号角，往往体积较大，占用空间。
• 制作复杂： 号角精确的几何形状对加工精度要求较高。
• 低频延伸的挑战： 要实现深沉的低频，需要非常巨大的号角或复杂的低音号角设计。
• 中高频的“号角声”： 设计不当的号角可能产生一些特殊的音染，需要仔细调校。

通过本文提供的指南，希望您能对号角音箱的设计与制作有一个全面的认识。这是一项充满挑战但也极具回报的DIY项目，能够让您深入体验声学设计的魅力，并最终收获令人惊叹的音响效果。