前言
本文从介绍微型智能音箱产品开始，阐述了产品设计对于一个企业的重要意义，再对微型智能音箱的部件功能分析，进而对微型智能音箱产品设计提出了智能音箱设计应属“工艺品”设计之列；并提出了“形”、“能”、“神”的设计三原则。这对微型智能音箱产品设计是有意义的。
对产品设计原则的看法
对于一个企业而言，对产品设计原则的看法有如下几种：
①基础层次的看法仅仅对设计的形式、形态方面进行说明，并没有涉及市场竞争。
②中间层次的看法在设计说明上己加入了企业战略目标方面的描述，但在设计如何帮助实现战略方面尚无足够的陈述，执行过程缺乏双方的互动。
③.最高境界的看法则注意到了设计与企业战略之间的密切互动，做到了：设计创造战略，设计成就战略。并把产品设计打造成为企业战略成功的支柱。［1］
对微型智能音箱产品设计同样如此。现就国内、外智能音箱的情况作些比较，2014年11月，亚马逊推出了一款全新概念的智能音箱：Echo，这款产品最大的亮点是将智能语音交互技术植入到传统音箱中，从而赋予了音箱人工智能的属性。这个被称为“Alexa”的语音助手可以像你的朋友一样与你交流，同时还能为你播放音乐、新闻、网购下单、Uber（优步）叫车、订外卖等等。得益于语音识别和语音理解技术的迅速发展，我国的智能音箱己经超过美国成为全球智能音箱的最大市场，对消费者保持巨大的吸引力。原因在于：
①智能音箱，是一个音箱升级的产物，是家庭消费者用语音进行上网的一个工具，比如点播歌曲、上网购物，或是了解天气预报，它也可以对智能家居设备进行控制，比如打开窗帘、设置冰箱温度、提前让热水器升温等。
②智能音箱的代表产品，亚马逊Echo背后的Alexa，以及它的前辈Siri，实际上都属于智能语音技术。其核心非常简单--要让机器在语音对话这一环节拥有近似于人的能力。智能音箱成为小家电一般的存在，渗入人们的日常生活空间。
③微型智能音箱则又有因微型化而带来的难度。但不论怎样作为智能音箱它同样又应是一个“工艺品”而有其美学方面的要求。
最常见国产智能音箱有：
百度（小度音箱）、小米（小爱音箱）、阿里巴巴（天猫精灵）等等，还有一些如：科大讯飞和京东联合推出的（叮咚音箱）。小链科技和百度合作推出的（小链AI音箱），它同时还具备区块链挖矿功能。消费者反映：“目前国产智能音箱音质差，而且功能不适用，都是复制手机功能，所以口碑不佳。”
在微型智能音箱设计上，有一个认识上的误区首先要澄清，这就是微型智能音箱的“定位”的问题。有人对智能音箱的设计，过多看重“智能”而不重视“音箱”，所以难怪消费者反映：“目前国产智能音箱音质差，而且功能不适用，都是复制手机功能。”所以口碑不佳。应该说“智能音箱”就是有“智能”的“音箱”，作为“音箱”，它提供给消费者的优秀“功能”就应是：首要的一个“功能”应是优质声学功能，也就是能给消费者有美的音乐享受（主观的）和优良的特性指标（客观的）。第二个“功能”应是控制“功能”，和将智能语音交互技术植入到传统音箱中，从而赋予了音箱人工智能（AI）的属性“功能”。另外，作为智能音箱又应注意：即使你的前端处理算法做得再好，如果你的扬声器选不好，如果你的结构设计不好，它不是一个好音箱，那你的控制“功能”、人工智能（AI）的属性“功能”等诸多前端的努力都可能发挥不了作用，不综合考虑这些因素、不从系统整体全面考虑就不可能做一个好的产品。同时，但不论怎样，作为智能音箱它又应是一个“工艺品”而有其美学方面的要求。基于此观点在智能音箱设计上应考虑以下问题。智能音箱应是由几大组成部分构成：喇叭、箱体和音箱线路设计及智能部分设计。随着科技发展，电子元器件逐步微型化、集成化、功能化。但其技术指标要求是不会变化的。只不过有些技术指标的要求更加严格，功能更齐全、更智能化了。［2］
微型智能音箱的组成部分功能分析
1.喇叭：
（1）额定阻抗
a、喇叭阻抗是标称阻抗，是喇叭输入端阻抗，对纸盆喇叭而言，它是阻抗曲线上低频共振频率以上的第一个阻抗最小值；
b、在额定频率范围内，阻抗模值的最低值不应小于额定阻抗的80%；
（2）共振频率
在低频段某一频率下其阻抗值最大，该频率为共振频率f0.共振频率与喇叭的振动系统质量及顺性有关。
（3）.品质因素
品质因素是喇叭共振曲线尖锐程度的一种量度指标（Q0）。
品质因素Q0可以理解为是抑制阻尼共振的重要参数。
Q0>0.4，适合闭箱；Q0<0.4，适合开箱。另外，R.Small教授建议在设计音箱前，应采用一个评估值——效率带宽积（efficiency bandwidth product），简称EBP值来判定该单元是适合做闭箱还是开口箱。
当EBP≤50, 适合做闭箱；
EBP在100左右， 适合做开口箱；
EBP在60～80， 两者皆可。
（4）.喇叭等效容积
若有一容积，其中的空气声顺与喇叭的声顺相等。则称此容积为喇叭的等效容积。对喇叭而言，还有功率特性、频率响应、指向特性、有效辐射面积、低温最大线性位移、低温位移体积等对音箱设计有关的参量，这里不作详细介绍，在设计时再去查实以供使用。需要提醒的是，在产品指标初拟后，对喇叭的要求还应重视：
a.灵敏度指标。
b.频响特性指标。
c.失真特性指标，尤其是总谐波失真指标，亚马逊公司在国内委托生产的一款微型喇叭对高次谐波失真要求竟达到了二十二次谐波失真的指标。
d.动态范围特性指标等。
2.音箱：
（1）音箱与喇叭
a.微型智能音箱常采用闭箱的形式。在设计时首先必须搞清喇叭的参数。喇叭的参数是会有一定误差范围的，这在音箱设计中应予顾及；
b.接着就是设计音箱必须考虑的三因素（材质结构、摆放位置、参数配置）；
c.再就是有关喇叭的相关参数。［3，4］
（2）箱体设计软件
根据R.Small理论最初编成图标，后来又编成计算机软件。在国内外市场曾出现过多种软件，其中影响最大的是LEAP4.1（Loudspeaker Enclosure AnalysisProgram）扬声器箱分析程序，是由美国Audio Technology公司开发的。现在已推出LEAP 5CD，可用于Windows界面。用来设计闭箱只是它的一个部分功能。只要我们已知扬声器的参数，根据对音箱的期望，输入计算机启动程序，就可以方便地设计出扬声器的体积、长、宽、高参数，画出图形，并可以得到预期的频率响应曲线。若不满意可马上另换方案。
（3）箱体外型设计
初步确定箱体外型后，还有箱体造型、工艺设计等深加工设计。
美国“声频工程协会”曾报道过箱体形状对其频响影响的实例，作为箱体形状对音箱最终频响影响而进行的12种不同箱体的测量。当然，对于微型音箱这仅能作为参考。
（4）使用"无源辐射器"
使用"无源辐射器"的音响通常包含一个主动扬声器单元和一个被动单元（无源辐射器）。被动单元通常和主动扬声器单元外形类似，但是没有音圈和驱动磁铁。它只有一个纸盆，不和任何音圈或电路相连。无源辐射器通常被用来调整低音，使得设计者能够调节音箱整体的音色。无源辐射器在音箱内主动单元对箱体内空气的带动下进行被动发声。通常使用无源辐射器来代替倒相管都是用以调节较小箱体的音质和使其具有更好的低音表现。尤其是在一些情况下，由于箱体太小而不适合安装倒相管，无源辐射器就是一个较好的替代方案。它通常也用来消除箱体气流的扰动并减轻由倒相管中气流的高速运动所引起的对扬声器单元冲程的压缩。需要提醒的是，在产品指标初拟后，对箱体的要求还应重视：
a.箱体形狀的设计。目前微型智能音箱采用圆柱形、圆台形的较多，格式较单调。
b.一个产品不管被设计成什么样的造型，都必须符合一定的结构要求才能实现。一个完整的产品外观设计还必须要顾及其内部结构和外部结构。尽管音箱的结构并不复杂，但对于一个设计师而言应该具有一定的机械和模具方面的知识。
c.音箱体的谐频共振指标。
3.音箱线路设计与智能设计：
对于常用的音箱设计应考虑以下几点：
（1）对于一般闭箱设计而言尚有功放部份的设计（或选用），及分频器设计等工作要做。对微型音箱而言，分频器的设计常常不用，只是将其设计成全频的。为此，分频器设计的讨论就略去了。
（2）无线音箱的设计
无线音箱的设计中则需要增加相应于主机的发射部份的接收部份。一般有以下几种：
a.利用蓝牙技术。通过“滚频”方式和主机对接完成接收，这种蓝牙技术，技术上简单，有现成的技术可选用，但稳定性差；
b.一般的发射→接收技术。在这个技术中，必须要考虑音箱供电电源的问题。若能做到每个音箱由一个独立电源供电，则多余的接线就会消除，但独立电源要能做到体积小、容量大才行。总结起来有：
a.有源型（功率放大）；
b.无线发射型（蓝牙型、一般发射—接收型……）；
c.内部结构声学设计，例如：
①使用蓝牙技术将随身听作为提供信号输出的无线音箱或无线耳机接线。
②使用蓝牙技术将手机作为提供信号输出的免提通话或无线音箱欣赏音乐的接线。
对于微型智能音箱设计中，常借用手机的某些功能，如：将智能语音交互技术植入到传统音箱中，从而赋予了音箱人工智能的属性能为你播放音乐、新闻、网购下单、Uber（优步）叫车、订外卖等等。此外还应考虑新技术的应用。
微型智能音箱设计中的“形”“能” “神”
微型智能音箱的设计，应该隶属工业设计（Industrialdesign）的范畴，应该从技术和艺术相结合的角度来思考这一问题。从二十世纪开始，国外就有不少设计师涉猎到工业产品设计这一领域，特别值得一提的是德国建筑师、设计师格罗拔乌斯（W.Gropius）筹建了有名学校包豪斯（Bauhouse），他在该校中将设计理念上升总结成设计理论。
包豪斯的三个基本观点：
⑴技术与艺术的新统一。格罗拔乌斯认为技术与艺术并非注定要分离，工业设计好比联络两个思想极端的桥梁，一端是技术，另一端是艺术。它是人类精神审美享受，二者同样重要，它们相互依存，工业产品在艺术上成功，同时又永远是技术上的成功；
⑵设计的目的是为人而非物。产品应从功能和审美两个方面去满足人的物质和精神的需要；
⑶设计必须遵循自然与客观的法则进行。
这表明工业产品造型设计极好地体现了技术和艺术、技术与美学的结合。产品外观设计的确定和发展是由当代科学技术与大工业体系日趋成熟，国际市场日趋完善而决定的。［2］
1.微型智能音箱设计中“形”的设计
构成产品的“形”的设计，也很重要。这些技术要素中有结构、材料、色彩等诸多方面的因素。
（1）从结构上来考虑
几何结构组合型。作为微型智能音箱的外形结构，不少是由规则的几何单元（线、面体）组合而成的，以体而言，有方、圆、球（球的部分）等规则的体积单元，也有不规则形状的体积；以面而言则有规则的平面、曲面、不规则的多角面、椭圆面（或部分）等构成。当然，也有线条的组合。这些几何单元的组合，实际上有着一个发展过程，即是：由“凑合”到“结合”再发展到“融合”的过程，初级的设计，往往只是“凑合”而已，一旦能使之“结合”而不落“凑合”的痕迹就是一个上升，这个阶段就是“结合”了，若进一步发展就可向”融合”阶段前进了。为了活跃生活，人们常对音箱采用了卡通人物结构，卡通结构型设计（包括拟物化拟人化设计）。（图1左、中）
这些结构中也有的采用了拟物化的设计，如：漫步者M0ipod相配合的老式双铃马蹄钟的设计。在设计中不少微型智能音箱采用了紧凑型设计，或可分可合，或是伸缩型。如SonySRS-M55的设计等就是。另外也可以有一些新的创意。如图2左，它就是将太阳和月亮合成一体，又可分开（日月同辉）。为此，若将太极鱼图（图2右）作为一个设计，或将爱神丘比特射箭也可以构成一个新构思。
有些设计师甚至把对产品结构的改进设计当成了产品外观设计的切入点，设计出了很好的产品。许多产品也往往因为配合外观设计而有着巧妙的结构设计而受到青睐。如：收纳箱式的音箱结构、仿古式的结构。当然，如何仿古、拟人、拟物，这些都是设计中值得深入的。［6］
（2）不对称结构，不对称图案设计
自然界中对称现象是很多的，对称是研究物理世界的基本方法，对称性也是物质世界的基本特性，从设计而言，对称表示稳定、永恒、庄重，中国的房屋设计中就表现得很明显。若改为不对称构型就体现了“动感”、“活力”、“朝气”。有些衣服的设计就体现了这一特点。对音箱的设计，也有着这一特点。有的更采用了非黄金分割比例设计。
（3）不同材质的外形设计
人们对某一产品使用不同材料则会有不同的视觉感受和触觉感受，对微型音箱而言，用得最多的是塑料（ABS、PP等），也有的是使用木质材料。不同的材料加工成型的方法也各有不同。这样，对设计而言不同材质的选用，也是权衡性价比后进行设计的重要问题。
（4）外形色彩设计
色彩是构成产品外观的重要因素。色彩感觉是人们对色彩的生理和心理上的反应，但色彩表现，特别是产品外观色彩的表现是与技术分不开的。产品是要靠有色材料组合成涂料不同来表现产品的内涵和设计思想的，就是同一种颜色，由于材料性能或喷涂技术的差异，表现的质感也大不相同。这里，又要分纸盆色彩、音箱体色彩等。比如说，若用喷涂法喷涂上蓝漆，在喷涂时所给的压力小，漆的颗粒大，就会有磨砂质感的蓝；给的喷涂压力大，漆的颗粒小，就会有较光亮的质感。［6］
2.微型智能音箱中“能”的设计
前面我们介绍过关于微型智能音箱中的功能的相关知识的内容。应该说这个“能”应包括：
⑴ 声学功能。作为一个音箱这应是首要的功能。
⑵电学功能。
⑶光学显示功能及声、光、电技术结合功能（激光的应用、莫尔条纹的应用、凹面镜技术应用等）。
⑷虚拟声学（心理声学）的利用。等诸多方面。
目前微型智能音箱表现在“能”的方面的问题是：
a.对声功能特性重视不够；
b.智能功能特性没有跳出仿手机功能的框框；
c.光学显示功能及声、光、电技术结合功能运用不够，虽然现在带显示屏的不少；但亮点泛陈；例如：图像识别技术（.指纹开机、主人面孔识别、面部情绪特征识别等）就用得不够。索尼公司推出的Symphonic light音箱，从外形上看好像是个灯泡或灯笼，但实际上其中隐含了扬声器，并使用索尼的垂直音箱技术，它不仅有晶莹剔透的外观，而且能在播放音乐的同时发光。；
d.虚拟声学（心理声学）的利用不够。这一点更应引起重视，因为音箱的微型化，其低音效果难以达到好的效果，若在结构上、线路上等努力则价格上就难做到优良的性价比。若考虑把虚拟声学用上应是一个不错的选择。大多数音频系统品质会受制于扬声器，特别是低频的响应。而低频响应往往是对人们情绪有着感染力的重要信息来源。现在大多数消费者已将低频响应看作为衡量音频系统品质的重要指标了。 听觉是个体对声波物理特性的反映。人的听觉是仅次于视觉的一种重要的感觉通道。人类的语言及其它所有与声音有关的信息，都是靠听觉获得的。听觉感知的研究领域是一个多学科的范畴，其中至少包括了物理学、生理学、心理学、计算机科学、认知科学和音乐等诸多方面的内容。现在，人类对声波产生的物理机制及传播过程已有了透彻地研究，对声波从外耳至内耳的传送机制也有了相当程度的了解。但是，对于人类如何依据到达内耳的声信号形成最后的听觉映象则还缺乏充分和足够的认识。虚拟声(virtual sound)也称为双耳技术(binaural technology)、三维声(3D sound) 、虚拟听觉重发(virtual auditory display)等,它通过对人双耳处的声信号进行捡拾、模拟和重发,给倾听者在主观感觉上再现原声场的主要空间信息，使倾听者得到空间声像印象，与传统的多通路声重发系统相比较,虽然虚拟声技术具有一定的局限性，但它具有结构较为简单、重发的空间听觉真实自然等优点，使得它在多媒体与虚拟现实、虚拟（心理）声学研究、家用声重发等领域有广泛的应用前景。［6］使用MaxxBass芯片进行的虚拟（心理）声学的低音扩展的专利技术，有以下几点值得注意。
⒈大多数音频系统的限制在于扬声器，特别是其对于低频的响应。而低频响应往往是对人们情绪有着感染力的重要信息来源。
⒉现在大多数消费者已将低频响应看作为衡量音频系统品质的重要指标了。
⒊随着器件的集成化、微型化，低频响应都受到器件、系统尺寸和体积的限制而难以施展其特性。
⒋采用了先进的心理声学的方法进行低频扩展，从而制造出了既是迷你型、又能具有优质低频扩展的多媒体音响。如何产生心理声学低频扩展呢？这里我们举一个常见的多媒体音响的音箱为例来说明。（图3、图4）
由于喇叭小在重放中低音部分受影响而会采用全部都提升的所谓“搁架式”的方法，但由于喇叭口径小，不论怎样低音总不会有太大的改善。（图5）利用MaxxBass心理声学低频扩展的音响的做法是：先把原来信号中低于50Hz的几种信号去掉，该部分为信号A，再把原来信号中低于50Hz的几种信号的谐波信号（二次谐波、三次谐波、四次谐波等）即该部分为信号B，然后把A和B合成。这时听者就会感觉到低于50Hz的几种信号了。（图6、7）
图7 利用MaxxBass心理声学进行低频扩展的步骤
图8所示是迭加后的信号及听音者感觉到的信号。它有以下的优点：
a.比常用的低频提升更自然，它不会因提升了低频而改变低频/高频的平衡；
b.比传统音响的低频在音量变化上更为线性；
c.能显著改善音频系统的表现，低频响应可扩展到1.5倍频程（八度）；
d.不会增加功放而超越设备的极限；
e.是当前属于前沿的虚拟声学、心理声学的应用。显然若用在微型智能音箱上是有其优点的，作为设计原则而言，应用在用2吋以下的喇叭作为的音箱为最佳。［5、6］
3.微型智能音箱设计中传“神”设计
何谓“神”？ “神”意味着：
a.音箱作为一个艺术品，它能给人们一个“意境”、“联想”、“韵味”，它有“魅力”，它具有本身的艺术特征；
b.音箱又作为工业产品，它应在符合“包豪斯”三原则的条件下，体现出技术与艺术的统一。
其实，艺术和技术的融合是有个过程的。19世纪末20世纪初，风靡欧洲大陆的新艺术运动是用传统、古典的艺术形式来框套机械产品，进而寻求工业产品的新形式运动。因而也可以说是一种从艺术、工业美术向工业产品的新形式运动。新艺术运动在先进技术与过时的外观形式的矛盾、折衷、徘徊中寻求新的出路。这也就是前面讲的为何从“凑合”中走出来的时候的探索。这时，陷于矛盾之中的是，一方面要用纯艺术的眼光、缅怀古典的传统形式，主张以自然界动植物的具象纹样为素材和弯曲的线条来装饰工艺产品，实际上是给工业产品穿上工业的、手工艺的外衣。另一方面工业技术以其强大的生产力生产着新的技术产品，充斥整个社会物质生活领域，冲击着传统艺术观念的桎梏。走出“凑合”的阶段，就要进入“结合”的阶段，这也就是要把新技术、新材料、新工艺以其自身的规律开辟相应的合乎功能的“形态美”，这一方面是建立人们的新的审美标准，同时也要艺术家们对产品功能和形式的关系进行重新的思考，以求达到技术和艺术有机结合的境界。当然，这也促使工业设计理论和实践的变革。若要达到“融合”的高级境界，那就要不断上升，升华到新的阶段，比利时设计师威尔德（H.Van.de Velde 1863-1957）作为理性主义的先驱，他说：“根据理性结构的原理所创造出来的完全适用的设计，才能实现美的第一要素，同时也才能取得美的本质。”这说得很透彻，要取得美的本质、美的真谛，就要能传“神”，体现出美的“韵味”来。［6］
实际上，关键之所在还应是这个“神”是要通过“形”和“能”来体现。我们讨论了一些微型智能音箱设计问题。但是若要能做出好的微型智能音箱，还必须要认清：
⒈ 只有好喇叭相配伍才能做出好音箱，没有好喇叭想做出好音箱，只能是空想；
⒉ 虽有好喇叭，若无整体设计理念，并不能做出好音箱；
⒊ 在功能上要综合考虑电、声、智能控制等诸多方面。
⒋ 要综合衡量其作为“工艺品”的指标要求。
创新理念设计举例
⑴ 现在的设计，有不少是将音箱设计成了“工艺”品，构件也就很“别致”了。如Apple的一款设计就是如此（图9）。
⑵ 现在也有利用拓扑结构的“克莱茵瓶”来设计的拓扑号筒（Topology Horn）式新型喇叭。图10左右为原始的克莱茵瓶，经过设计、改造后则如图10右。
该拓扑号筒（Topology Horn）式新型喇叭的声輻射特性也和目前常见的号筒喇叭不同，又和一般的音箱不同，听到的效果也大不相同。实际制造上先有一个箱体，前面开口(B)后面开口(C)，在箱子前面开口旁的箱壁上开一个孔A，再用一个弯曲的管道连接A孔后，经几个弯头再接到C口上去。而在C口外有一个圆环形的法蘭盘，裝在管道外，其目的是为了装振动源。这可以考虑用在新型微型智能音箱上。
⑴ 索尼公司出推出的Symphoniclight音箱，从外形上看好像是个灯泡或灯笼，但实际
上其中隐含了扬声器，并使用索尼的垂直音箱技术，它不仅有晶莹剔透的外观，而且能在播放音乐的同时光。［6］
结语
作为微型智能音箱产品的设计，本文从阐述产品设计对于一个企业的重要意义开始讨论，再对微型智能音箱的部件功能进行分析，进而对微型智能音箱产品设计提出了：智能音箱设计应考虑的首要问题是其“定位”的问题，它归根到底应是“音箱”；其声学功能应放首先考虑；其二应考虑其应归属为“工艺品”设计之列；并提出了“形”、“能”、“神”的设计三原则。这对微型智能音箱产品设计是有意义的。
文章内容参考《电子器件》杂志今年第四期
参考文献
1、黄 蔚 设计成就战略 北京 《财富》 2008年11月 p2—3
2、许 康 美感—科技活动中的激励因素 北京 科学出版社 2000
3、王以真 实用扬声器工艺手册 北京 国防工业出版社 2006；p89—96
4、俞锦元 扬声器设计与制作 广州 广东科技出版社 2007；p56—78
5、谢菠荪 虚拟听觉在虚拟現实、通信及信息系统的应用 北京 《电声技术》2008年 32卷01期 p22
6、吴宗汉 何鸿钧 关于迷你音箱设计的讨论 北京 《电声技术》2010年 12期 p27
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