音箱通用原理

1、音箱通用原理音箱通用原理目前音箱是按其構(gòu)造分類的，例如閉箱、倒相箱、空紙盆箱（無源輻射箱）、迷宮箱、二級(jí)倒相 箱、前號(hào)筒箱、后號(hào)筒箱、箱式低音炮、管式低音炮、加載式、傳輸線式、管道式等等約有10余種形式，而每一種音箱都不得有各自的原理解釋，絕大多數(shù)解釋的 不完全不全面。/sizesize=5 人們知道，設(shè)置音箱的目的有兩個(gè)，一是因?yàn)轭l率在1200Hz以下的低音無方向性，振膜前后方的聲波呈反相狀態(tài)，會(huì)引起低音聲短路，致使低頻聲壓大跌， 因此需用音箱隔離前后聲波；二是單個(gè)揚(yáng)聲器的頻響范圍有限，為拓寬頻響，需用2只以上揚(yáng)聲器分別工作在不同的頻段，以達(dá)到對(duì)高低音向兩端延伸的要求。防止 聲短路問題，但背

2、輻射聲波的能量沒有利用起來。為改善這一弱點(diǎn)，人們又發(fā)明了10余種形式的音箱，在防止低音聲短路的前提下，充分利用背輻射聲波的能量， 提高電聲輪換效率，拓寬低頻響應(yīng)。這10余種音箱都有各自的工作原理解釋，有些解釋較清楚，有些解釋較籠統(tǒng)，甚至還有一些片面的誤解。這種設(shè)計(jì)制作各種音 箱帶來了難度，為此，筆者提出一種全新的通用的音箱原理消音與半消音原理。在充分理解的基礎(chǔ)上，就能舉一反三，設(shè)計(jì)制作好任意結(jié)構(gòu)的音箱。2、音箱的分類傳統(tǒng)的分類是按箱體的結(jié)構(gòu)分類，而根據(jù)消音與半消音原理分類，是按背輻射聲波的處理方式分類，這就將所有的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器歸納為一個(gè)共同的原理消音與半消音原理。并分為兩大類箱形，即消音箱和半

3、消音箱。21消音式音箱消音式音箱就是對(duì)箱內(nèi)聲波作消音處理，閉箱就是典型的消音箱，此外，大障板箱、背開口箱、對(duì)稱驅(qū)動(dòng)箱、前號(hào)筒箱等均為消音式音箱。通過消音二字，對(duì)其工作 原理就能大體略知，消音的好壞，直接關(guān)系到放音質(zhì)量的好壞。這里可把背輻射聲波分為兩個(gè)頻段，分別對(duì)待。一段是低音揚(yáng)聲器裝箱后聽諧振頻段，另一段是低音 單元除去諧振頻段后的全部頻段即非諧振頻段。對(duì)諧振頻段來說，未加入吸聲材料時(shí)，聲波能量被吸收的較少，能量被轉(zhuǎn)移消化的較少，因此諧振能量較大，低音單元在諧振頻率處的諧振未受到太多的抑制，振幅 依然很大，造成很強(qiáng)的自感電勢(shì)，自感電勢(shì)與信號(hào)電勢(shì)共同參與電聲雙向反應(yīng)（筆者在另一文章提出了電聲雙向

4、反應(yīng)論），對(duì)諧振頻率處的聲波造成最大的波形失 真，這是危害之一。危害之二是當(dāng)電信號(hào)停止時(shí)，慣性導(dǎo)致大振幅具有較強(qiáng)的余振，造成聲波拖尾變長，使低頻變得拖泥帶水，產(chǎn)生隆隆聲。這個(gè)隆隆聲就是余振拖 尾造成的，是電信號(hào)中沒有的新聲波。危害之三是強(qiáng)烈的振幅產(chǎn)生較高的聲壓，該聲波失真又大，又會(huì)使頻響曲線的低端凸起，破壞了聲壓的平衡。對(duì)音箱來說，減 少這3點(diǎn)危害的有效方法就是增加吸聲材料。但吸聲材料的加入量并非越多越好，過多的吸聲材料，雖然減少了前兩個(gè)危害，但又造成低音力度不足。這就需要折衷 處理，如何掌握吸聲材料的加入量，以什么為標(biāo)準(zhǔn)呢？應(yīng)以反映諧振峰阻尼特性的Q值為標(biāo)準(zhǔn)，將音箱Q值調(diào)整在0.60.7之間

5、為好。當(dāng)Q值0.7較多時(shí)，阻尼不足，低頻聲壓雖上升，但是瞬態(tài)特性變差，低頻伴有隆隆聲，聲波不清晰。影響音箱Q值的因素有兩點(diǎn)，一是單元裝箱前的Q值，由揚(yáng)聲器廠家設(shè)計(jì)確定，用戶一般只能挑選不能調(diào)整。二是箱內(nèi)吸聲材料的品種和數(shù)量可選。這兩個(gè)因素是互 相影響的，一個(gè)方面的不足，可用另一個(gè)方面給予補(bǔ)償。但這種補(bǔ)償是有限度的，例如一個(gè)自身阻尼不足的低音單元，品質(zhì)因數(shù)Q值過大時(shí)，是無法通過增加吸聲材 料來使其工作在最佳狀態(tài)的，只能使其轉(zhuǎn)好一點(diǎn)而已。揚(yáng)聲器的諧振頻率裝箱后會(huì)向上漂移，漂移量的大小，受箱容積和吸聲材料的影響。箱容積越大，吸聲材料越多，向上漂移量越小，反之相反。所以消音箱諧振峰的 頻率，由單元、箱

6、容積及吸聲材料共同決定。單元諧振頻率低，箱容積大，吸聲材料多，諧振頻率就低。值得注意的是單元的諧振頻率，這是起主導(dǎo)作用的。如果單 元諧振頻率偏高，就不能指望通過加大消音箱容積來延伸低頻響應(yīng)，因?yàn)閱慰吭龃笙粝淙莘e只能獲得減少向上的漂移量，并不能使音箱的諧振越過揚(yáng)聲器自身諧振 點(diǎn)向下延伸（半消音可以）。一對(duì)音箱的低頻表現(xiàn)，應(yīng)該是頻率低、聲壓足、無隆隆聲。而頻率和聲壓兩者很難同時(shí)照顧到最佳值，只能折衷考慮。追求低頻的最佳 方案是，單元口徑大（口徑略小但線性沖程長），諧振點(diǎn)低，適當(dāng)?shù)拇笕莘e，適量的吸聲材料。低頻響應(yīng)的下限值，主要由單元諧振點(diǎn)所決定。任意一只低音單元， 可以配用不同容積的箱體，箱容積偏

7、大時(shí)，諧振峰向高峰漂移小，頻響箱容積偏小，諧振峰向上漂移大，頻寬變小，能量較為集中，使低端聲壓有所上升，箱容積小 到一定程度時(shí)，會(huì)在低頻段的頻響曲線上出現(xiàn)一個(gè)上凸區(qū)。人們希望在保持聲壓頻響曲線盡量平坦的前提下盡量拓寬低頻下限。對(duì)諧振峰以上頻段的背輻射聲波，即非諧振頻段聲波，則要做最大程度的消音處理，消音越徹底，背輻射聲波對(duì)振動(dòng)體的調(diào)制干擾越小，聲染色就越小，下面聲波就 越清晰。為了使消音更徹底，增加吸聲材料的數(shù)量是必要的，但不是唯一的，消音需注意以下幾點(diǎn)。（1）品種的選擇不同材料具有不同的吸聲材料，同一種材料在不同的頻率下吸聲系數(shù)也不同，吸聲系數(shù)大的作為首選。應(yīng)該選擇諧振頻段吸聲系數(shù)小、其它頻

8、段吸聲系數(shù)大的。這樣 可在保證最佳Q值的同時(shí)，盡可能地加入更多的吸聲材料，對(duì)背輻射有害聲波給予更多的吸收，減少有害聲波的影響，提高正面聲波的清晰度。（2）吸聲材料的放置方式這個(gè)問題容易被除數(shù)大家忽視，例如有的品牌音箱將吸聲材料扎成一個(gè)小布袋，隨意丟在箱內(nèi)，還有不少文章推薦在中間。筆者認(rèn)為，放在中間有兩種狀況，一是填 滿空腔，二是不填滿，同為中間效果不同。將吸聲材料分散布滿各個(gè)反射面是最佳方案，好處有兩條：一是分散布置可降低厚度，使低頻吸收系數(shù)降低的幅度大于中 頻吸收系數(shù)降低的幅度，在保證相同Q值的前提下，可放入更多的吸聲材料，進(jìn)一步加大中頻波的吸收，從而獲得更清晰的下面聲波；二是分散放置時(shí)，反

9、射到箱內(nèi) 各處的聲波都能得到有效吸收。如果將吸聲材料做布袋狀，隨意置于箱內(nèi)，就會(huì)有部分聲波被箱壁反射回到振膜（除非吸聲布袋充滿箱內(nèi)空間，但這種機(jī)會(huì)不多）， 使干擾變大。（3）音箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)觀念比較重視箱板厚度和正面兩側(cè)棱角及減少駐波的內(nèi)尺寸，但忽略了一個(gè)非常重要的問題，那就是要將減少背輻射反射回到振膜為首要目標(biāo).筆者見過發(fā)燒友 將面板做到一寸厚，箱體厚實(shí)牢固，但聲染色依然存在。采用特厚的面板，表面看是好事，其實(shí)搞不好會(huì)弄巧成拙，音染更大了。原因在于揚(yáng)聲器的背輻射聲波剛出 窗口就撞上厚厚的面板孔邊，近距離的大量反射波重返振膜勢(shì)必造成更大的音染。對(duì)現(xiàn)有過厚的面板，低音單元的面板開孔要由90垂直邊

10、改造為45左右斜 邊，減少空氣振動(dòng)阻力。只要充分理解了消音式音箱的含義，再融入傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)公式或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，不難制作出滿意的消音式音箱。22半消音箱消音式音箱具有設(shè)計(jì)調(diào)試簡單的特點(diǎn)，音質(zhì)也很好，但背輻射聲波未能利用起來，低頻失真較大，且低頻下潛不深。而隨后發(fā)展起來的半消音式音箱，對(duì)這兩條缺陷 有所改進(jìn)，既能減少低頻失真又能拓寬低頻響應(yīng)，但調(diào)試復(fù)雜一些，如果沒有對(duì)音箱原理的深刻認(rèn)識(shí)，沒有簡單的儀器幫助，很難將低頻和中頻及中高頻部分做好， 尤其是中頻和中高頻。倒相式、兩級(jí)倒相式、空紙盆式、迷宮式、帶通式（低音炮）、管道式、后號(hào)筒式、1/4波長加載式、傳輸線式、科爾頓式等等，均為半消音式音箱。它們

11、都有一 個(gè)共同特點(diǎn)，那就是充分利用背輻射聲波在諧振頻段的能量。通過箱腔空氣諧振與揚(yáng)聲器諧振的互相耦合，最大限度地將揚(yáng)聲器諧振能量較變?yōu)橄淝恢C振能量，再通 過開口或空紙盆將諧振能量輻射出去，從而提高低頻聲壓并拓寬了低頻響應(yīng)。由于揚(yáng)聲器諧振能量通過諧振波這根本看不見的空氣彈簧從開口大量輻射出去，加大了 振膜的負(fù)載，有效抑制了振膜在諧振頻段的大幅振動(dòng)，從而減少了揚(yáng)聲器感應(yīng)電勢(shì)的產(chǎn)生，使失真顯著減少，并能大幅提高低音揚(yáng)聲器的功率承受額。半消音式音箱的種類雖然很多，結(jié)構(gòu)各不相同，但其工作原理大同小異，例如兩級(jí)倒相式，就是在倒相式基礎(chǔ)上，又增加了一個(gè)諧振腔，兩個(gè)箱腔諧振與揚(yáng)聲器諧振 互相耦合，使諧振頻率處

12、的交流阻抗曲線形成3個(gè)小峰，3個(gè)阻抗峰比2個(gè)阻抗峰更優(yōu)一籌，能使諧振輸出聲波頻帶進(jìn)一步展寬，拓展了低頻。調(diào)試良好的箱腔諧 振，使振膜在此頻段的輻射阻抗大為提高，負(fù)荷的大幅提高使振幅更小，自感電勢(shì)更低，失真因此更小，振動(dòng)沖程的壓縮使其具有更大的功率承受額，比單級(jí)諧振 （倒相）箱性能更佳，只是調(diào)試更加復(fù)雜罷了?？占埮柘渑c倒相箱原理完全一樣，只是調(diào)試方法不同罷了。帶通式低音炮有兩種結(jié)構(gòu)，一種是閉箱加倒相箱的合成，另一種是兩個(gè)倒相箱的合成，工作原理一樣，都是利用2個(gè)諧振峰工作在不同的頻段，一高一低，高端一般 設(shè)計(jì)在120Hz180Hz，低端一般設(shè)計(jì)在2060Hz，2峰又疊加后從而輸出一個(gè)頻率為帶通狀的

13、聲波。這兩種箱型原理一樣，但效率不一樣，雙倒相 合成的效率略高一些。還可以將一個(gè)倒相箱和一個(gè)兩級(jí)倒相箱組合成3腔式低音炮，讓揚(yáng)聲器阻抗峰呈3峰的小群峰狀，進(jìn)一步拓寬輸出頻響，使輸出的頻段更寬更 平坦，并得到更高的功率承受額，更高的電聲轉(zhuǎn)換效率，更低的失真，更低的低頻。管式低音炮和箱式低音炮盡管造型不一，實(shí)際工作原理是相同的，但兩者效率略 有差異，管式效率更高些。不同的管徑也略有差異，圓管內(nèi)截面與振膜振動(dòng)面積接近時(shí)效率最高，相差越大效率越低。倒相管的尺寸也關(guān)系到效率高低，大而長的比 小而短的效率更高些?？茽栴D式是閉箱加帶通箱的合成，而迷宮式、管道式、后號(hào)筒式、1/4波長加載式、傳輸線式，盡管形狀

14、不一，名稱不一，內(nèi)涵卻是一致的，具有與倒相箱相同的 工作原理。都是利用箱腔諧振與揚(yáng)聲器諧振的互相耦合，將揚(yáng)聲器諧振能量耦合到箱腔諧振，再通過開口輻射出去，同時(shí)降低了揚(yáng)聲器在諧振頻段的振幅，減少了感 應(yīng)電勢(shì)，從而改善了失真，并提高了功率承受額。半消音式音箱的背輻射聲波，同消音式一樣，也是分為兩個(gè)頻段，即有用的諧振頻段和有害的非諧振頻段。相同的是，對(duì)有害聲波要盡一切手段，最大限度地做消音 處理，減少有害聲波對(duì)內(nèi)對(duì)外的干擾，從而提高下面聲波的清晰度。不同的是對(duì)諧振頻段的處理，消音式只是作簡單的部分消音，讓反映諧振峰阻尼特性的Q值保持 在中等程度。半消音式除對(duì)諧振給予部分消音，讓Q值保持在中等程度外，