立式電鋼琴音響設(shè)計要點

A：電聲學(xué)設(shè)計解析B：結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計解析C：電鋼琴音響設(shè)計解析立式電鋼琴音響設(shè)計要點

喇叭基本結(jié)構(gòu)喇叭單元對聲音的影響和改善作用提升作用

A：電聲學(xué)設(shè)計解析

1：折環(huán)

折環(huán)又叫皮邊,它的作用首先是為錐盆(2)的運動提供一定的順性，也就是具有一定的柔性，讓錐盆可以前后運動，另外還有輔助定心支片(4)對錐盆音圈進行定位，讓音圈保持在磁隙中央，并提供錐盆運動的回復(fù)力的作用。

在最早的喇叭上，折環(huán)就是錐盆最外沿的部分，也就是沒有專用的折環(huán)材料。后來出現(xiàn)了皮革、布基、橡膠、塑料等各種各樣的折環(huán)材料，折環(huán)形狀也多種多樣。根據(jù)折環(huán)的作用，有時候可以從折環(huán)的形狀粗略估計單元的沖程情況，寬而高高鼓起的折環(huán)常常意味著單元有較大的沖程，但這并不準(zhǔn)確。另外寬大的折環(huán)往往對聲音有不利的影響，下文馬上提到。

雖然現(xiàn)代的折環(huán)從錐盆中分離出來，是一個獨立的結(jié)構(gòu)，但它仍然會對聲音有很大的影響。

一個方面，折環(huán)跟著錐盆一起振動，這個振動對喇叭單元整體的聲音輻射有貢獻。因此計算單元的有效振動直徑時，通常要包含折環(huán)一半的寬度(也有只計1/3的)。所以有效振動直徑就是折環(huán)中部所圍的圓的直徑。

另一個方面，折環(huán)的振動又無法與錐盆完全一致，它有自己的諧振特性，可能在某個頻率處與錐盆的運動正好反相，于是就產(chǎn)生了一種現(xiàn)象，即所謂的折環(huán)反共振，并影響錐盆的運動，最后在聲音輸出上產(chǎn)生“中頻谷”。所以呢，折環(huán)最好能自己消耗掉這種振動的能量，也就是要有很好的內(nèi)阻尼。不同的材料具有不同的內(nèi)阻尼，一些膠水也常常被涂在折環(huán)上用來提高內(nèi)阻尼，以抑制中頻谷。另外折環(huán)的形狀、幾何尺寸等對"中頻谷“也都有影響。”中頻谷“不僅僅可以從頻率響應(yīng)曲線上看出，由于它是一種諧振引起的現(xiàn)象，所以常常還會很明顯地體現(xiàn)在阻抗曲線上，請看下圖：

錐盆，又叫振膜，也就是喇叭單元中最重要的一個振動部件，由它來直接驅(qū)動空氣，把單元的機械運動，轉(zhuǎn)換為空氣的聲波傳遞運動。錐盆直接決定了單元重播聲音各個方面的性能，例如頻率響應(yīng)、失真、甚至靈敏度等。其中，錐盆的大小、幾何形狀、材料性能、質(zhì)量(重量)等方面的特征都是重要的。

這些因素中，首先是錐盆材料。最早的錐盆材料就是紙，當(dāng)然，紙的種類本身就非常多，性能也有巨大的差別。后來又發(fā)展出金屬(鋁等)、塑料(如聚丙烯等)、高分子纖維(芳綸纖維、碳纖維等)、精細陶瓷(氧化鋁陶瓷等)、復(fù)合材料(鉆石涂層、三明治結(jié)構(gòu))等等。

理想的錐盆材料應(yīng)該是剛性(楊氏模量)極好，密度極小，內(nèi)阻尼大等。楊氏模量大是為了使喇叭單元重放聲音的帶寬(頻響范圍)足夠大，特別是為了提高重放范圍的上限，因為在低頻區(qū)，可以認為錐盆是作為一個整體來運動的，這個頻率范圍就是所謂的活塞運動區(qū)，這時候聲音的重放性能主要是由單元的電和力方面的設(shè)計決定的。當(dāng)重播的頻率提高時，錐盆就無法做為一個整體來運動了，而是會產(chǎn)生所謂的分割振動，錐盆各個區(qū)域的振動行為各不相同，如下圖所示注：(圖中的+號表示這個區(qū)域運動方向與音圈的運動方向相同，或同相；-號表示該區(qū)域的運動方向與音圈的相反、或反相.)

2、錐盆

分割振動的出現(xiàn)，使得頻率響應(yīng)不再平滑，出現(xiàn)許多峰谷，并產(chǎn)生失真。很多金屬錐盆嚴(yán)重的分割振動的諧振峰(也有人稱之為盆裂峰)的高度可以高達10dB以上。除了峰以外，分割振動的諧振現(xiàn)象在頻響曲線上也可能表現(xiàn)為谷。

金屬盆的分割振動諧振峰明顯，并不意味著非金屬錐盤就沒有嚴(yán)重的分割振動，而可能是更嚴(yán)重(在較低的頻率就開始了，我曾經(jīng)開玩笑地形容說“高頻基本靠抖”)。但是許多非金屬材料，如紙、聚丙烯、具有良好的內(nèi)阻尼，較好地吸收了這些分割振動的能量，所以在頻率響應(yīng)曲線上看，諧振產(chǎn)生的峰谷不是很明顯，但畢竟存在。這些諧振嚴(yán)重時也可以從阻抗曲線上看出來。如下圖所示的曲線：

為了提高內(nèi)阻尼，有些錐盆表面還涂上某種膠水。而錐盆表面有時也做出各種形狀的加強筋，主要目的也是抑制分割振動。重播的上限還與錐盆的質(zhì)量以及形狀有關(guān)，如盆剖面是直線形、拋物線型還是指數(shù)形，盆的頂角等等。錐盆的質(zhì)量也影響重播的下限。喇叭單元，特別是高音單元中，振膜(這時候不能叫錐盆了)的形狀還影響重播聲音的指向性。一般來說球頂?shù)闹赶蛐员确辞蝽數(shù)膹V。一種很特殊的振膜形狀是平板振膜：一般來說，橢圓和平板振膜由于消除了錐形振膜中存在的前室效應(yīng)，所以一定程度上可以抑制中頻谷，但指向性不好，目前大多數(shù)平板揚聲器的音質(zhì)也不是很理想。主要是用在一些特殊音效的電器產(chǎn)品上面，比如電視機/小型收音機等上使用最廣泛

3、防塵罩防塵罩，就是個蓋子，蓋子是它的首要功能，防止異物落在磁隙中影響音圈的運動。它做為一個蓋子，同時還具有一個和折環(huán)一樣的功能，就是把錐盆前后方的空氣隔離開，避免向后輻射的聲音繞到前方，而造成聲短路。

但是防塵罩是粘在振膜的中央和振膜一起運動的，所以它也會推動空氣，產(chǎn)生聲輻射，因此防塵罩也會影響音質(zhì)。不同的防塵罩，形狀和材質(zhì)不同，常見的是鼓起來的一個球頂形狀的，也有凹下去的，如下圖的喇叭用的：也有些防塵罩與振膜是一體成形的，如Dynaudio的低音單元，采用大音圈的同時使用大型的一體成形防塵罩，這樣的防塵罩使得整個錐盆的形狀有點接近平板振膜，好處是可以抑制中頻谷，并且組裝的工藝可以簡化：另外，防塵罩的材質(zhì)也會影響單元的頻率響應(yīng)。出于市場的考慮，防塵罩還被賦予了重要的裝飾功能，特別是在車用超低音單元上。也有不少單元并沒有防塵罩，比如SEAS的許多單元在導(dǎo)磁柱上安了一個金屬的相位塞，這防塵罩就沒地方裝了。相位塞可以改變聲波傳遞的途徑，對聲音輸出有一定的影響，但單元的防塵功能就差了一些，后向輻射也會在一定程度上“泄露”到前方來。對于SEAS的一些單元來說，金屬相位塞最重要的優(yōu)點應(yīng)該是它加強了音圈的散熱，可以提高單元的功率。

4、彈波_定心支片定心支片，又叫彈波。它的功能主要是為錐盆的運動提供回復(fù)力，并使音圈在運動時仍能保持在磁隙中的正確位置。除此之外，它還能防止異物落入磁隙。雖然很少被人注意到，但在高保真低音單元中，定心支片的性能對單元低音的重播有非常重要的影響。它不僅和錐盆、折環(huán)以及音圈一起決定單元的fs、Qts等T/S參數(shù)，還影響單元的動態(tài)、失真等性能。大聲壓下單元的性能與定心支片有很大的關(guān)系，但是目前國內(nèi)相關(guān)行業(yè)對這方面的認識似乎還不是很充分。

定心支片一般用棉、麻、聚?亞胺、NOMEX等纖維織成的布做成，然后浸上樹脂使之定形(波浪形)、變硬。力-位移曲線是定心支片的基本參數(shù)。

新單元的定心支片比較硬，經(jīng)過一定時間的工作之后會慢慢變松，使得單元整體的fs、Qts等均發(fā)生變化，這也是“煲”喇叭的主要原因。

5、盆架盆架是整個喇叭單元的骨架，大多數(shù)部件都直接或間接地固定在盆架上。但它對聲音的影響卻相對較小。盆架主要用鐵皮、鑄鋁或塑料做成。大家都喜歡鑄鋁的盆架，因為看起來摸起來都很爽。鐵皮盆架和塑料盆架的成本當(dāng)然要低許多。

至于盆架對聲音的影響，主要在兩個方面，一方面是盆架的剛性不夠時，可能在單元工作時產(chǎn)生諧振，那就會使頻率響應(yīng)產(chǎn)生峰谷，并導(dǎo)致失真，但這個問題通常都比較輕微。另一個方面，設(shè)計不良的盆架可能會使錐盆后方的氣流受到影響，聲波在盆架內(nèi)的反射也會影響聲音的輸出。所以現(xiàn)代的高保真低音單元的盆架都是相當(dāng)?shù)拈_放，比如下面兩個設(shè)計6、線圈9、音圈骨架音圈是喇叭單元發(fā)聲的中心部件，喇叭完成從電能到機械能的轉(zhuǎn)換，就是依靠音圈來進行的。

音圈處在上夾板與導(dǎo)磁柱圍成的磁隙中，當(dāng)電流通過時，就產(chǎn)生力，發(fā)生運動。這個力是磁隙中的磁通密度與音圈導(dǎo)線長度的乘積，記為BL，它也是喇叭單元的重要參數(shù)之一。

音圈的工作與磁路關(guān)系非常密切，首先是它們幾何尺寸的相對大小就會明顯影響喇叭單元的聲音表現(xiàn)。按照音圈繞線的寬度與磁隙高度之間的關(guān)系，可以把喇叭單元的音圈磁路結(jié)構(gòu)分成兩大類，一類是長音圈結(jié)構(gòu)，另一類是短音圈結(jié)構(gòu)。音圈線有銅線和鋁線以及銅包鋁線，其中銅包鋁線的綜合性能較優(yōu)。音圈線的截面形狀又有圓形和扁平之分，扁平線有利于提高效率。

喇叭單元的額定功率與音圈關(guān)系最大，可以說單元的額定功率接近于音圈不被燒傷燒毀的最大功率。其中，音圈的直徑、導(dǎo)線的漆膜耐溫性以及音圈骨架的種類有很重要的影響。

音圈骨架常用的材料可以分為金屬與非金屬。非金屬的主要有紙、聚酰亞胺、云母增強樹脂等；金屬材料常用的有鋁和黃銅，其中鋁合金是目前大功率單元最常用的音圈骨架材料。

由于金屬在磁場中運動時會切割磁力線而產(chǎn)生渦流，所以要在骨架上縱向切開一個細縫。但這個細縫并不能杜絕渦流的產(chǎn)生，而渦流又導(dǎo)致?lián)p耗、失真和阻尼，所以鋁骨架音圈的Qms一般較非金屬骨架低。非金屬骨架則不存在渦流現(xiàn)象，因而具有較高的Qms，同時也避免了渦流導(dǎo)致的失真。

7、上夾板8、磁體10、導(dǎo)磁板柱上夾板又叫前夾板、華司等。導(dǎo)磁板柱又叫T鐵，它又可以分成下（后）夾板（與上夾板合稱導(dǎo)磁板）和導(dǎo)磁柱兩個部分。它們和磁體共同構(gòu)成了單元的磁路系統(tǒng)。

磁體在喇叭單元發(fā)展的最初階段采用過電磁鐵，也就是勵磁電路，現(xiàn)在基本上完全被永磁體代替（除了極少數(shù)發(fā)燒友自己玩的）。喇叭單元的磁體類型主要有鐵氧體、釹鐵硼和鋁鎳鈷三大類，鋁鎳鈷具有很好的特性，但價格太高，現(xiàn)在很少采用。鐵氧體成本低且穩(wěn)定，使用最多。釹鐵硼磁能積高，使用也較廣泛，但居里點較低，也就是不耐熱。最近稀土價格猛漲，也波及了喇叭磁體市場。

導(dǎo)磁板與導(dǎo)磁柱一般用低碳鋼或純鐵制成，要求磁導(dǎo)率高。

11、氣孔這個結(jié)構(gòu)是貫穿T鐵中央的一個孔道，并不存在于所有的單元上。有不少單元沒有這樣的結(jié)構(gòu)。為什么會有這樣的結(jié)構(gòu)，得從音圈和它的運動說起。音圈的上端固定在錐盆底部，是密封的，而另一端套在導(dǎo)磁柱上，這樣，音圈與導(dǎo)磁柱頂部就有一個不完全密封的小室，因為在音圈與磁隙之間，內(nèi)外側(cè)都有細小的縫，使這個小室可以通向單元之外，但這個細縫很小，氣流通過有較大的阻力。當(dāng)音圈前后運動時，這個小室的體積不斷改變，小室氣壓也隨著改變，相當(dāng)一個帶阻尼的空氣彈簧安裝在音圈中，將對單元的工作造成意外影響。因此必須在適當(dāng)?shù)奈恢瞄_孔，使小室的空氣可以順暢進出。在導(dǎo)磁柱上開這個氣孔的主要目的就是這個。當(dāng)然還有別的方案，上面提到少數(shù)單元的防塵罩帶有小孔，也是這個原因。還有的單元在音圈骨架上打出許多小孔，也可以起到同樣的作用：

進出這個小室的氣流還有個很重要的作用，就是把音圈工作時產(chǎn)生的大量熱量帶走。所以一般認為導(dǎo)磁柱上這個氣孔是用來散熱用的，也因此許多單元的氣孔越開越大。這個氣孔是不是越大越有利于散熱呢？有研究表明，并非如此。據(jù)klippel的一項研究表明，較小的氣孔散熱效果更好。.此外，一個喇叭單元還要包括引線、接線端子等小配件

音箱的分類：音箱又稱揚聲器箱，它是將高、中、低音揚聲器組裝在專門設(shè)計的箱體內(nèi)，并經(jīng)過分頻網(wǎng)絡(luò)將高、中、低頻信號分別送至相應(yīng)的揚聲器進行重放。音箱按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同分類要有：密閉式、倒相式、迷宮式、前置號筒式、空紙盆式、對稱驅(qū)動式、克爾頓式、啞鈴式等等，我們考慮電鋼琴箱體的特性，在此簡單分析幾個常用的音箱模式。音響聲場的通透性與指向性對音質(zhì)的改善提升作用

B：結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計解析一、密閉式音箱（ClosedEnclosure）密閉式音箱是結(jié)構(gòu)最簡單的揚聲器系統(tǒng)，由揚聲器單元裝在一個全密封箱體內(nèi)構(gòu)成，它能將揚聲器的前向輻射聲波和后向輻射聲波完全隔離。但由于密閉式箱體的存在，增加了揚聲器運動質(zhì)量產(chǎn)生共振的剛性，使揚聲器的最低共振頻率上升。它聲色有些深沉，但低音分析力好。使用普通硬折環(huán)揚聲器時，為了得到滿意的低音重放，需要采用容積大的大型箱體。新式的密閉音箱利用封閉在箱體中的壓縮空氣質(zhì)量的彈性作用，盡管揚聲器裝在較小的箱體中，錐盆后面的氣墊會對錐盆施加反驅(qū)動力，所以這種小型密閉音箱也稱氣墊式音箱。

二、低音反射式音箱（Bass-ReflexEnclosure）也稱倒相式音箱（AcousticalPhaseInverter）低音反射式音箱（Bass-ReflexEnclosure）也稱倒相式音箱（AcousticalPhaseInverter），在它的負載中有一個出聲口開孔在箱體一個面板上，開孔位置和形狀有多種，但大多數(shù)在孔內(nèi)還裝有聲導(dǎo)管。箱體的內(nèi)容積和聲導(dǎo)管孔的關(guān)系，根據(jù)亥姆霍茲共振原理，在某特定頻率產(chǎn)生共振，稱反共振頻率。揚聲器后向輻射的聲波經(jīng)導(dǎo)管倒相后，由出聲口輻射到前方，與揚聲器前向輻射聲波進行同相疊加，它能提供比密閉式音箱更寬的帶寬，具有更高的靈敏度，較小的失真，理想狀態(tài)下，低頻重放頻率的下限可比揚聲器共振頻率低20%之多。這種音箱用較小箱體就能重放出豐富的低音，是目前應(yīng)用最為廣泛的類型。

五、無源輻射式音箱（DroneConeEnclosure）是低音反射式音箱的分支，又稱空紙盆式音箱。無源輻射式音箱（DroneConeEnclosure）是低音反射式音箱的分支，又稱空紙盆式音箱。它的開孔出聲口由一個沒有磁路和音圈的空紙盆（無源錐盆）取代，無源錐盆振動產(chǎn)生的輻射聲與揚聲器前向輻射聲處于同相工作狀態(tài)，利用箱體內(nèi)空氣和無源錐盆支撐元件共同構(gòu)成的復(fù)合聲順和無源錐盆質(zhì)量形成諧振，增強低音。這種音箱的主要優(yōu)點是避免了反射出聲孔產(chǎn)生的不穩(wěn)定的聲音，即使容積不大也能獲得良好聲輻射效果，所以靈敏度高，可有效減小揚聲器工作幅度，駐波影響小，聲音清晰透明。

六、號筒式音箱（HorntypeEnclosure）號筒式音箱（HorntypeEnclosure）對家用型來講，多采用折疊號筒（FoldedHorn）形式，它的號筒喇叭口在口部與較大空氣負載耦合，驅(qū)動端直徑很小，這種音箱的背面是全密封，箱腔內(nèi)的壓力都多至揚聲器錐盆的背面上。為保錐盆前后壓力保持平衡，倒相號筒裝置于揚聲器前面。折疊號筒音箱是倒相式音箱的派生，其音響效果優(yōu)于密閉式音箱和一般低音反射式音箱。

C；音響設(shè)計解析電鋼琴/電子琴箱體結(jié)構(gòu)由于琴體設(shè)計特殊需要，基本分立式開放式箱體；密閉式箱體；外掛式箱體；音箱按分頻的方式分類主要有：單揚聲器音箱；二分頻音箱；三分頻音箱；四分頻音箱；多分頻音箱。揚聲器單元安裝在音箱內(nèi)后，可以利用音箱內(nèi)部的聲音的傳播特性，擴展揚聲器低頻重放范圍，使重放聲產(chǎn)生較宏大的聲場。音響的音效需要結(jié)合喇叭單元和音箱聲場重放得到最佳效果。電聲學(xué)以揚聲器單元為主,音質(zhì)效果改善提升主要是磁鋼/錐盆/音圈等部件的特性做調(diào)整修改，整個琴體音響的音質(zhì)效果需要考量喇叭單元和音箱聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計達到的效果。

A；音箱設(shè)計影響整