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音箱通用原理
 
慧聪网   2006年3月31日17时52分   信息来源:全网电子    

    1、引言

    目前音箱是按其构造分类的,例如闭箱、倒相箱、空纸盆箱(无源辐射箱)、迷宫箱、二级倒相箱、前号筒箱、后号筒箱、箱式低音炮、管式低音炮、加载式、传输线式、管道式等等约有10余种形式,而每一种音箱都不得有各自的原理解释,绝大多数解释的不完全不全面。

    人们知道,设置音箱的目的有两个,一是因为频率在1~200Hz以下的低音无方向性,振膜前后方的声波呈反相状态,会引起低音声短路,致使低频声压大跌,因此需用音箱隔离前后声波;二是单个扬声器的频响范围有限,为拓宽频响,需用2只以上扬声器分别工作在不同的频段,以达到对高低音向两端延伸的要求。防止声短路问题,但背辐射声波的能量没有利用起来。为改善这一弱点,人们又发明了10余种形式的音箱,在防止低音声短路的前提下,充分利用背辐射声波的能量,提高电声轮换效率,拓宽低频响应。这10余种音箱都有各自的工作原理解释,有些解释较清楚,有些解释较笼统,甚至还有一些片面的误解。这种设计制作各种音箱带来了难度,为此,笔者提出一种全新的通用的音箱原理——消音与半消音原理。在充分理解的基础上,就能举一反三,设计制作好任意结构的音箱。

    2、音箱的分类

    传统的分类是按箱体的结构分类,而根据消音与半消音原理分类,是按背辐射声波的处理方式分类,这就将所有的动圈式扬声器归纳为一个共同的原理——消音与半消音原理。并分为两大类箱形,即消音箱和半消音箱。

    2.1消音式音箱

    消音式音箱就是对箱内声波作消音处理,闭箱就是典型的消音箱,此外,大障板箱、背开口箱、对称驱动箱、前号筒箱等均为消音式音箱。通过消音二字,对其工作原理就能大体略知,消音的好坏,直接关系到放音质量的好坏。这里可把背辐射声波分为两个频段,分别对待。一段是低音扬声器装箱后听谐振频段,另一段是低音单元除去谐振频段后的全部频段即非谐振频段。

    对谐振频段来说,未加入吸声材料时,声波能量被吸收的较少,能量被转移消化的较少,因此谐振能量较大,低音单元在谐振频率处的谐振未受到太多的抑制,振幅依然很大,造成很强的自感电势,自感电势与信号电势共同参与电声双向反应(笔者在另一文章提出了电声双向反应论),对谐振频率处的声波造成最大的波形失真,这是危害之一。危害之二是当电信号停止时,惯性导致大振幅具有较强的余振,造成声波拖尾变长,使低频变得拖泥带水,产生隆隆声。这个隆隆声就是余振拖尾造成的,是电信号中没有的新声波。危害之三是强烈的振幅产生较高的声压,该声波失真又大,又会使频响曲线的低端凸起,破坏了声压的平衡。对音箱来说,减少这3点危害的有效方法就是增加吸声材料。但吸声材料的加入量并非越多越好,过多的吸声材料,虽然减少了前两个危害,但又造成低音力度不足。这就需要折衷处理,如何掌握吸声材料的加入量,以什么为标准呢?应以反映谐振峰阻尼特性的Q值为标准,将音箱Q值调整在0.6~0.7之间为好。当Q值<0.6较多时,阻尼过量,低频清晰无隆隆声。如果Q值>0.7较多时,阻尼不足,低频声压虽上升,但是瞬态特性变差,低频伴有隆隆声,声波不清晰。

    影响音箱Q值的因素有两点,一是单元装箱前的Q值,由扬声器厂家设计确定,用户一般只能挑选不能调整。二是箱内吸声材料的品种和数量可选。这两个因素是互相影响的,一个方面的不足,可用另一个方面给予补偿。但这种补偿是有限度的,例如一个自身阻尼不足的低音单元,品质因数Q值过大时,是无法通过增加吸声材料来使其工作在最佳状态的,只能使其转好一点而已。

    扬声器的谐振频率装箱后会向上漂移,漂移量的大小,受箱容积和吸声材料的影响。箱容积越大,吸声材料越多,向上漂移量越小,反之相反。所以消音箱谐振峰的频率,由单元、箱容积及吸声材料共同决定。单元谐振频率低,箱容积大,吸声材料多,谐振频率就低。值得注意的是单元的谐振频率,这是起主导作用的。如果单元谐振频率偏高,就不能指望通过加大消音箱容积来延伸低频响应,因为单靠增大消音箱容积只能获得减少向上的漂移量,并不能使音箱的谐振越过扬声器自身谐振点向下延伸(半消音可以)。一对音箱的低频表现,应该是频率低、声压足、无隆隆声。而频率和声压两者很难同时照顾到最佳值,只能折衷考虑。追求低频的最佳方案是,单元口径大(口径略小但线性冲程长),谐振点低,适当的大容积,适量的吸声材料。低频响应的下限值,主要由单元谐振点所决定。任意一只低音单元,可以配用不同容积的箱体,箱容积偏大时,谐振峰向高峰漂移小,频响箱容积偏小,谐振峰向上漂移大,频宽变小,能量较为集中,使低端声压有所上升,箱容积小到一定程度时,会在低频段的频响曲线上出现一个上凸区。人们希望在保持声压频响曲线尽量平坦的前提下尽量拓宽低频下限。

    对谐振峰以上频段的背辐射声波,即非谐振频段声波,则要做最大程度的消音处理,消音越彻底,背辐射声波对振动体的调制干扰越小,声染色就越小,下面声波就越清晰。为了使消音更彻底,增加吸声材料的数量是必要的,但不是唯一的,消音需注意以下几点。

    (1)品种的选择

    不同材料具有不同的吸声材料,同一种材料在不同的频率下吸声系数也不同,吸声系数大的作为首选。应该选择谐振频段吸声系数小、其它频段吸声系数大的。这样可在保证最佳Q值的同时,尽可能地加入更多的吸声材料,对背辐射有害声波给予更多的吸收,减少有害声波的影响,提高正面声波的清晰度。

    (2)吸声材料的放置方式

    这个问题容易被除数大家忽视,例如有的品牌音箱将吸声材料扎成一个小布袋,随意丢在箱内,还有不少文章推荐在中间。笔者认为,放在中间有两种状况,一是填满空腔,二是不填满,同为中间效果不同。将吸声材料分散布满各个反射面是最佳方案,好处有两条:一是分散布置可降低厚度,使低频吸收系数降低的幅度大于中频吸收系数降低的幅度,在保证相同Q值的前提下,可放入更多的吸声材料,进一步加大中频波的吸收,从而获得更清晰的下面声波;二是分散放置时,反射到箱内各处的声波都能得到有效吸收。如果将吸声材料做布袋状,随意置于箱内,就会有部分声波被箱壁反射回到振膜(除非吸声布袋充满箱内空间,但这种机会不多),使干扰变大。

    (3)音箱结构设计

    传统观念比较重视箱板厚度和正面两侧棱角及减少驻波的内尺寸,但忽略了一个非常重要的问题,那就是要将减少背辐射反射回到振膜为首要目标.笔者见过发烧友将面板做到一寸厚,箱体厚实牢固,但声染色依然存在。采用特厚的面板,表面看是好事,其实搞不好会弄巧成拙,音染更大了。原因在于扬声器的背辐射声波刚出窗口就撞上厚厚的面板孔边,近距离的大量反射波重返振膜势必造成更大的音染。对现有过厚的面板,低音单元的面板开孔要由90°垂直边改造为45°左右斜边,减少空气振动阻力。

    只要充分理解了消音式音箱的含义,再融入传统的设计公式或计算机辅助设计,不难制作出满意的消音式音箱。

 
 
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