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倒相孔音箱和密闭音箱的知识介绍

转载自:http://www.hd299.com/2012/0722/116.shtml

开孔倒相音箱和密闭音箱的知识介绍在一开始,我们首先来给大家提出一个问题,为什么需要一个音箱?为什么不直接把扬声器放在一个架子上使用呢?
如果你说是为了美观,那你就错了。
美观确实是原因之一,但不是主要原因。真正的原因是,对于扬声器、特别是低音扬声器,没有箱体,它是没有声音的!
扬声器在振动的时候,并不只是正面有声波,由背面裸露的振膜我们可以想象出来,扬声器的背面也是有声波的。但是扬声器的正面和背面的声波是不同的——想象一下就可以知道,当振膜向前振的时候,从背面看,就是向后振的。这样,用声学术语来说,也就是扬声器前后声波的“相位”是相反的。
由于声波的绕射效应,我们可以认识到,如果没有阻隔,扬声器背面的声波绕射到前面来的时候,正好与扬声器前面的声波相互抵消掉了,那么声音自然不存在了,这种现象称为“声短路”现象。
解决这个问题的方法,就是使用一块大板子,将扬声器安放在板子的正中央。这样声波不就绕不过来了吗?这块板子的名字就叫做“障板”。有了这块板子,扬声器就可以正常发声了。
但是,这也有问题。那就是障板既大又难看,而且障板不可能是无限大的,这样总有一部分声波能够绕回来。

现在让我们来想像——
假设有一块无限大的障板,我们把它上下左右弯曲……弯曲……挨在一块了!这时候,无限大的障板就变成了一个密闭的箱子,扬声器的背面声波被完全封闭在箱体里了——这就是最简单的音箱,封闭式音箱。

为了尽量加大音箱箱体的声阻尼,一般在音箱内会加装吸音棉材料吸收音箱内的声波。在一些HI-FI音箱中甚至会在内部涂布沥青材料。不过在多媒体音箱中,出于成本考虑使用吸音棉的并不多,同时,由于国家长城安全规定对于音箱制造的规定,在带有功放的箱体内不允许使用吸音材料,以防止长时间工作后受热着火。

为了减小箱体谐振,对箱体的设计也有特殊的要求,一般来说就是要打上加强梁和加强筋,主要有三种——打在箱体正中的加强隔板(这种设计关系到箱体的声学设计,需要统筹考虑)、边脚的45度加强筋、大面积侧面内部的不规则形状加强筋(以改变箱体的共振频率,漫步者R501T音箱的低音炮就使用了这种设计)。使用了加强筋的音箱的稳定性明显好于没有使用的音箱,但由于工艺复杂,在低档箱体中很少使用。

我们前面论述的是密闭箱,但实际上,我们通常买到的多媒体音箱大都是带有一个开口的所谓“倒相箱”,那么,什么是倒相箱呢?

先来说说密闭箱的缺陷——密闭箱的优点是声音清晰、效果好,但它的声音回放完全由正面的扬声器振膜来承担,这就造成当扬声器不大的时候,它的回放频率不会太低。而倒相箱就是为了解决这个问题而出现的。

所谓倒相箱,是根据声学中的亥姆霍兹共振原理设计的。具体的原理这里不作详细的阐述,简单的说,其理论依据就是当音箱箱体足够结实的时候,可以将箱体视为一个力学上的“刚体”(即不会产生型变的物体),此时,音箱内部的空气在扬声器背面振动的作用下会被压缩产生共振,此时在箱体上开一个口,并接上一根管子,空气就会在这根管子内高速振动而发声,就象音乐中号角的发声原理一样。这里我们特别可以看出,真正发声的是空气在箱体及管道里的振动,而不是扬声器,扬声器只是起到了一个“驱动力”的作用,就象扬声器上真正发声的是振膜而不是线圈一样。正因为如此,所以从倒相管里发出来的声音要比扬声器所发出的声音低得多而且与扬声器的大小无关,因为管道发声的频率要比振膜发声的频率低得多。

那么“倒相”是什么意思呢?倒相是指的经过箱体的反射,从倒相管里出来的声音相位与扬声器振膜正面声波的相位相同,即与扬声器背面声波相位相反,相位被“倒了过来”。但是要搞清楚的是,这些声波来源于空气的振动,而不应理解为扬声器背面的声波被“反射回来”(有不少文章在此问题上犯错误)。

正因如此,倒相箱与密闭箱相比,有如下的优点:体积较小、低频下限是密闭箱的0.7倍、灵敏度比密闭箱高3dB、声压较高。所以在多媒体音箱这种小体积音箱上,倒相箱使用的非常多。

但是,倒相箱对于声学设计的要求远比密闭箱高得多,因为倒相箱存在一个固有的问题,就是在回放频率接近箱体的固有频率时,倒相声波会与扬声器正面声波相抵消,从而导致声压急剧下降。具体表现为倒相箱尽管低频下限较低,但接近下限时声压下降极快,而且倒相箱的瞬态,即反应速度往往要比密闭箱差。这就导致倒相箱设计不好的时候,低音虽然比较低、但很容易混浊,音质很差。

国内的大多数多媒体音箱都是倒相箱,但是真正懂得倒相箱设计的厂家并不多,很多厂家只是在音箱上开一个口子加根管子就自以为是“倒相”了,其音质惨不忍睹。对于这种箱子,倒不如用一块海绵把倒相孔堵起来,可能倒会好一些。

一些音箱使用了特殊的双曲线倒相孔,例如漫步者的R501T音箱就是如此。这是因为为了取得好的低音效果,倒相管应该长一些,但长倒相管会在高速气流下产生摩擦声。双曲线管道的流体阻力最小,能够尽量取得高速气流和气流噪声之间的平衡。

关于倒相结构的其他思考
倒相结构在国内的多媒体音箱中非常普遍,但很少有设计的出色的。究其原因,关键就在于倒相结构对于音箱声学设计的要求非常高,但国内的音箱厂家有相当多的并没有足够的箱体设计实力(有些厂商甚至连一个懂得声学的工程师都没有),很多厂商其实只是从国外买到现成的音箱产品,然后直接进行箱体测绘仿造,然后再在外观上作一些变化而已。但由于所用的箱体材料、扬声器单元、功放电路等与原品截然不同,仅仅在箱体声学结构上的仿效根本是没有意义的。效果肯定不会理想。这样的厂家还不如老老实实作密闭箱,可能还会好一点。我们甚至可以这么说——国内的厂家,作倒相箱的,不说明什么,作密闭箱的,倒比较有可能当真有技术实力。

在常见的书架式多媒体音箱中,其倒相结构有两大类——前倒相式和后倒相式,低音炮则又多了一种侧倒相式。后倒相式的音箱数量最多,因为这种箱体设计比较小,也比较美观。但是,我们在今年第三期的评测文章里讨论过这个问题,后倒相式音箱在背面有墙,且离墙至少30厘米的情况下才是有意义的。离墙太远,倒相的声音根本听不到,太近又会形成驻波(声波在遇到阻挡物后反射并与原来的声波叠加,会在某些频率有相互抵消或增强的现象,实际表现为某些频率的加强或减弱)。这对于多媒体音箱来说,摆位要求太苛刻了。所以多媒体音箱还是使用前倒相为好。

posted on 2013-10-31 17:09 杨粼波 阅读(7784) 评论(1)  编辑 收藏 引用 所属分类: 吃喝玩乐

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# re: 倒相孔音箱和密闭音箱的知识介绍 2014-01-27 18:25 核桃

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