音箱耳机入门 音箱的声学结构
夏昆冈 于 2011.03.05 16:58:51 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.71/301

如果你将扬声器从音箱中取出,同样的给上信号,扬声器依然能发声,但声音会变得很小,这是为什么?因为扬声器振膜工作时,会同时驱动振膜前后的空气形成两组声波,但这两组声波的相位相差180度,也就是说,这两组声波峰谷相对,会相互抵消,使得声压下降,这和我们设计的煲箱软件的降噪原理有些相似。为了让声音变得更有效率,扬声器需要配合板子使用,这些板子被称为障板。这些障板的不同组合,形成了不同的箱体,与扬声器配合形成不同的结构,这些结构被称为声学结构,它决定了音箱的一些基本特征。

  • 目前最为常见的有倒相式,其次是密闭式,这篇文章主要就是讲述这两种以及衍生结构的特点。

    密闭式

  • 密闭式,又叫封闭式。顾名思义,即完全封闭的结构,它的设计目的就是为了完全阻断扬声器向后驱动时发出的声音,这种声学结构简单,便于设计,它曾经是音箱的主流形式,也是土炮党所钟爱的一种结构。但随着有源音箱的发展,密闭式的声学结构不再显得那么受欢迎,主要原因是密闭式不利于散热,对于内置功放模块的有源音箱来说,这种结构会降低电气方面的安全性。到目前为止,还能看到一些2.1音箱的卫星箱采用这种结构。

    密闭式在声学性能方面有着天然优势。它将扬声器后方空间完全包裹,形成一个封闭的空间,它与外界容易形成气压差。或许这个概念不好理解,你可以跟随我们的文字做个实验,找一个空可乐瓶,拧紧盖子,然后轻轻捏瓶子,感受一下瓶子反向的作用力,然后拧开盖子,再次捏捏瓶子,是否感到瓶子的反作用力变小了?

    当扬声器工作时,振膜会前后驱动,箱体内的气体的体积会产生变化,随之而来就是气压产生变化,它会与外界的气压形成相互作用力,向内或向外顶托振膜快速回位,如同有个“空气弹簧”一般,这个特点决定了密闭式声学结构的音箱会具有良好的响应速度,通常情况下,密闭式能让声音变得干净清晰,具有质感,具有良好的响应速度,整体不会拖泥带水,低频衰减平滑柔和。但同时,这个特性也会限制振膜的行程距离,使得推动的空气体积变小,这会降低效率,尤其是低频的量感。

    倒相式

    前面提到,扬声器工作时,会前后驱动空气发出两组声波,密闭式采用封闭箱体阻断向后的那组,这样会降低发声效率,有无办法让向后的声波也被利用起来呢?答案就是将声波导出来。在“音箱上插一根管子”,就是倒相式声学结构,那根管子叫导声管,也叫倒相管,它能将扬声器向后发出的声音相位翻转导出,这就是“倒相”的意思。这样处理过的声波与先前发出的声波不会峰谷相对产生抵消作用,而会相互叠加,实现更大的声压,这也是倒相式结构低频量感相对充沛的原因。

  • 你或许好奇,声音经过导出,相位会再次翻转吗?为什么倒相箱对低频量感改善明显,而对中高频量感影响较小呢?倒相式的工作原理并非“导出”这么简单,它受到箱体容积、倒相管截面面积、长度等多种因素音箱,它真正的工作原理是利用声箱共振,共振效果和频率可以通过公式计算。一般情况下,箱体容积越大,低频下潜越深,瞬态则容易变差,倒相管长度越长,下潜越深,瞬态越好,量感会降低,效率降低。箱体多大、倒相管多长合适?需要经过计算,不正确的设计都会导致声音劣化,我们这里所说的,也只是一个基本特点而已。需要明确的概念就是,倒相不只是简单的将声音反相导出。

  • 制造商=FUJIFILM;型号=FINEPIX S3PRO;焦距=60毫米;日期=2006.08.05 02:03:12;光圈=F13.0;测光模式=模式;感光度=ISO100;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=10/1250秒;曝光程序=手动模式
  • 倒相式又分为前倒相、后倒相,即指的倒相管的指向,这两种形式最为常见,也有将倒相管开在顶部的,例如创新的T20、HD50等。倒相管的指向对本身不会影响性能,但会影响摆位,例如后倒相的音箱,摆放时应该注意离墙位置,避免过度反射造成的声音浑浊。

    相比密闭式声学结构,倒相式在低频下潜和量感方面的优势是天然的,这种声音的趋势也迎合了大部分人的声学审美标准。倒相式还可以通过倒相管交换声学腔体内外的气体,带走热量,这种结构,用于有源音箱设计时能提高电气稳定性和安全性,因此大部分有源音箱均采用倒相式。

    被动振膜式

  • 被动振膜,又叫被动辐射器、空纸盆。它也是一个发声器,但它本身不具备主动驱动力,它不包含驱动系统,它依赖主动扬声器工作时,压缩声学腔体内的空气,被驱动而发声。这种技术出现得很早,但真正被广泛使用,是随着微型音箱的兴起而来。这种技术实际是在增加振膜的驱动面积,以推动更大体积的空气获得低频量感。这种结构也是全封闭的,因此腔体内外也容易形成气压差,而产生相互顶托振膜[包括主动和被动的]的效果,这点和密闭式结构相似,但声音特点却并不相同。这取决于主动振膜和被动振膜的面积比例,如果被动振膜很大,甚至大于主动振膜,振膜每个面积单位获得的作用力就相对小,顶托作用就不会明显,声音的响应速度会变慢,振膜的容易失控,反之,如果被动振膜较小,顶托作用就明显,声音的表现就会有类似密闭式结构的特征。

    在有些权威的声学书刊中,将被动振膜式视作倒相式的变型,由于其特殊性,因此在我们的文章当中,将被动振膜作为单独的一类来说明。

    其他特殊结构

  • 还有一些特殊结构的音箱,例如漫步者M3 Plus的低音音箱采用的Cannon结构,还有Bose妙韵的Acoustic Waveguide Speaker Technology 音频导波管结构,以及漫步者M360采用的涡旋结构等等。还有在有源音箱中不常见的号筒结构、迷宫结构等。

    鸣谢:经网友指正,本文已进行一次勘误。

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