倒相箱的工作原理,十本書(shū)會(huì)有十種文字描述,但實(shí)質(zhì)性的原理鮮有介紹,普遍局限于表面現(xiàn)象。其主要大意是:將揚(yáng)聲器背輻射聲波通過(guò)倒相管反相輸出,與正面輻射聲波同相疊加,以增強(qiáng)低頻輸出。 電腦及專(zhuān)業(yè)測(cè)試儀器的使用,只能簡(jiǎn)化操作并保證低頻特性,但解決不了中頻和中高頻的音質(zhì)表現(xiàn)。為什么頻響曲線好的,聲音不一定好,就是因?yàn)槲覀冞€未深層了解音箱的全部?jī)?nèi)涵和特性。因此有必要對(duì)倒相箱作深入探討,找出影響音質(zhì)的有關(guān)細(xì)節(jié),以促進(jìn)音箱的技術(shù)進(jìn)步。為此發(fā)表一些個(gè)人意見(jiàn)供參考。
一.倒相管的作用
有不少文章及廠家將倒相箱稱(chēng)為低音反射箱,很容易誤導(dǎo)讀者,如從文字上理解,會(huì)使人認(rèn)為揚(yáng)聲器背輻射聲波經(jīng)箱板反射后從倒相管中傳出。并且相位發(fā)生了180度的逆轉(zhuǎn),因而改善了低頻特性??蓪?shí)際情況并非如此,從倒相管中傳出的背輻射聲波非但無(wú)用反而有害。倒相管的作用,是配合箱體組成一個(gè)具有固定低頻諧振頻率的諧振腔。當(dāng)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波中含有諧振頻段的信號(hào)時(shí),引發(fā)諧振腔內(nèi)空氣諧振(即亥姆霍茲共振),共振聲波從管中發(fā)出,因此提高了此頻段的聲壓輸出,從而改善了低頻特性。
從倒相管中出來(lái)的聲波,可分為兩類(lèi)不同性質(zhì)的聲波,一類(lèi)是揚(yáng)聲器的背輻射聲波,由于箱內(nèi)吸音材料的吸收,管口截面又較小,傳出的聲壓遠(yuǎn)低于正面的輻射聲波。雖然聲壓不高,但由于與正面聲波不同相,仍會(huì)對(duì)聽(tīng)感造成一定的輕微負(fù)面影響,應(yīng)盡量減少傳出量。另一類(lèi)是因箱內(nèi)空氣受揚(yáng)聲器發(fā)出的低頻波激發(fā)因而產(chǎn)生亥姆霍茲共振,共振產(chǎn)生的高聲壓聲與正面輻射的同頻聲波同相,聲壓遠(yuǎn)高于同頻的正面輻射聲波,兩股聲波同相疊加,因此改善了低頻特性。 二倒相管的聲輻射特性 ?、?倒相管的聲輻射特性是一個(gè)以共振頻率為中心的單峰,峰的大小與該頻率信號(hào)有關(guān),當(dāng)信號(hào)中無(wú)該頻段信號(hào)時(shí),諧振完全停止,此時(shí)倒相管成了傳聲管,揚(yáng)聲器背輻射聲波從中傳出,傳出的聲壓遠(yuǎn)小于諧振峰聲壓和揚(yáng)聲器正面幅射聲壓。當(dāng)信號(hào)中有諧振頻段信號(hào)時(shí),引發(fā)諧振腔共振,諧振聲波從管口輻射出去,諧振頻率電信號(hào)弱,諧振就弱,相應(yīng)管口幅射就弱,諧振頻率電信號(hào)強(qiáng),諧振就強(qiáng),相應(yīng)管口幅射就強(qiáng)。 ?、?諧振峰輸出大小與揚(yáng)聲器、箱容積、倒相管的長(zhǎng)度、倒相管截面積等因素有關(guān)。它們之間如能良好匹配,可使諧振達(dá)到最佳狀態(tài),使倒相管口輸出聲壓又大,輸出頻段又寬。 ?、?諧振峰輸出強(qiáng)與弱,還與箱內(nèi)吸音材料有少許關(guān)系。增加吸音材料,阻尼加重,諧振減弱,輸出聲壓下降,反映揚(yáng)聲器諧振頻率處阻尼特性的品質(zhì)因數(shù)Q值就下降,反之相反。等量的吸音材料環(huán)繞箱壁放置比成團(tuán)放置在中間,諧振峰輸出略大一些。 ⒋較大的倒相管截面積有利于增大諧振峰輸出,大而長(zhǎng)的倒相管比細(xì)而短的倒相管等效質(zhì)量大,因此能從諧振波中獲取更大的能量。 5.諧振峰的頻段是由揚(yáng)聲器、箱容積、倒相管、吸音材料等參數(shù)共同決定的,諧振頻率并非越低越好,而是要在頻響曲線保持基本平坦的前提下盡量下潛,越低越好。 6.諧振峰的輸出是越大越好,難點(diǎn)在于既要輸出大,又要頻率低,還要低頻清晰,無(wú)拖尾的隆隆聲,這就要采取綜合措施才能取得較好效果。 三.倒相箱工作原理 每只揚(yáng)聲器都有自己的諧振頻率點(diǎn),當(dāng)電信號(hào)中出現(xiàn)這一段頻率時(shí),就會(huì)引發(fā)揚(yáng)聲器諧振,此時(shí)揚(yáng)聲器振膜劇烈振動(dòng),造成揚(yáng)聲器自感電勢(shì)劇增,交流阻抗迅速上升,導(dǎo)致失真加大,承載功率減小。如果將諧振腔(亥姆霍茲共振器)的諧振頻段調(diào)整到與裝箱后的揚(yáng)聲器諧振頻段相近而匹配時(shí),如果電信號(hào)中出現(xiàn)諧振頻段信號(hào),就會(huì)引發(fā)揚(yáng)聲器和諧振腔(亥姆霍茲共振器)同時(shí)共振(諧振),諧振波的兩端,一端為振膜,另一端為箱壁(含倒相管中的空氣層),箱內(nèi)的共振波就像一個(gè)空氣彈簧,以相同的頻率壓縮或擴(kuò)張。強(qiáng)度不高的箱板也隨之振動(dòng),倒相管內(nèi)的空氣層與振膜同時(shí)向內(nèi)或向外振動(dòng),輻射出同頻同相的聲波,此時(shí)振膜的輻射阻抗比無(wú)諧振時(shí)巨增,大負(fù)荷使其振幅降低,承載功率劇增,自感電勢(shì)隨之下降,因而失真相應(yīng)減少。如果電信號(hào)中沒(méi)有諧振頻段只有其它頻段信號(hào)時(shí),(亥姆霍茲共振器)沒(méi)有產(chǎn)生共振的條件,此時(shí)箱內(nèi)只有其它頻段的背輻射振動(dòng)波和雜亂的反射波(某些頻點(diǎn)還有少量駐波),這時(shí)的倒相管成了傳聲筒,一部分背輻射聲波和雜亂的反射波及駐波從中傳出。傳出的聲波是一種有害聲波,會(huì)對(duì)正面聲波的清晰度有輕微的負(fù)面影響。 四.倒相箱的聲音組成 以三分頻為例,傳統(tǒng)上將其分為高音中音低音三部分來(lái)分析討論,這樣過(guò)于籠統(tǒng),難識(shí)廬山真面目。低音還可分為揚(yáng)聲器正面輻射聲波和倒相管輻射聲波。倒相管輻射聲波還可分為兩類(lèi)不同性質(zhì)的聲波,一類(lèi)是與揚(yáng)聲器正面輻射聲波同相的共振聲波,一類(lèi)是與揚(yáng)聲器正面輻射聲波不同相的有害聲波。有害聲波還可再分為有害直達(dá)聲波和有害反射聲波。這樣三分頻音箱就可分為高音、中音、正面輻射聲波、同相共振聲波、有害直達(dá)聲波、有害反射聲波共六種聲波。音箱設(shè)計(jì)的本質(zhì),就是將這六種聲波(兩分頻為五種),在頻率上,相位上,聲壓上給予重新分配與調(diào)整,使合成以后的聲壓頻響曲線即寬又平坦,同時(shí)限制和減少有害聲波的影響。對(duì)于音源和功放產(chǎn)生的失真,音箱是無(wú)能為力的,音箱還會(huì)增加新的失真。我們可通過(guò)不同揚(yáng)聲器的搭配,不同頻段的組合,不同的音箱構(gòu)造,不同的調(diào)試手段,達(dá)到頻響的加寬,低頻的改善,聲壓的平衡,失真的減少。可以說(shuō),選擇失真小的揚(yáng)聲器單元是出好聲的基礎(chǔ),減少有害聲波的影響,減少音箱產(chǎn)生新的失真,調(diào)試好低頻特性是出好聲的關(guān) 五.背輻射聲波定性分析 倒相管傳出的聲波按性質(zhì)可分為三段。 ?、?超低音頻段:諧振峰頻寬低端以下部分,這部分為揚(yáng)聲器背輻射的直達(dá)聲波。由于頻率很低,波長(zhǎng)很長(zhǎng)。波長(zhǎng)=聲速/頻率。例如40Hz的波長(zhǎng)為8.5M,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)箱體最大尺寸,所以只能是直達(dá)聲波,相位與正面同頻聲波反相180o,兩聲合成以后使聲壓下降,反映在頻響曲線上就是低頻衰減斜率變陡。由于揚(yáng)聲器在此頻段本身發(fā)聲就十分微弱,所以對(duì)實(shí)際聽(tīng)感影響不大。 ?、?諧振峰的頻寬段:此頻率段的背輻射聲波引發(fā)亥姆霍茲共振,轉(zhuǎn)化為同頻同相的倒相管輻射聲波,輸出峰是越寬越大越好。 ⒊ 諧振峰頻寬上端至低音揚(yáng)聲器發(fā)聲上端:此段從低頻到中頻及中高頻,對(duì)實(shí)際聽(tīng)感會(huì)造成重大影響,有必要深入分析。 對(duì)內(nèi),此段聲波在箱內(nèi)各反射面產(chǎn)生多次反射聲波,會(huì)對(duì)振膜產(chǎn)生調(diào)制振動(dòng),干擾了電信號(hào)還原聲波的振動(dòng),背輻射聲波的干擾振動(dòng),是箱內(nèi)各反射面上一二三四五……等無(wú)數(shù)次反射聲波的混合體,是一種復(fù)雜混雜聲波的干擾振動(dòng),它對(duì)振膜所產(chǎn)生的干擾振動(dòng)與電信號(hào)產(chǎn)生的還原聲波的正常振動(dòng)互相疊加的結(jié)果,使正面輻射聲波的清晰度打了折扣,造成解析度降低,使原本因該聽(tīng)到的音樂(lè)細(xì)節(jié)被淹沒(méi)掉,不同材質(zhì)的振膜,不同阻尼系數(shù)的振膜,不同復(fù)合工藝的振膜,對(duì)消除背輻射干擾振動(dòng)的能力是不同的,在設(shè)計(jì)振膜時(shí)必須考慮到這一重要因素。理想中的振膜必須具備防止或減弱背輻射振動(dòng)干擾的功能。背輻射聲波還會(huì)造成聲波拖尾現(xiàn)象,電信號(hào)停止后,箱內(nèi)反射聲波并不會(huì)立即消失,需經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次反射被吸音材料反復(fù)吸收逐漸消失,所以振膜還會(huì)繼續(xù)振動(dòng)。余振時(shí)間的長(zhǎng)短,除受單元素質(zhì)和功放內(nèi)阻影響外,就由箱腔形狀及吸音材料的多少所決定的,箱腔形狀如能減少聲波反射回到振膜的比例,以及吸音材料多,反射強(qiáng)度減弱,都能使余振時(shí)間縮短,反之則相反。 對(duì)外,通過(guò)倒相管傳出的聲波,分為兩種類(lèi)型。 一是直達(dá)聲波。我們知道,揚(yáng)聲器正面輻射聲波可直達(dá)人耳,而背輻射聲波需經(jīng)過(guò)倒相管再達(dá)人耳,兩者有一行程差,加上正反面聲波呈反相狀態(tài),兩聲波到達(dá)人耳時(shí)會(huì)有不同的相位,雖然背輻射直達(dá)聲波傳出量不大,仍會(huì)對(duì)實(shí)際聽(tīng)感造成極輕微的影響。 二是反射聲波。頻率較高的聲波會(huì)在箱內(nèi)來(lái)回反射,除有直達(dá)聲波輸出外,還有反射聲波輸出。例如80Hz聲波的波長(zhǎng)為4.3M,反射聲波輸出近似為零,均為直達(dá)聲波輸出,而2000Hz聲波的波長(zhǎng)為0.17M,即有直達(dá)聲波輸出,又有反射聲波輸出。通過(guò)倒相管傳出的雜亂反射聲波,比傳出的直達(dá)聲波危害更大,與正面輻射聲波疊加后,會(huì)對(duì)聽(tīng)感造成一定的輕微負(fù)面影響,降低聲波的清晰度。 六.有害聲波的定量分析 當(dāng)電信號(hào)推動(dòng)振膜振動(dòng)時(shí),振膜正反兩面產(chǎn)生的聲能密度是不等的,由于正面無(wú)腔體約束,輻射阻抗很小,聲能密度很低,所以由電能轉(zhuǎn)化為正面輻射聲波的能量比例很低。而背輻射聲能密度卻大得多,情況也較復(fù)雜一些,與箱體類(lèi)型、箱體容積、頻段、吸音材料、倒相管、箱體是否調(diào)試匹配等因素有關(guān)。對(duì)倒相箱來(lái)說(shuō),在諧振頻段,箱內(nèi)諧振波使振膜輻射阻抗直線上升,振膜的振動(dòng)沖程大大降低,正面輻射能量降到最低點(diǎn),而背輻射的能量升到最高點(diǎn),兩者懸殊十分巨大,此頻段的正面聲壓幾乎全由倒相孔提供。而在非諧振頻段,由于箱內(nèi)空氣彈簧的作用,背輻射阻抗也遠(yuǎn)大于正面輻射阻抗,箱內(nèi)聲能密度也要比正面聲能密度大得多,電動(dòng)揚(yáng)聲器電聲轉(zhuǎn)換效率為何低,一個(gè)重要原因就是大部分能量消耗在箱內(nèi)有害振動(dòng)上了(箱板的振動(dòng)就是例證之一),少部分轉(zhuǎn)換為熱能,只有不到百分之幾的電能轉(zhuǎn)換為有用聲波。前面我們已說(shuō)過(guò),背輻射聲波的諧振頻段為有用聲波,諧振頻段的電力聲轉(zhuǎn)換效率雖高,但從倒相管輻射出的有用聲波的能量比例還是很低的,大部分消耗在箱板的振動(dòng)上。而低音單元的其余頻段背輻射全為有害聲波,有害聲波能量之大是不容忽視的,減少有害聲波的影響,減少諧振頻段的箱板振動(dòng),是音箱制作中必須考慮的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。吸音材料的品種和數(shù)量及分布情況,箱腔的形狀及尺寸,倒相管的尺寸及位置,揚(yáng)聲器單元的素質(zhì),都是需要考慮的因素。當(dāng)上述因素確定以后,背輻射聲波對(duì)實(shí)際聽(tīng)感的影響,將隨音樂(lè)旋律的變化而變化,當(dāng)音樂(lè)頻譜中有較強(qiáng)的諧振頻段信號(hào)時(shí),引發(fā)箱內(nèi)亥姆霍茲共振,掩蔽效應(yīng)使得強(qiáng)烈的諧振波淹沒(méi)了能量比它小很多很多的有害聲波,此時(shí)有害聲波的影響降到了最低點(diǎn),當(dāng)音樂(lè)頻譜中諧振信號(hào)較弱時(shí),箱內(nèi)諧振波強(qiáng)度減弱,有害聲波的影響變大,當(dāng)音樂(lè)頻譜中沒(méi)有諧振信號(hào)時(shí),諧振完全停止,箱內(nèi)只有有害聲波,此時(shí)有害聲波對(duì)內(nèi)對(duì)外的影響都將達(dá)到最大。 過(guò)去我們習(xí)慣用頻響曲線的平坦性來(lái)衡量音箱質(zhì)量的好壞,就不夠完善,它只認(rèn)聲壓高低,不識(shí)音質(zhì)好壞。頻響曲線好聲音不一定好的定論,就是最好例證。有害聲波的影響,就是重要原因之一。 七.有害聲波的防范 ?。ㄒ唬?防止箱體漏氣 漏氣是音箱的大敵,有人錯(cuò)誤的認(rèn)為,倒相箱天生就開(kāi)孔,有少量漏氣有什么關(guān)系,因此不重視這個(gè)問(wèn)題。漏氣造成的影響是多方面的,一是消弱了有用的諧振波,造成低頻聲壓下降,漏氣量越大,低頻力度越差。二是改變諧振頻率,如果調(diào)試合格的音箱后來(lái)發(fā)生漏氣,就會(huì)造成諧振失調(diào),改變?cè)鹊淖罴疡詈蠣顟B(tài),導(dǎo)致倒相管輸出減少,諧振頻率偏移。三是造成有害聲波的傳出。 防止漏氣的措施: 1箱體自身不得漏氣,板材接縫處要有密封措施。 2三分頻音箱需選用專(zhuān)用中音,使用普通低音代用時(shí),要注意中音隔離,防止中音與低音背輻射聲波的互相干擾,中音腔體除了要密封外,還要填充足夠的吸音材料來(lái)減少背輻射聲波的干擾,以提高中音的清晰度。 3.揚(yáng)聲器密封安裝,有些文章推薦使用膠墊,其實(shí)不妥,膠墊會(huì)造成大音量時(shí)大動(dòng)態(tài)下的失真。當(dāng)振膜運(yùn)動(dòng)時(shí),振膜推動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng),振膜的作用力與空氣的反作用力大小相等方向相反。如果揚(yáng)聲器通過(guò)彈性體的膠墊與箱體連接,表面上防振實(shí)際上正相反。這就好比將揚(yáng)聲器通過(guò)彈簧懸掛在箱體上,當(dāng)振膜推動(dòng)空氣振動(dòng)時(shí),聲波的反作用力會(huì)使揚(yáng)聲器產(chǎn)生相反方向的振動(dòng)。尤其是在諧振頻段,背輻射的反作用力十分巨大,從而會(huì)造成諧振頻段大動(dòng)態(tài)時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)不良。 4.接線盒等附件安裝不得漏氣。 (二)巧置吸音材料 吸音材料在音箱中有兩大作用。 一是通過(guò)吸收聲波達(dá)到減弱聲波反射現(xiàn)象。由于音箱內(nèi)壁近距離的反射作用,背輻射聲波會(huì)在箱內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射波及駐波(含各次諧波),這些有害聲波作用于振膜上,造成振膜的額外振動(dòng),此干擾振動(dòng)與電信號(hào)產(chǎn)生的聲波還原振動(dòng)迭加的結(jié)果,造成正面輻射聲波也隨之失真。 減少危害的方法有: 1. 內(nèi)壁貼吸音材料。 2. 矩形的箱體內(nèi)尺寸不要成簡(jiǎn)單倍數(shù)關(guān)系,以免產(chǎn)生較多駐波。 3. 采用非對(duì)稱(chēng)內(nèi)壁設(shè)計(jì),如改變平行狀態(tài),采用斜面或弧面,將大面分為幾個(gè)不等的小面等。 4. 內(nèi)壁形狀要考慮如何減少聲波反射回到振膜的強(qiáng)度和比例。 5. 箱體不要過(guò)小,因?yàn)檫^(guò)小的箱體,箱板越靠近揚(yáng)聲器,聲波反射回到振膜的比例及強(qiáng)度就越高 二是調(diào)整音箱的阻尼。音箱的阻尼狀態(tài)直接關(guān)系到低頻響應(yīng)的力度和清晰度,是調(diào)試的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。吸音材料增多,阻尼增強(qiáng),諧振減弱,反映諧振峰阻尼特性的品質(zhì)因數(shù)Q值下降,倒相孔輸出減弱。反映在頻響曲線上就是諧振頻率處聲壓下降,反映在實(shí)際聽(tīng)感上就是低頻的力度下降,但強(qiáng)阻尼能使振膜減少余振和過(guò)沖,使瞬態(tài)響應(yīng)變好,反映在實(shí)際聽(tīng)感上就是低頻清晰無(wú)嗡聲且有彈性,反之相反。
低頻的清晰度與力度是互相矛盾的,一般只能折衷處理,取一個(gè)兩者兼顧的阻尼狀態(tài)。品質(zhì)因數(shù)Q值就是反映諧振峰阻尼特性的。揚(yáng)聲器裝箱前的品質(zhì)因數(shù)Q值是由生產(chǎn)廠家確定的,裝箱后的箱體諧振峰是由揚(yáng)聲器、箱體、倒相管、吸音棉等共同決定的,其Q值則是可調(diào)的。對(duì)倒相箱來(lái)說(shuō),理論上低音單元選Q值在0.4上下的揚(yáng)聲器較好,過(guò)高的Q值容易造成低頻拖泥帶水,聲音發(fā)嗡。但是大量實(shí)踐證明,Q值在0.4上下的揚(yáng)聲器,極容易造成倒相管口產(chǎn)生氣流噪音,即使采用弧形口的倒相管,也難完全消除干凈,故需選Q值在0.6左右的低音揚(yáng)聲器最好。 阻尼狀態(tài)雖然是反映諧振強(qiáng)弱的,但也間接影響到低音揚(yáng)聲器的全部發(fā)聲頻段的清晰度,吸音材料越多,背輻射聲波被吸收就越多,有害聲波對(duì)內(nèi)對(duì)外的干擾能量就越小,正面聲波的清晰度就越高。 吸音材料選擇余地很大,但不同的吸音材料,由于吸音系數(shù)不同,添加量會(huì)不同。同一種吸音材料,對(duì)不同頻率的聲波吸音系數(shù)也不同,厚度發(fā)生變化時(shí),不同頻率下的吸音系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化,應(yīng)參照吸音系數(shù)表,盡量選擇吸音系數(shù)大的,并要保證一定的厚度,盡可能地將諧振頻段以外的背輻射聲波多吸收掉一些。增加吸音材料是減少有害聲波的有效手段之一,但過(guò)量的吸音材料會(huì)造成阻尼過(guò)量,使諧振峰輸出減弱即低音聲壓下降,由于吸音材料的加入量是以低頻聽(tīng)感力度為標(biāo)準(zhǔn),并不是以有害聲波對(duì)內(nèi)對(duì)外的影響為標(biāo)準(zhǔn),所以要將有限的吸音材料分散布置,而不要成團(tuán)放置在箱腔中間,以留給共振頻段暢通的諧振空間,讓倒相管充分獲得共振頻段的諧振能量。對(duì)背輻射聲波,并不是一味地消音,而是要根據(jù)不同的頻段分別對(duì)待,諧振頻段要保護(hù)利用,非諧振頻段要最大限度的消音,既要保證低頻的力度又要將有害聲波盡可能多的吸收掉,這是音箱出好聲的最重要的一環(huán),那種將倒相孔用吸音材料遮擋一些來(lái)調(diào)節(jié)阻尼的方法是不科學(xué)的,雖然調(diào)節(jié)了阻尼,但降低了倒相孔的低頻發(fā)聲效率,同時(shí)也是箱內(nèi)吸音材料不足的反映,會(huì)使箱內(nèi)有害聲波的影響增大。從現(xiàn)有的吸音材料來(lái)看,超細(xì)玻璃纖維的效果是最好的,其次是發(fā)泡孔徑較小較密的海綿及礦棉,噴膠定型棉也是使用較多的一種,注意選擇纖維較細(xì)的,噴膠量較少的。那種內(nèi)部孔徑很多很密,但孔徑各不相通的白色包裝用泡沫板,是不能用的,它的隔聲性能不錯(cuò),但吸音性能卻很差。 ?。ㄈ⒌瓜喙苤糜谙浔?/p> 前面我們已說(shuō)過(guò),倒相管與振膜同步向內(nèi)或向外輻射共振聲波,是同頻同相輸出。有人錯(cuò)誤的認(rèn)為,倒相管裝在前板時(shí)與裝在后板時(shí),會(huì)有180o的相位差,其實(shí)不然,裝前與裝后輻射聲波的方向雖然是相反的,但仍為同相,這是因?yàn)橹C振波的頻率很低,一般在幾十赫茲之間,其波長(zhǎng)很長(zhǎng)。例如40Hz的波長(zhǎng)為8.5M,這么長(zhǎng)的波長(zhǎng),不論管口在箱前還是箱后,箱下還是箱上,共振波與同頻的正面聲波都會(huì)同相到達(dá)人耳,時(shí)間差導(dǎo)致的移相是客觀存在的,對(duì)實(shí)際聽(tīng)感不會(huì)有影響的原因在于這一時(shí)間差對(duì)低頻波來(lái)說(shuō)移相極微。正是因?yàn)榇嬖跁r(shí)間差和移相現(xiàn)象,所以容易造成誤解,倒相箱的瞬態(tài)特性不如閉箱這一說(shuō)法,就是一條廣為流傳的誤解。不能只看位移距離和時(shí)間差,還要結(jié)合看波長(zhǎng)。 從上述論點(diǎn)中,我們又可悟出一條訣竅,倒相管不裝在面板上而裝在背板上,并盡量遠(yuǎn)離低音揚(yáng)聲器,這樣既不影響低頻諧振波輸出,又可減少箱內(nèi)有害聲波從倒相孔傳出后對(duì)正面聽(tīng)眾的影響。 (四)將倒相管換成空盆 用空盆代替倒相管,這就是傳統(tǒng)的空盆箱(又稱(chēng)無(wú)源輻射箱)。它的工作原理與倒相箱完全相同,只是設(shè)計(jì)參數(shù)與調(diào)試方法不同罷了。設(shè)計(jì)難度較大,要將其箱體諧振與揚(yáng)聲器諧振調(diào)試匹配到一個(gè)頻點(diǎn)上,主要靠設(shè)計(jì)準(zhǔn)確,其次靠調(diào)試。調(diào)試的手段有多種,一是增減空盆重量,二是選用不同順性的空盆,將音箱的阻抗曲線調(diào)整成為兩個(gè)等高的雙峰即可。無(wú)源輻射箱的優(yōu)點(diǎn)是阻止了箱內(nèi)有害聲波的傳出,從而部分改善了音質(zhì),但有害聲波對(duì)內(nèi)的影響依然存在,缺點(diǎn)是調(diào)試?yán)щy。需要注意的是,空盆的面積一定要遠(yuǎn)大于低音單元,不論它是單低音還是雙低音,總面積比主動(dòng)盆翻一番較好,否則低頻發(fā)聲效率將大大低于倒相箱。個(gè)人之見(jiàn),空盆箱的低頻效率應(yīng)該低于倒相箱,從能量轉(zhuǎn)化這一因素考慮,因?yàn)榭张枳陨硇柘囊欢ǖ闹C振能量,而倒相管因摩擦消耗的能量幾乎為零。
(五)防止箱板振動(dòng)發(fā)聲 箱板的振動(dòng)是較難避免的,加厚板材和設(shè)置加強(qiáng)筋可以有所改進(jìn),厚實(shí)的吸音材料也可減少振動(dòng),主要還需從箱形和材料上考慮。箱形和材料不合理的箱體,在諧振波的振蕩下會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的箱板振動(dòng)。板材的面積越大,該板所受到的壓力也越大,因此要選擇合適的箱體尺寸,尤其是面板的形狀和尺寸,面板應(yīng)盡量窄一些,小一些,以減少總面積。面板的振動(dòng)危害最大,振動(dòng)的板面成了又一個(gè)發(fā)聲源,直接破壞了音質(zhì),振動(dòng)的板面還會(huì)帶動(dòng)高中音揚(yáng)聲器一起振動(dòng),從而調(diào)制揚(yáng)聲器的發(fā)聲,要盡量減少這種現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)試驗(yàn),箱板的振動(dòng)發(fā)生在音箱的共振頻率處及二次三次……等諧波處。例如某音箱的共振頻率為40Hz,在40Hz為中心的頻率段,箱板會(huì)發(fā)生最強(qiáng)的振動(dòng),當(dāng)信號(hào)頻率調(diào)整到80Hz、120Hz、160Hz、200Hz……等諧振頻率的整倍數(shù)時(shí),箱板也會(huì)發(fā)生共振,此時(shí)各諧波共振頻率點(diǎn)與箱體長(zhǎng)寬比例沒(méi)有關(guān)聯(lián),只與共振頻率保持倍數(shù)關(guān)系。從振動(dòng)強(qiáng)度上排列,諧振頻率處最強(qiáng),二次三次諧波處次之,四次五次以后諧波處越來(lái)越弱。由此可以分析,倒相箱不止一個(gè)諧振點(diǎn),只不過(guò)二次三次等諧波處諧振強(qiáng)度遠(yuǎn)小于諧振點(diǎn)處罷了。箱內(nèi)如此強(qiáng)烈的諧波共振,振動(dòng)能量能使厚實(shí)沉重的箱板發(fā)生共振,使箱殼成了又一個(gè)發(fā)聲源。對(duì)彈性體的振膜來(lái)說(shuō),更是不可避免地會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)制振動(dòng),二者綜合的結(jié)果,致使各諧波處失真激增,在較大功率下,失真可達(dá)到百分之幾十的地步,接近滿(mǎn)功率時(shí),各諧波頻點(diǎn)的失真可超過(guò)百分之百的地步。為什么成品音箱在其各次諧波處失真巨大,過(guò)去一直未找到原因,反而錯(cuò)誤的認(rèn)為諧波失真的原因是單元的非線性引起的,其實(shí)單元的非線性引起的諧波失真沒(méi)有這樣巨大。從上述分析來(lái)看,各諧波處失真的產(chǎn)生原因,在于箱內(nèi)各諧波處的箱腔諧振。對(duì)箱腔諧振要分別對(duì)待,頻率最低的箱腔諧振要保護(hù)利用,二次三次……以后的多次諧波要設(shè)法減弱。這就要在吸音材料和箱形上做足文章。如何降低各諧波處的失真,是音箱制作中必須考慮的問(wèn)題,消滅諧波振動(dòng)是難以做到的,但減弱卻是切實(shí)可行的,尤其要關(guān)注對(duì)振膜的影響,這是音箱出好聲的重要一環(huán)。使用何種材料制作箱體,需綜合考慮,只要不透氣,不易振動(dòng),結(jié)實(shí)耐用,密度大即可。木材、石材、水泥、人造板、玻璃、有機(jī)和無(wú)機(jī)復(fù)合材料等都可制做音箱,由于他們自身的抗振能力不同,加上它們?cè)诓煌念l率下具有不同的吸音系數(shù),對(duì)有害聲波的吸收量不同,從而間接的影響到音質(zhì),需用吸音材料加以調(diào)節(jié)。 避免箱板的振動(dòng),不要單純依靠板材的加厚,而是需要綜合考慮,一是避免板材自身的諧振頻率落在音頻范圍內(nèi)。二是選擇適當(dāng)?shù)南潴w尺寸和造型,減少駐波的產(chǎn)生。三是適當(dāng)?shù)陌宀?,中間軟兩邊硬或箱外硬箱內(nèi)軟的板材更能有效減少箱板的振動(dòng)。四是適當(dāng)?shù)陌宀暮穸?,從抗振的角度?lái)說(shuō),板材是越厚越好,但過(guò)厚的板材會(huì)增加成本,固定揚(yáng)聲器的面板厚度一定要適當(dāng),過(guò)厚會(huì)從另一方面給音質(zhì)造成危害(另文介紹)。面板材料選用高密度的較好,可防止揚(yáng)聲器緊固螺絲松動(dòng)。更重要的是:當(dāng)揚(yáng)聲器工作時(shí),面板上會(huì)產(chǎn)生前后振動(dòng)力,力的大小與振膜正反兩面推動(dòng)空氣的能量相當(dāng),在非諧振頻段下,不會(huì)有負(fù)面影響,但在諧振狀態(tài)下及多次諧振頻率處,大動(dòng)態(tài)時(shí),這股能量就不容小看了,面板任何輕微的振動(dòng)都會(huì)影響到音質(zhì),使低頻大動(dòng)態(tài)時(shí)顯得有氣無(wú)力,沉重的面板有助于抗振。五是選用不易振動(dòng)的高密度材料作箱面板,如人造石,天然石,水泥鋼材等。六是設(shè)置厚實(shí)的吸音材料層,除吸音層外,還可在箱內(nèi)貼一層低密度薄纖維板或吸音板或?yàn)r青層。這里需要注意的是,箱體的加固,只是減少了板材的振動(dòng),并不能減少多次諧振波對(duì)振膜的影響,需另外采取消音措施。 有了抗振的箱體,并非萬(wàn)事大吉,箱體與臺(tái)面,箱體與地面,箱體與腳架,腳架與地面,都需要牢固的穩(wěn)定的接觸,不要在大功率音箱下墊軟性墊子。如膠墊、海綿、厚毛巾等,鋪地毯的則應(yīng)墊上沉重的底座,如大理石等,讓音箱和腳架放在大理石上,或在音箱制作時(shí)就考慮這個(gè)問(wèn)題,提前在音箱內(nèi)灌砂或澆注水泥,增加箱體重量,利用慣性原理防止整個(gè)箱體同時(shí)振動(dòng)。只有這樣才能保證在大音量大動(dòng)態(tài)下音箱絲紋不動(dòng)。 音箱的抗振,應(yīng)從兩方面考慮,一是靠箱體的自重和穩(wěn)定放置來(lái)防止,音箱安裝腳釘就是一個(gè)好辦法,音箱自重較輕而功率較大的不應(yīng)安裝橡膠軟腳,而應(yīng)安裝金屬腳釘。二是靠箱腔形狀、尺寸、板材的品種、板材的加厚、隔振緩沖層(例如瀝青層)、吸音材料層等措施來(lái)防止。 (六)其它有害聲的防范 音箱內(nèi)除了吸音材料外,所有物體都要牢固,如果分頻器固定不穩(wěn),接線盒螺絲螺帽松動(dòng),箱內(nèi)有硬質(zhì)雜物等都會(huì)引發(fā)雜音的產(chǎn)生。尤其要防止揚(yáng)聲器盆架與振膜之間漏有雜物,如電線頭,滴落的焊錫等,它們都會(huì)引起明顯的雜音。 八 多級(jí)諧振箱 通常所說(shuō)的倒相箱,均為單級(jí)諧振箱,他們只有一個(gè)諧振腔,雖然倒相管可以有多只,但從各倒相管輸出的諧振波只有一個(gè)共同的諧振頻段,即以諧振頻率為中心的單峰。那種在一只音箱上設(shè)置多種規(guī)格倒相管的做法,加大了調(diào)試難度,因?yàn)殡y以調(diào)試到最佳狀態(tài),這樣就會(huì)降低倒相箱的效率。如果以串聯(lián)形式增加一級(jí)諧振腔和倒相管,就成了二級(jí)倒相箱。十多年前風(fēng)靡全國(guó)的《低頻霸主》音箱,就是典型的二級(jí)倒相箱。 二級(jí)倒相箱具有比單級(jí)倒相箱更低的低頻響應(yīng),這是因?yàn)閷⒌鸵魡卧膯巫杩狗鍓阂殖闪巳齻€(gè)小阻抗峰群,與單級(jí)倒相箱的雙駝峰相比,擴(kuò)展了諧振頻段。在諧振頻段,低音單元的輻射阻抗直線上升,振膜振幅大幅降低,使其失真度銳減,功率承受額劇增。除了這些優(yōu)點(diǎn)外,還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,人們?yōu)榱送卣沟皖l響應(yīng),喜歡采用雙低音和多低音單元,而雙低音和多低音在大功率時(shí)會(huì)帶來(lái)更大的背輻射干擾(由于小功率時(shí)揚(yáng)聲器自身失真較小,同樣的功率有幾只單元分擔(dān),使得小功率時(shí)的總體失真變小,但隨功率的增加干擾會(huì)逐漸加大,因?yàn)槎鄠€(gè)低音振模之間也存在背輻射的互相干擾,同時(shí)從倒相管中傳出的非諧振頻段的有害聲波相位更亂,除非每只低音配單獨(dú)的諧振腔,即便如此,多單元也存在音像定位的難題,使音箱設(shè)計(jì)復(fù)雜化,例如多單元音箱采用上下完全對(duì)稱(chēng)形,就是一種改善音像定位的措施。而單低音音箱就可減少這些不利因素,因此單只低音比多只低音通常具有較好的解析力和定位能力。書(shū)架箱在清晰度和定位能力上為什么普遍好于多低音單元落地箱,這就是原因之一。二級(jí)倒相箱是值得大力推廣的,但現(xiàn)實(shí)上并沒(méi)有被廠家普遍采用,這與介紹不力有關(guān),傳統(tǒng)文章對(duì)其工作機(jī)理缺乏分析,使得人們對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足,同時(shí)缺乏正確的調(diào)試指導(dǎo),對(duì)它的具體調(diào)試方法感到困惑,最終影響了它的普及。 二級(jí)倒相箱的工作原理:兩個(gè)諧振腔具有非常接近的低頻諧振點(diǎn),并且都調(diào)整在裝箱后的低音單元的諧振頻率段,將原來(lái)低音單元的呈高阻抗態(tài)的阻抗單峰壓抑成為三個(gè)低阻抗的群峰態(tài),從而拓寬了諧振頻段,使低頻下潛更深,與單級(jí)倒相箱一樣,諧振頻段的高輻射阻抗使振幅減小,有效降低了自感電勢(shì),從而減少了該頻段的失真,并可大幅提高低音單元的功率承受額。 九 倒相箱的調(diào)試方法:倒相箱的業(yè)余最簡(jiǎn)調(diào)試方法就是在調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的同時(shí),監(jiān)測(cè)音箱的電壓變化曲線(即為對(duì)應(yīng)的阻抗曲線),使用專(zhuān)業(yè)測(cè)試儀器就更加方便了,直接測(cè)試阻抗曲線即可。通過(guò)調(diào)整倒相管的長(zhǎng)短粗細(xì),使電壓雙峰成為等高狀(只有調(diào)到等高狀,方為倒相箱的最佳狀態(tài),說(shuō)明箱體諧振與揚(yáng)聲器諧振以達(dá)到同頻狀態(tài),在此狀態(tài)下,低音揚(yáng)聲器的背輻射阻抗最大,倒相孔才能獲得最大的輻射能量)。如果難以調(diào)試到等高狀態(tài),說(shuō)明揚(yáng)聲器與此箱容積不配,需更改單元參數(shù)或改箱容積。同時(shí)調(diào)整吸音材料的數(shù)量,使電壓峰不要太尖銳。電壓峰尖銳,說(shuō)明諧振峰品質(zhì)因素Q值太高,阻尼不夠。二級(jí)倒相箱的調(diào)試方法同樣如此,通過(guò)調(diào)整一級(jí)和二級(jí)倒相管的長(zhǎng)短粗細(xì),使電壓三峰成三個(gè)等高狀,同時(shí)調(diào)整吸音材料,使電壓峰不要太尖銳。 |
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