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倒相式音箱的理论与设计研究.doc

倒相式音箱的理论与设计研究

遗忘的会爬树的猪
2017-12-30 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《倒相式音箱的理论与设计研究doc》,可适用于综合领域

倒相式音箱的理论与设计研究()h=ffBs式中:f倒相音箱箱体的固有频率B(f扬声器单元的固有频率习惯上常s)称谐振频率c其它有关参数(f扬声器系统频率响应半功率点)分贝的频率图倒相音箱对扬声器阻抗的影响S倒相孔截面积V倒相式音箱的设计理论早在年,ALThuras首先提出了倒d圆管状倒相孔的直径V相式音箱。之后,年,BNLocanthi提L倒相管长度V出了计算振膜与倒相孔中的气体相互作用的精倒相式音箱设计中有关参数的求取方确值的方法,并将声电类比电路应用于倒相箱法的研究中。继而,FJVanLeeuwen及E倒相式音箱设计的目的是根据已知的扬声deBoer等在理论上又将结果向前推进了一器单元求箱体净容积V和倒相管截面积SBV步。他们的分析方法虽然在理论上是第一流以及长度L。当然也可以根据音箱的既定指V的,但未提供有实际意义的细节上的指导。标设计扬声器。这里只介绍前者。年,ANThiele运用由Novak确定的简a由Q、h或ff值求VTsB化模型,发表了一篇文章,详细地提出了许(Q为扬声器系统总品质因数包含扬声T多具有实际意义的处理方法,这个方法首次从)器单元、箱体、放大器等因素,由于现代放大定量的角度对倒相系统提供了一个基本的、综器内阻一般均很低,整个系统的Q值可以被T合的、实际的理解。遗憾的是这篇用英文发表认为与扬声器单元的品质因数Q值相等,即TS的文章,在十年后才被作为一个历史上值得纪()QQTTS念的报告再版给广大读者。与此同时,RH其中,Small发表了一系列有关倒相式扬声器系统的()Q=QQQQTSESMSESMS()分析研究报告,对倒相式扬声器系统的设计方Q扬声器单元在其谐振频率ESf处s法提出了具有更为实际的指导。的电Q值目前国内外采用较多的倒相式音箱系统的Q扬声器单元振动系统的机械Q设计方法为ThieleSmall设计法,但由于此法MS考虑的因素太多,设计计算相当复杂,不便于业值。()α由倒相式音箱特性曲线图可查得,余爱好者应用。因此,这里介绍的是足以保留然后计算出箱体的体积V:了此设计思想的简化方法。BThieleSmall设计法的有关参数及表达式αa扬声器系统的顺性比α()=CC=VVASABASB式中:C扬声器单元振动系统的声顺ASC箱体内空气的声顺AB图倒相式音箱特性曲线V扬声器单元的等效容积AS()αV=VBASV箱体内腔净容积。B式中:V扬声器单元等效容积,由制造厂ASb音箱系统调谐比h电声技术Q扬声器单元的品质因数给定或实验测得。TSV扬声器单元的等效容积b倒相管截面积S及长度L的求取方ASVVV扬声器振膜位移最大容积。D法()根据fQ的值,确定该扬声器单元sTS当乘积SL不变时,整个倒相箱的辐射VV是否适合于倒相式音箱,只有特性不变,因此可事先假定其中的一个值,比如fQ=,赫兹间的扬声器才适用sTS给定S然后再求L。VV于倒相式音箱。()SfVVBD()Q值,从图上求扬声器根据已知的TS或α系统的顺性比、调谐比h及ff值。s()dfVVBD()α由值,计算V:B式中f倒相式箱体的共振频率BαV=VBASV扬声器振膜最大位移体积D()由已确定的h值,计算箱体共振频率V=SXDDmax()fBSD()Df=hfBsS扬声器振膜有效辐射面积D()由已求得的ff值及f求音箱系统sX扬声器振膜最大线性位移,由max频响的半功率点频率f。实验测得()由已知的V、f计算倒相孔截面积DBD扬声器振盆直径S或圆形倒相孔直径d:VV或按经验公式选取S:VSfVVBDdfVVBD()S=kSVD()由已知的V、f、d值从图中求倒BBV式中k经验系数,对一般倒相箱k=,相管长度L。V,对大容积倒相箱,k=,。()制作调试。当确定了V、f、S后,由图求得LBBVV设计校核与修正值。通过以上步骤已计算出了倒相箱的主要参数V、f、f、d、L,在施工前尚须进行必要BBVV的校核与修正。首先要看计算结果是否符合实际需要,比如V是否太大,f是否太高等。B如果计算结果离实际要求相差太大,那么要查找原因,比如,选定的扬声器是否适合于倒相箱等。另外,影响音箱系统参数的因素非常复杂,ThieleSmall设计法考虑的是理想的最佳情况,因此求出的V值可能偏大,可予以适当修正。B根据经验与实际,现提供以下数组供参考。表图确定倒相音箱倒相管尺寸的诺莫图倒相式音箱设计步骤当选定了扬声器后,可按下述步骤进行设()()扬声器尺寸毫米倒相箱净容积参考值升计:Φ()求出或由扬声器制造厂给定扬声器单Φ元的有关参数:Φ,f扬声器单元的共振频率sΦ电声技术cm,从图查得倒相管长L=cm。V关于箱体的形状,常选为长方体,只要最大SEAS音箱设计研究边比不超过,长宽高尺寸可随意选取,但必须扬声器单元概况保证内容积为V而且要免除简正波的产生B()三个尺寸比为非整数,箱体尺寸见图。SEAS是挪威著名的扬声器厂,世界各国(不少著名生产扬声器的工厂如英国HAR)BETH、ROGERS、PROAC等均采用该厂的单元和套件。它的产品频响宽,音质优美,失真小,承受功率大,且每套音箱均有专门设计的分频器,从而保证了高质量的声音重放。高音:TAFGHH是一种新型铝球顶毫米的高音单元,在可闻频率范围工作,失真很小,和其它球顶高音扬声器相比,其在kHz以上的指向性较宽。充填磁化油()Ferrofluid铁流体到磁性沟里以防止过载和过热,阻抗欧。低音:PREXDDSH此低音扬声器最大特点是装有超强大磁铁系统。聚丙烯锥盆,橡胶折环,低音丰富,声音悦耳,失真绝注:材料:mm高密度板、毫米柚木三合板Ω小,采用软PVC防尘帽,阻抗,共振频率f障板为×三层板材粘贴,并用木螺丝紧s固()(=自测Q=Hz自测值,品质因数TS内壁四角处用胶钉固装×方条,图中未示)值,等效容积出()V=升自测值内壁涂乳化沥青涂料毫米厚AS内腔挂贴mm厚玻璃纤维棉倒相箱设计六面用胶、钉固连()测得各参数如上外表用氯丁胶粘贴柚木三合板,喷聚脂漆图SEAS箱体()()fQ==Hz适于倒相式sTS分频器设计音箱原套件已供成品分频器,因此这里设计从()α根据Q=由图查得=,hTS略。但需要说明的一点是,分频器设计公式,几=,ff=s乎在绝大多数教科书和有关参考书中均用扬声()α(V=V==原套件提BAS器的标称阻抗值,实际上应该用分频点处的阻)供图纸为升抗值。()f=hf=×=HzBs关于分频器设计原则、公式、分频点的选()f=f=×=Hzs取、调试以及相位补偿等有关问题,可从很多教()S=D=×=mD科书中找到,这里不赘述。V=SX=×DDmax=m×=fV=dVBD倒相式音箱设计参数的调整m=cm()由V=升,f=Hz,d=BBV无论是箱体参数或分频器参数的计算值,电声技术只能理解为理论上的参数值,一般地说,它们不一定是理想参数,尚须在制造安装过程中反复倒相式音箱的调试调试才能有较好的表现。调试的原则是频率响()应比较平直即声压在各频段比较均匀,并应在倒相式音箱全部安装完毕后,必须进行使低音深沉,既不干涩,又不混浊。调试,以确定音箱设计、安装是否正确,其中包箱体容积的影响括箱容V设计得是否正确倒相管调谐得是B箱体容积的计算方法很多,计算值仅供参否合理音箱是否有泄漏防振、减振、吸声措施考,最后应以反复调试值为准。是否得当等。根据测试方法进行调试倒相式音箱的容积V大小对音箱输出声B业余条件下,要求稍高一些时,可通过测试压级有明显的影响。V越大,则低频越宽,但B声压降低,V不能过大,否则既不经济也不便音箱系统的阻抗与频率特性曲线或电压与频率B摆设V越小,则低频越窄,而且低频下限明曲线进行调试。这两种曲线的形状和位置基本B显升高,当V太小时,倒相式音箱的两个阻抗相似,所不同的只是峰值的高低。B(峰值中的大者可能接近赫交流哼声频率对阻抗频率特性曲线,较为理想的情况是两个峰值应有同样的大小而且尽量低。其中间)的两倍,容易使音箱产生“嗡嗡”声。图示出的谷所对应的频率即音箱系统的共振频率,对了V对低频特性的影响。B小体积音箱,谷值一般应与额定阻抗平齐而且倒相管长度L的影响V两个峰对称于谷,两峰间距较大。对体积大的由各种方法计算出的管长L只能作为设V(音箱,两峰间距较小,谷的深度也较浅即其对计的初始值,最后还应以实验确定其实用长度。)应的阻抗较大。峰值的高度与吸声材料的类型、数量、安放位置及音箱结构等有关。下面给(出常见的几种不正常的阻抗与频率或电压与)频率特性曲线的情况。高频峰值大于低频峰值说明倒相口的有效声辐射太小,应该增大倒相管口面积S或减小管长L。VVV小的情况V适L小的情况L适BBVV高频峰值小于低频峰值说明倒相口的当的情况V大的情况当的情况L大的情况BV有效声辐射太强,应缩小S图倒相箱容积V对低图倒相管长度L对低BVV频特性的影响频特性的影响或增长L。当箱板振动时也会引起这种不正V常现象,此时应加强防振措施,例如增加板厚、增强连接牢度、涂敷阻尼材料等。从图中可看出倒相管长度L对低频特V两个峰值基本相等但其间的谷值没与性的影响。当L减短时,音箱的低频输出声V()额定阻抗或电压与频率特性曲线上的相应点压级增高,但同时音箱系统的共振频率f也SB齐平升高了当L增长时,低频输出声压级下降,V这种情况对大体积音箱是正常的,而对小音箱系统的共振频率f也降低了。若L过SBV体积音箱则是由声波泄漏引起的。调整的方法长,由于倒相管中过多的空气在扬声器停止发(是找出泄漏原因加以堵塞箱板胶合不良、扬声声后还会持续振动三四十毫秒,表现为声音拖器、接线盒、倒相管等安装时未加弹性垫片引起)泄漏等。尾,即音箱系统的瞬态特性变差。另外,倒相管高频的峰值出现犬齿状缺损的末端离箱体背板的距离不能过小,应在、厘米以上,以免气流流经倒相管时产生空气摩擦声。电声技术(试听环境的好坏往往被忽视,试听音箱与其原因是音箱箱板明显的机械振动透)试听任何音响器材一样,均应在较标准的试听声,应增加箱板厚度和进行减振处理,如箱体室进行。良好的试听室首先是房间大小形状合内增加支撑约束、涂敷阻尼材料沥青等。()理,尽量接近实际使用环境。混响时间以利用阻抗频率特性或电压频率特性曲线,秒为宜,试听室既有适度的声反射与声调试音箱,虽然方法比较简单,但要产生一些误吸收,又要求有适当的散射性。音箱的背后应差。这是因为电压频响曲线毕竟与声场中的声有适当的声反射,而试听者背后必须有强吸声压频率曲线有所差别。因此,更直接更可靠的材料。音箱摆位合理:音箱放置在听音室长方方法是利用音箱的声压频响曲线进行调试,但向端头距背墙一米左右,离左右侧墙各半米左这需要专用设备并且在消声室内进行,显然业右。试听者最佳位置与两音箱基本组成一个正余条件是难以办到的。(三角形且试听者背后一定留有一定空间例如主观试听调试)距后墙一米左右。以上诸项工作皆准备妥当主观试听调试,这是更直接的方法。主观并对设备充分煲试后即可正式试听了。试听与客观测试是两种不同的对音质进行评价试听的方法。两者互相联系,相辅相成,互为补充,如果试听中发现有机械振动声说明安装既不能相互代替,也不能缺一。实际调试中往不牢固,应紧固、补加胶粘剂、增加防振垫等。往将两种方法交替使用。如果试听感到低音混浊,原因可能是箱板薄引客观测试虽然能避免掺入人为的主观因起的箱振或由于尺寸不当箱内驻波影响或吸声素,但由于受测试方法、测试设备的限制,测试材料过少,此时需加固箱体和增加吸声材料。结果并不一定能确切代表反映音质优劣的物理如果声音干涩不丰润则是吸声材料过多引起量。另外,由于测试往往在消声室或寂静的空()此种情况很少发生另外适当调整倒相管面积地上,这与人们实际聆听环境相差很大,也会造和长度,边调边听以最动听为宜,最后确定实用成客观测试与主观试听之间的差异。因此,在截面和管长。试听器材适当的环境中通过主观试听来调整音箱往往比)(CD机:CEC元客观测试法来得更直接更实用可靠。功放:八达MAMA分体式甲类不过,主观试听往往受到试听人的爱好、修()元养、阅历等因素影响,也受试听器材、环境、节音箱:SEAS毫米加毫米二分频目、试听方式等的影响。()二单元倒相座地式自制音箱造价元试听的准备工作业余音响爱好者试听首先检验音箱的重放频带选用雨果发烧时,最好能请些有代()碟一中的第,段单频率信号,置音量电表性的人士参加,比如具有“金耳朵”的专业音()位器于较大音量位置点钟位。当输入响音乐工作者、具有较高音乐修养的中青年以(Hz信号时,除能听到沉重的低频声感觉不及耳朵灵敏度高的孩童等。)出失真外,胸部和全身都有振动的感觉。输入对音箱进行试听时,要求配备较好的信号赫时,响度略感增大一些,估计能增加,源和放大器,它们的失真指标应比音箱高一个分贝。接着是、Hz的信号,响度感觉不数量级,而且它们的频响宽度要大于音箱的频出什么变化,只是有的门窗开始被声波激励而响宽度,而对于放大器则要求有足够的功率裕响应起来。当输入Hz时,响度略小,说明在量,放大器的额定功率应是正常使用时输出功此周围有一个小低谷,虽经增删吸声材料和改变倒相管长度但未奏效。然后是、直至率的,倍左右。至于信号线、音箱线、分Hz,均感声压正常,无多大变化。至频器用导线皆应用优质线材,以免干扰试听结电声技术果。(Hz时,本人感到响度减少老年性耳聋引,算得上一HiFi了。不混)起,至Hz时,本人已听不到了,但中青参考文献年和学童能听到。最后是Hz,中年人听()ALThurasUSPatent,,得吃力,学童听得最清。总之,频率响应指标不BNLocanthiApplicationofElectricCircuitAnalgiesto算差,可否归纳为如下指标:LoudspeakerDesignProblemsIRETransAudioVolPGA,HzdB()pMar其次,检验音质丰满程度。试听《大教室》,FJVanLeeuwenDeBasreflexstralerindeAkoestiekTijdschriftNederlandsRadiogenootschapVol,p浑厚丰满的声场反映出教堂较长的混响时间,()Sept庄严肃穆的场面如同身临其境。EdeBoerAcousticInteractioninVentedLoudspeakerEn然后检验声场定位与人声表现。选用《见()closuresJAcoustSocAmerVol,pFeb九》合唱段。各声部的排位比较明显,独唱者站ANThieleLoudspeakersinVentedBoxesProcIREE在离指挥不远的台前是听出来的,而不是根据()()AustraliaVolpAug,过去在剧场看到回忆起来的,更不是因为他们RHSmallDirectRadiatorLoudspeakerSystemAnalysis的音量比合唱队的音量大而感觉出来的。歌剧(IEEETransAudioElectroacoustVolAUpDec《卡门》中的二重唱告诉我们,二人相距约一两)米。女声独唱《哈巴涅拉》,音色亲切温厚,齿音RHSmallClosedBoxLoudspeakerSystemsJAudioEng清晰可辨,并可清楚地听到两次换气声。童声()(SocVol,pDec,andVolpJanFeb合唱和小号声由远而近渐来。跺地板声明显响)山本武夫^’}Y^ƒ^S,才技术社,在舞台深处的脚下,也说明定位准确。李宝善高保真放声技术上海科学技术出版社,现在检验一下瞬态响应。听《夜深沉》的鼓声,鼓点起落分明,毫无拖尾之感。听《阿姐鼓》顾仁杰实用音箱设计与制作上海科技教育出版社,中的第八段雷雨,雷打在天上,雨落在地上定位,,分明,雷声振撼,的确“如雷灌耳”。张维国西雅士音箱的设计研究与听音评价现代音最后我们听一下弦乐帕格尼尼的《第一小响,提琴协奏曲》。第一乐章威严的快板,旋律威严张维国电声换能器的设计理论与理想状态的实现青()岛大学学报工程技术版流畅,声场广阔小提琴音色甜而不腻,亮而不张维国电动扬声器的失真、防止及对音质的影响北干。第三乐章跳跃的小快板,音符弹跳自如,音京音响技术质清脆浑厚,泛音轻飘浮动,歌唱亲切动人,使张维国直接辐射式锥盆电动扬声器的阻抗频率特性及人久听不厌,久听不倦。其与声频放大器的配接上海无线电与电视,最后,大家你一言我一语得出了如下的总()收稿日期的听音评价:全频段声音比较平衡,音色细柔优美。高音纤细清脆明亮,中音丰润,低音深沉而国外消息模一数移动FM接收机倍速CDROM驱动器用光拾取头日本夏普公司研制出的LTOHL全息照相型光拾取头,美国JetPropulsion研究所研制成功的无线电接收机的声适用于CDROM驱动器,连续传输数据速率是CD唱片的传输调频技术和数据传输的频移键控技术融为一体,制造方法)(倍,故亦称倍速驱动器。封装后外形尺寸:mm宽×既简便又经济,为通讯调制和解调提供了方便性,不会衰减模))((mm深×mm高不包括引脚,含有nm波长激光二拟信号和数字信号。适用于移动通信和数字音频广播。极管、全息照相玻璃和RF信号检测器件。RF检测器应用了快速响应光电二极管和电流反馈运算放陈善海译自英《World′sNewProducts》No,,P)(大器,它们可把截止频率提高到MHz典型位。电源电压:)(VRF输出振幅:V峰峰激光二极管工作电流:mA。样品售价:日元。陈善海译自香港《NEA》No,,P电声技术

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