关于声短路的理论知识

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所属分类:声学基础

关于声短路的理论知识

声短路定义:

我们知道扬声器单元向前或向后运动时声波是反相的。当声波的频率较低时,声波的传播有很强的绕射能力,几乎无方向性。因此扬声器单元的后声波可以绕射到振膜(纸盆)前面,而在扬声器前方的某点听到的声音应是前声波与后声波的合成。这两声波相位相反,则该点的合成声压减小,甚至为零而听不到声音,这时的现象类似于电路短路而导致用电器的电压跌落的现象,称之为声短路。

声短路的理论分析:

我们知道声波是纵波。声短路本质上是波的干涉现象,其中的一种情形:即波相位相反,叠加后,振幅减小。

波的干涉是建立在:“波的独立性原理”和“波的叠加原理”。
注释:“波的独立性原理”:若有几列波同时在介质中传播,则它们各自将以原有的振幅、频率和波长独立传播;“波的叠加原理”:在几列波相遇处,质元的位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和。这种波动传播过程中出现的各分振动独立地参与叠加的事实。)

波的干涉:稳定的波的叠加图样是指在媒质中某些位置的振幅始终最大,另一些位置振幅始终最小,而其它位置振动的强弱介乎二者之间,保持不变,称这种稳定的叠加图样为干涉现象。

  • 声波相互干涉条件:
    1)两声波振动方向相同
    2)两声波具有相同的频率
    3)具有恒定的相位差

两波源的波振幅相近或相等时干涉现象明显。

一定会声短路吗?

在满足“波的独立性原理”和“波的叠加原理”下,两声波相位相反,满足相干条件,那么这两声波就发生声短路。

所以要避免声短路,理论上可以从二个大方向着手:

方向一:使“波的独立性原理”和“波的叠加原理”不成立。

当人们研究的波的强度越来越大时,发现波的叠加原理并不是普通成立的,只有当波的强度较小时(在数学上,这表示为波动方程是线性的),它才正确。对于强度甚大的波,它就失效了。例如,强烈的爆炸声就有明显的相互影响。

方向二:在满足“波的独立性原理”和“波的叠加原理”下,避免波的反相位干涉:

1) 使波不发生的干涉。从如何使两声波不能具备相干条件,去着手。比较典型的音箱是封闭式音箱。把扬声器单元纸盆的前、后分成两个互相隔绝的空间。

2) 利用波的同相位干涉。两波的反相位干涉,结果振幅变小;但两波的同相位干涉,结果却使振幅变大。比较典型的音箱是倒相箱。在音箱内把扬声器单元纸盆向后运动的声波倒相后,使该声波相位与纸盆向前运动的声波相同。这样,从倒相孔辐射声波与原前面声波进行同相位叠加,可提高音箱的效率,明显改善低音效果。类似原理的还有空纸盆音箱,又称无源辐射音箱。

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