封闭式扬声器系统(音箱)的设计原理

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所属分类:音箱设计

封闭式扬声器系统在设计过程中应注意解决两个问题:一是声短路问题;二是低频性能问题。第一个问题比较容易解决。由下图可知,在此系统中,扬声器(低音喇叭)装在完全封闭的箱体内,把扬声器(低音喇叭)背面所辐射的声波完全隔绝,从而避免了低频时扬声器(低音喇叭)背面声波的干涉,以利改善低频效果,免除了声短路现象。它的作用相当于一个无限大障板,对于避免声短路现象,封闭式扬声器系统是一个理想的结构。

封闭式扬声器系统(音箱)的设计原理

密封式音箱结构

封闭式扬声器系统的谐振频率fc与扬声器单元本身的谐振频率f0之比可表示为

封闭式扬声器系统(音箱)的设计原理

式中,CA、CAB分别为振膜支撑系统声顺和箱内空气的声顺(m2/N);Veq、VAB分别为扬声器的等效容积(m3)和箱内空气的净容积(m3)。

一般CA都比CAB大,所以,扬声器装入封闭式箱内,且其谐振频率必然上升,而且空气的净容体积越小,频率上升得就越高。这意味着封闭式扬声器系统的低频响应上移,对低频性能不利。因此,封闭式扬声器系统的设计既要使扬声器的低频性能好,又要把箱体做得小,就成为封闭式扬声器系统设计中的一对矛盾。这就是要讨论的低频性能控制问题。通常,我们解决这类问题采用以下几种方法。

1).采用小口径扬声器

由下式可得:

封闭式扬声器系统(音箱)的设计原理

SD为扬声器(低音喇叭)的有效辐射面积。

上式说明,在fc、f0不变的情况下,箱内空气的净容积VAB与扬声器的有效辐射面积的平方成正比,也就是说与扬声器的等效半径的四次方成正比。所以采用小口径扬声器可以明显减小封闭箱的体积。

但扬声器的口径和箱体体积也不是越小越好,扬声器的谐振频率也不能做得过低。因为扬声器要辐射一定的声功率,小振膜比大振膜需要更大的振幅,谐振频率的降低也使振幅加大。当辐射声功率较大时,小口径扬声器将由于大振幅的振动而产生严重的非线性失真,并且,扬声器振膜振动所引起的箱内空气容积的变化比较大时,则箱内空气的声顺在声波的压缩相和稀疏相的值是有差别的,从而也会产生失真。

2).采用高顺性扬声器(低音喇叭)

高顺性扬声器的谐振频率f0一般很低。因此,选择这样的扬声器装入封闭箱后系统的谐振频率fc虽有所上升,但仍能落在我们所需要的低频范围内,从而能解决封闭扬声器系统的低频性能问题。

3).增加大振幅时的线性工作区

主要是采用长音圈,使音圈在大振幅时不致跳出磁路,同时放大中心盘尺寸,选择能耐受大振幅的材料和形状做轭环,以此来保证和扩大扬声器在低频时的线性工作区。

4).设计具有较好刚性的纸盆

其主要目的是为了防止箱体内空气压力过大而使纸盆变形而产生不该有的失真。

5). 采用密封度高且坚固的箱体

这主要是为了防止箱内压力增加,箱体不坚固而在某些频率上发生箱板共振,影响扬声器系统的特性曲线,严重时出现机械声。所以箱体越小,越要注意加固,以防止不必要振动的发生。同时,扬声器周围音箱的结合部要防止漏气,以免产生声干涉,影响频率性能。

另外,封闭式扬声器系统的低频特性,不仅决定于fc,而且还受品质因数Q的影响,因此,控制和减小Q值也是非常重要的。

封闭式扬声器系统的尺寸也是较为重要的因素。一般多采用长方形箱体,但这种系统易在箱体中产生驻波。对于高为H、宽为W、深为D的扬声器系统,在三维方向上,长度分别为1/2波长的L倍、M倍、N倍的情况下,将产生的驻波频率为:

封闭式扬声器系统(音箱)的设计原理

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