音箱有倒相管好吗?音箱倒相孔有必要吗

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一、音箱倒相孔有必要吗

音箱可以不要倒相孔。如果没有倒孔,则称为封闭盒。如果有一个倒转的洞,它被称为倒转的盒子。

倒相管不是所有的音箱都有,只有倒相式音箱才用,而密闭式音箱(就是箱体上没有任何开口的音箱)是不用倒相管的。

倒相式音箱虽然有效率高,低频特性好及体积小等优点,但也有不足的一面。主要在于设计制作调整难度较大,例如倒相孔不能只为了效率而开得太大,否则会形成峰值,同时倒相孔的长度也会对低频有较大的影响,设计不好容易产生低音太过沉重或速度变慢的问题,也可能会有气流声太响等问题。

扩展资料:

设计良好的倒相式音箱,能够在声音音量不下降的情况下,进一步扩展低频平衡重放时的下限频率。我们知道,喇叭单元都有一个基本的共振点频率,在这一频率上,输出的声音将最大,同时失真也最大,如不加以控制,势必造成声箱低频带重放的不均匀度加大,平衡变坏,失真急剧增加。

而制作合理的一个倒相式音箱,应能将喇叭基本谐振峰压低,使其变为左右分开的两个小峰,且两个小峰的大小相等,这样向低端扩展的小峰,也会使音箱的频响进一步向低扩展。显然,基本揩振峰压低后,失真也明显减少了,这是因为喇叭在这点上的振辐呈反共振状态,在该频率附近,振动的辐度变小所至。

要想利用倒相式音箱的这些优点,设计者必须要清楚的了解所选用的精心设计才能得到理想的重放效果,并不是随便开一个倒相孔就能成功。倒相式音箱对单元的Qo也有严格的要求,不取特定的Qo值就不能充分发挥出倒相式音箱的长处,同时调整的手续也比较复杂。

二、倒相管可以代替低音喇叭吗

不可以

倒相管,也叫做反射管。是一种播放设备。普通倒相式音箱把扬声器振膜露在外面来发声,而扬声器的后方也会有振动,如果把扬声器向后方的振动也利用起来,就会使声波加强,重低音加强,安装倒相管之后,由于倒相管的直径比扬声器直径小,所以就会有比较强的声波从倒相管冲出,这样一来,扬声器向前方和向后方的声波都得到了利用,使音箱音质提高。

大家都是音响爱好者,倒相箱可以说是目前市场占有率最大的箱体了,这种箱子结构简单,声学指标不错,易于加工,所以很受厂家的欢迎。但对于倒相箱的原理,很多初级爱好者可能还是一头雾水,包括我在内,如果不能很好的理解倒相管的原理,那么就很难设计好倒相箱,因为看似简单的这种箱子,其实是很难设计的。

废话不多说了,现在进入正题。因为只是帮助大家了解原理,所以本文只做原理的分析,不做量化的计算

在开始之前,我现给大家讲一种现象。就是如果你手拿一个注射器,医院打针的那种,那么你就会发现一种现象,针头开孔大的那种,你在打针的时候,手很容易就能够把液体推出去。如果开口和针管一样粗,那么是最容易的,开口越小,哪么推起来就越费力。这一点是直观可以体会的。我要说的是,扬声器在倒相箱里的情况,和你打针是类似的,只不过打针是液体,压缩率小,而箱体中是空气,压缩率高。

那么我们来分析扬声器在箱体中的情况。可以说当扬声器振膜向后移动的时候,(向后指的是向箱内)我们知道,箱内的空气被压缩,试想,这时速度是很快的,箱内空气的压缩,是扬声器背面的先被压缩,然后再向其他地方传导。这就会产生一个问题,扬声器带来的空气压缩,在箱体内导致了箱内空气压强的不均衡,而我们知道倒相箱的空气泄放,只有倒相孔这条通路,因为我们就可以得知,压强的传导是向倒相孔附近传递的,而且箱内在这一时刻,是扬声器附近压强高,倒相孔压强低,空气向倒相孔移动。要命的问题来了,在扬声器向后位移到最大的时候,这个不听话的家伙,又向前移动了。而空气向倒相孔传导是有惯性的,实际上地球上任何运动的物体都有惯性,也就是说,空气在扬声器向前运动的时候,他还是继续在向导相孔移动,这就产生了一个问题,扬声器此刻背后的空气的压强又突然变小,产生了一个把空气拉回来的拉力。然后这个可怜的空气没办法,当惯性不足以抵抗拉力的时候,他又被从倒相孔往回拉。周而复始,一次次的折腾。这里面最重要的问题是,我们可以看到,扬声器的运动总是快于空气的运动,也就是说空气的运动总是滞后于扬声器的运动。说到这里我们先打住,你只要理解了空气运动滞后于扬声器的运动就可以了。

再来说一下声波,物理我们大家都学过。声波在在空气中的传播有一个重要的理论就是,如果两个声波,在空气中叠加,如果相位一致,那么会使得波峰和波峰叠加,那么振幅会使叠加后的振幅,如果相位相差180度,那么会导致波峰和波谷叠加,会抵消,甚至为0。了解了这个原理,我们来看扬声器。为什么裸露在空气中自由震动的扬声器,不会感觉到低音,那就是因为,扬声器前面震动的声波的相位正好和背面震动声波的相位相反,那么,相互抵消了,所以感觉不到声音。

了解了这个,我们就知道了原来,箱体内扬声器震动的声波的相位是和振膜正面震动的声波的相位是反的,那么我们倒相管的任务就来了,它需要把这个相位扭转过来。刚才我们知道,由于箱体内空气压强的不均衡,导致了空气的移动,空气的移动有惯性,这个惯性导致了空气的移动总是滞后于扬声器的移动,现在我们把焦点转向倒相孔这个地方,当扬声器向后震动时,倒相孔的空气是排出的,按理说应该是这样,我们想象的也是这样,但关键事实不是这样。当扬声器振膜向后移动,附近空气先被压缩,然后向导向管传递,这个传递需要时间,你上街买包烟也需要时间呀,当压强传递到到相管时,已经滞后了扬声器的,这时可能扬声器振膜已经开始向前移动了,又在扬声器背面导致了一个负压,这个负压又要把空气向回吸,这时倒相管的压强大于扬声器背面,空气又往回走,又需要一定的时间才能回来,而那时扬声器可能已经又反向移动了,这样就导致了一个现象,就是总有一定频率的声波,他的延迟时间刚好是扬声器向外运动时,倒相孔哪个部位的压强最大,所以倒相孔也是向外辐射声波,扬声器向里移动时,倒相孔附近压强最小,倒相孔由外向箱内吸汽,这是一个有趣的现象,你会发现,这时候倒相孔的空气运动方向和扬声器是完全一致的,也就是倒相孔把箱内扬声器背面辐射的声波相位到了个各,成为了第二个低音扬声器,声波相位相同,相互叠加,振幅增大。但要注意的是,只有一定频率的声波是这样的,这个频率以上、以下的频率相位都会不是180度,因此叠加的效果不同。

说到这里,我们总结一下。

1、由于扬声器震动导致的压强差,造成了声波向唯一的泄放孔——倒相管移动。

2、可怜的空气是有惯性的,它开跑了,想让他收住往回跑是需要时间的,因此,箱内空气的运动与扬声器的运动有明显的滞后。

3、总有一个频率的声波他的滞后时间刚好能够达到扬声器振膜反向振幅最大了,但是空气才刚刚在倒相孔附近达到压强最大或最小。

4、于是倒相孔就将声波反向了。

原理就是这样了,那么,倒相孔参数对功能有什么影响呢。这个问题,实在是很复杂,涉及到多个学科。我也不是很明白,只是粗略的分析一下吧。

我们知道,在制作倒相箱时,倒相孔面积和长度是重要的设计指标。倒相孔面积大,要求长度要越长。反之亦然。为什么会是这样呢?

我们分析,如果音箱是不密闭的,我们知道,箱内不均衡的压强,很快会泄放,也就是很快被传递到外面,反之,也会很快吸进音箱,这就是说,空气泄放快,惯性小,滞后时间短,时间短意味着频率高。随着开孔变小,箱内的压强被“聚集”,形成了憋着的气流垫,能量要从小孔泄放,就会慢一些,而扬声器反向拉力要抵消这个气垫的能量,时间会长些,也就是滞后的时间就长,时间长,对应着频率就低,这就是如果开口越大(先不考虑倒相管长度),那么反相的频率点越高,反之亦然。

倒相孔的长度与截面积两个的乘积,决定了倒相系统有一定的体积,一定的体积内的空气就有一定的质量。而箱内的空气需要泄放,必须要推动这部分质量的空气,这就让我们能够理解另外一个概念。我们可以理解,当倒相孔大的时候(为了避免倒相孔面积太小而造成气流声),泄放的速度太快,为了减慢泄放,我们是不是要增大倒相系统的空气质量,从而增大箱内空气的推动阻力,才能减慢泄放,延长箱内空气的滞后时间,降低谐振频率,因此,我们必须将倒相孔长度做长一些,就能够达到与小面积倒相孔相同的谐振频率。这就是倒相孔面积越小,长度越短,面积越大,长度越长的道理。我们可以这样理解,扬声器是个动力源,产生的压缩空气要泄放,泄放的速度快慢,决定了系统的滞后时间和谐振频率。倒相孔是个负载,为压缩空气体提供一定的阻尼或者说是负载,这个阻尼的大小,决定于开孔的面积和孔深(长度),孔越小,阻尼大,泄放慢,箱内空气滞后时间长,谐振频率越低,反之亦然。另外,倒相孔的构造决定了它是一个共振腔,共振腔内有一定质量的空气,共振腔的频率是可以通过声学的知识,定量计算出来的。

现在我们总结:

1、扬声器和箱体和倒相孔构成了一个系统,这个系统扬声器是动力源。

2、箱体中产生不均衡压强,这个压强要传导和泄放要通过倒相孔

3、倒相孔系统其实是扬声器动力源的负载系统,它能够提供箱体不均衡压强的泄放阻尼,调整这个阻尼的大小,可以改变压缩空气垫的泄放速度,通过改变泄放速度,可以调整箱内空气的180度相位滞后时间,对应的是谐振频率点。

4、因此,既然箱体已经定了,扬声器已经定了,倒相箱设计的重点在于改变泄放阻尼的大小,来控制对应的谐振频率。定性来说就是,面积小,长度小,面积大,长度大。

为什么倒相系统的谐振频率要与扬声器谐振频率相同。这个很好理解,是由扬声器的特性决定的。扬声器在谐振频率附近的振幅最大,而倒相系统刚刚说过,在谐振频率的地方,如果扬声器是向外运动,那么倒相孔的气流也是向外运动,那么我们来看,扬声器向外运动,它的背后是负压,把气流向扬声器拉,倒相孔气流也向外运动,它的背后也是负压,把气流向倒相孔拉,这两个气流产生的力,使相互制约和抵抗的。所以说,在谐振频率处,倒相孔的压强与扬声器的压强性质相同,但方向相反,可以有效的制约扬声器振幅的过分加大,从而改善谐振频率处的扬声器特性,使频率特性平坦,而且,倒相孔在谐振频率处与扬声器同相叠加增大,从而可以提高谐振频率处的声压,拓展低频特性。我们还可以知道,在谐振频率以下或者以上,扬声器振幅快速下降,但是倒相孔系统虽然这些频率的相位不是同相,但也至少是叠加增大的,因此谐振频率附近的频率点,也可以增强声压,尤其是谐振频率以下,可以说是拓展了低频特性。

再说说箱体,箱体的容积大家都知道是音箱的一个重要指标。我们来分析,箱体是产生不均衡压强的场所,扬声器产生压缩动力后,这个压强的大小,与箱体有直接的关系,从道理上讲(实际不是这样,还要看扬声器参数等等),箱体越小,产生的压强越大,气垫的能量越大,那么配合一定的倒相孔阻尼后,可以产生更低的谐振频率。而相同的条件,如果箱体越大,那么压强越小,气垫能量小,在相同的导向系统下,谐振频率越高。这就是一个小扬声器,如果配备了很大的箱子,那么低音不会好的原因。具体的设计不能仅仅凭这一点,要综合很多因素,特别是扬声器的参数等等。

总之,倒相箱决不是有些人认为的通过音箱后板的反射来改变相位的,它是一个复杂的不均衡压强气垫传导延时系统,有独特的声学特性,这也是倒相箱倒相孔开孔并不一定在前面板的道理,这里的分析还很肤浅,请各位大虾批评指

三、倒相管发出声音

怎么可能为了出风给箱体开孔呢?这个比较奇怪。有全封闭的音箱,也有开孔的,但那个孔叫倒相孔,可不是随便开的,给你一个资料看一下吧。

在一开始,我们首先来给大家提出一个问题,为什么需要一个音箱?为什么不直接把扬声器放在一个架子上使用呢?

如果你说是为了美观,那你就错了。

美观确实是原因之一,但不是主要原因。真正的原因是,对于扬声器、特别是低音扬声器,没有箱体,它是没有声音的!

扬声器在振动的时候,并不只是正面有声波,由背面裸露的振膜我们可以想象出来,扬声器的背面也是有声波的。但是扬声器的正面和背面的声波是不同的——想象一下就可以知道,当振膜向前振的时候,从背面看,就是向后振的。这样,用声学术语来说,也就是扬声器前后声波的“相位”是相反的。

由于声波的绕射效应,我们可以认识到,如果没有阻隔,扬声器背面的声波绕射到前面来的时候,正好与扬声器前面的声波相互抵消掉了,那么声音自然不存在了,这种现象称为“声短路”现象。

解决这个问题的方法,就是使用一块大板子,将扬声器安放在板子的正中央。这样声波不就绕不过来了吗?这块板子的名字就叫做“障板”。有了这块板子,扬声器就可以正常发声了。

但是,这也有问题。那就是障板既大又难看,而且障板不可能是无限大的,这样总有一部分声波能够绕回来。

现在让我们来想像——

假设有一块无限大的障板,我们把它上下左右弯曲……弯曲……挨在一块了!这时候,无限大的障板就变成了一个密闭的箱子,扬声器的背面声波被完全封闭在箱体里了——这就是最简单的音箱,封闭式音箱。

为了尽量加大音箱箱体的声阻尼,一般在音箱内会加装吸音棉材料吸收音箱内的声波。在一些HI-FI音箱中甚至会在内部涂布沥青材料。不过在多媒体音箱中,出于成本考虑使用吸音棉的并不多,同时,由于国家长城安全规定对于音箱制造的规定,在带有功放的箱体内不允许使用吸音材料,以防止长时间工作后受热着火。

为了减小箱体谐振,对箱体的设计也有特殊的要求,一般来说就是要打上加强梁和加强筋,主要有三种——打在箱体正中的加强隔板(这种设计关系到箱体的声学设计,需要统筹考虑)、边脚的45度加强筋、大面积侧面内部的不规则形状加强筋(以改变箱体的共振频率,漫步者R501T音箱的低音炮就使用了这种设计)。使用了加强筋的音箱的稳定性明显好于没有使用的音箱,但由于工艺复杂,在低档箱体中很少使用。

我们前面论述的是密闭箱,但实际上,我们通常买到的多媒体音箱大都是带有一个开口的所谓“倒相箱”,那么,什么是倒相箱呢?

先来说说密闭箱的缺陷——密闭箱的优点是声音清晰、效果好,但它的声音回放完全由正面的扬声器振膜来承担,这就造成当扬声器不大的时候,它的回放频率不会太低。而倒相箱就是为了解决这个问题而出现的。

所谓倒相箱,是根据声学中的亥姆霍兹共振原理设计的。具体的原理这里不作详细的阐述,简单的说,其理论依据就是当音箱箱体足够结实的时候,可以将箱体视为一个力学上的“刚体”(即不会产生型变的物体),此时,音箱内部的空气在扬声器背面振动的作用下会被压缩产生共振,此时在箱体上开一个口,并接上一根管子,空气就会在这根管子内高速振动而发声,就象音乐中号角的发声原理一样。这里我们特别可以看出,真正发声的是空气在箱体及管道里的振动,而不是扬声器,扬声器只是起到了一个“驱动力”的作用,就象扬声器上真正发声的是振膜而不是线圈一样。正因为如此,所以从倒相管里发出来的声音要比扬声器所发出的声音低得多而且与扬声器的大小无关,因为管道发声的频率要比振膜发声的频率低得多。

那么“倒相”是什么意思呢?倒相是指的经过箱体的反射,从倒相管里出来的声音相位与扬声器振膜正面声波的相位相同,即与扬声器背面声波相位相反,相位被“倒了过来”。但是要搞清楚的是,这些声波来源于空气的振动,而不应理解为扬声器背面的声波被“反射回来”(有不少文章在此问题上犯错误)。

正因如此,倒相箱与密闭箱相比,有如下的优点:体积较小、低频下限是密闭箱的0.7倍、灵敏度比密闭箱高3dB、声压较高。所以在多媒体音箱这种小体积音箱上,倒相箱使用的非常多。

但是,倒相箱对于声学设计的要求远比密闭箱高得多,因为倒相箱存在一个固有的问题,就是在回放频率接近箱体的固有频率时,倒相声波会与扬声器正面声波相抵消,从而导致声压急剧下降。具体表现为倒相箱尽管低频下限较低,但接近下限时声压下降极快,而且倒相箱的瞬态,即反应速度往往要比密闭箱差。这就导致倒相箱设计不好的时候,低音虽然比较低、但很容易混浊,音质很差。

国内的大多数多媒体音箱都是倒相箱,但是真正懂得倒相箱设计的厂家并不多,很多厂家只是在音箱上开一个口子加根管子就自以为是“倒相”了,其音质惨不忍睹。对于这种箱子,倒不如用一块海绵把倒相孔堵起来,可能倒会好一些。

一些音箱使用了特殊的双曲线倒相孔,例如漫步者的R501T音箱就是如此。这是因为为了取得好的低音效果,倒相管应该长一些,但长倒相管会在高速气流下产生摩擦声。双曲线管道的流体阻力最小,能够尽量取得高速气流和气流噪声之间的平衡。

关于倒相结构的其他思考

倒相结构在国内的多媒体音箱中非常普遍,但很少有设计的出色的。究其原因,关键就在于倒相结构对于音箱声学设计的要求非常高,但国内的音箱厂家有相当多的并没有足够的箱体设计实力(有些厂商甚至连一个懂得声学的工程师都没有),很多厂商其实只是从国外买到现成的音箱产品,然后直接进行箱体测绘仿造,然后再在外观上作一些变化而已。但由于所用的箱体材料、扬声器单元、功放电路等与原品截然不同,仅仅在箱体声学结构上的仿效根本是没有意义的。效果肯定不会理想。这样的厂家还不如老老实实作密闭箱,可能还会好一点。我们甚至可以这么说——国内的厂家,作倒相箱的,不说明什么,作密闭箱的,倒比较有可能当真有技术实力。

在常见的书架式多媒体音箱中,其倒相结构有两大类——前倒相式和后倒相式,低音炮则又多了一种侧倒相式。后倒相式的音箱数量最多,因为这种箱体设计比较小,也比较美观。但是,我们在今年第三期的评测文章里讨论过这个问题,后倒相式音箱在背面有墙,且离墙至少30厘米的情况下才是有意义的。离墙太远,倒相的声音根本听不到,太近又会形成驻波(声波在遇到阻挡物后反射并与原来的声波叠加,会在某些频率有相互抵消或增强的现象,实际表现为某些频率的加强或减弱)。这对于多媒体音箱来说,摆位要求太苛刻了。所以多媒体音箱还是使用前倒相为好。

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