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来拼个音箱吧——扒一下音箱里面有啥东东

说了这么多天的音箱的东西,也总该来凑个音箱来揪揪了,那么看看我们拼个完整的音箱还要知道些啥吧。当然,不是随便弄成个四方盒子就能叫好音箱的,还得了解下面这些基础知识,才会更懂怎么拼一个好音箱。但是,如果你跟小灵一样懒的话,学懂今天的推文,也能让你选购到一套好音箱呢。


虽然单独一个扬声器给上信号也能发声,但声音会变得很小,这是为什么?因为扬声器振膜工作时,会同时驱动振膜前后的空气形成两组声波,但这两组声波的相位相差180度,也就是说,这两组声波峰谷相对,会相互抵消,使得声压下降,这和一些煲箱软件的降噪原理有些相似。为了让声音变得更有效率,扬声器需要配合板子使用,这些板子被称为障板。这些障板的不同组合,形成了不同的箱体,与扬声器配合形成不同的结构,这些结构被称为声学结构,它决定了音箱的一些基本特征。

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波形相位差演示


目前最为常见的有倒相式,其次是密闭式。


密闭式

密闭式,又叫密封式。顾名思义,即完全封闭的结构,它的设计目的就是为了完全阻断扬声器向后驱动时发出的声音。这种声学结构简单,便于设计,它曾经是音箱的主流形式,也是土炮党所钟爱的一种结构。但随着有源音箱的发展,密闭式的声学结构不再显得那么受欢迎,主要原因是密闭式不利于散热,对于内置功放模块的有源音箱来说,这种结构会降低电气方面的安全性。

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桌面级密闭式无源音箱


密闭式在声学性能方面有着天然优势。它将扬声器后方空间完全包裹,形成一个封闭的空间,它与外界容易形成气压差。或许这个概念不好理解,可以做个实验,找一个空可乐瓶,拧紧盖子,然后轻轻捏瓶子,感受一下瓶子反向的作用力,然后拧开盖子,再次捏捏瓶子,是否感到瓶子的反作用力变小了?

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桌面2.1音箱的密闭卫星箱


当扬声器工作时,振膜会前后驱动,箱体内的气体的体积会产生变化,随之而来就是气压产生变化,它会与外界的气压形成相互作用力,向内或向外顶托振膜快速回位,如同有个“空气弹簧”一般,这个特点决定了密闭式声学结构的音箱会具有良好的响应速度。通常情况下,密闭式能让声音变得干净清晰,具有质感,具有良好的响应速度,整体不会拖泥带水,低频衰减平滑柔和。但同时,这个特性也会限制振膜的行程距离,使得推动的空气体积变小,这会降低效率,尤其是低频的量感。


倒相式

前面提到,扬声器工作时,会前后驱动空气发出两组声波,密闭式采用封闭箱体阻断向后的那组,这样会降低发声效率,有无办法让向后的声波也被利用起来呢?答案就是将声波导出来。在“音箱上插一根管子”,就是倒相式声学结构,那根管子叫导声管,也叫倒相管,它能将扬声器向后发出的声音相位翻转导出,这就是“倒相”的意思。这样处理过的声波与先前发出的声波不会峰谷相对产生抵消作用,而会相互叠加,实现更大的声压,这也是倒相式结构低频量感相对充沛的原因。

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倒相管


你或许好奇,声音经过导出,相位会再次翻转吗?为什么倒相箱对低频量感改善明显,而对中高频量感影响较小呢?倒相式的工作原理并非“导出”这么简单,它受到箱体容积、倒相管截面面积、长度等多种因素音箱,它真正的工作原理是利用声箱共振,共振效果和频率可以通过公式计算。一般情况下,箱体容积越大,低频下潜越深,瞬态则容易变差,倒相管长度越长,下潜越深,瞬态越好,量感会降低,效率降低。箱体多大、倒相管多长合适?需要经过计算,不正确的设计都会导致声音劣化。这里所说的,也只是一个基本特点而已。需要明确的概念就是,倒相不只是简单的将声音反相导出。

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后倒相式有源音箱


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微型音箱的顶部倒相孔


倒相式又分为前倒相、后倒相,即指的倒相管的指向,这两种形式最为常见,也有将倒相管开在顶部的。倒相管的指向对本身不会影响性能,但会影响摆位,例如后倒相的音箱,摆放时应该注意离墙位置,避免过度反射造成的声音浑浊。


相比密闭式声学结构,倒相式在低频下潜和量感方面的优势是天然的,这种声音的趋势也迎合了大部分人的声学审美标准。倒相式还可以通过倒相管交换声学腔体内外的气体,带走热量,这种结构,用于有源音箱设计时能提高电气稳定性和安全性,因此大部分有源音箱均采用倒相式。


被动振膜式

被动振膜,又叫被动辐射器、空纸盆。它也是一个发声器,但它本身不具备主动驱动力,它不包含驱动系统,它依赖主动扬声器工作时,压缩声学腔体内的空气,被驱动而发声。这种技术出现得很早,但真正被广泛使用,是随着微型音箱的兴起而来,是在增加振膜的驱动面积,以推动更大体积的空气获得低频量感。这种结构也是全封闭的,因此腔体内外也容易形成气压差,而产生相互顶托振膜[包括主动和被动的]的效果,这点和密闭式结构相似,但声音特点却并不相同。这取决于主动振膜和被动振膜的面积比例,如果被动振膜很大,甚至大于主动振膜,振膜每个面积单位获得的作用力就相对小,顶托作用就不会明显,声音的响应速度会变慢,振膜的容易失控,反之,如果被动振膜较小,顶托作用就明显,声音的表现就会有类似密闭式结构的特征。

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箱体背面的被动辐射振膜


在有些权威的声学书刊中,将被动振膜式视作倒相式的变型,由于其特殊性,将被动振膜作为单独的一类来说明。


其他特殊结构

还有一些特殊结构的音箱,例如低音音箱采用的Cannon结构,还有Bose妙韵的Acoustic Waveguide Speaker Technology 音频导波管结构,以及涡旋结构等等。还有在有源音箱中不常见的号筒结构、迷宫结构等。

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Cannon结构简单示意


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coustic Waveguide Speaker Technology 音频导波管扬声器技术示意


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一体化音响系统-涡旋结构


了解了音箱箱体的多种结构形式了,那接下来看看做一个音箱还要注意啥吧。箱体仅仅依赖材料的物理特性也是无法达成理想状态的,在箱体设计中,还有很多强化的手段,以实现更好的避免或者消除箱振带来的负面影响。


使用厚重的板材

这是最简单,也是最有效的强化措施之一,但它会导致制造、运输成本的大幅攀升。关于板材的内容,大家可以翻看小灵的历史推文。


箱体的声学设计

箱体通常采用方体造型,采用什么高度、宽度、深度,是有讲究的,合理的设计,能降低箱体内驻波的负面影响,也就降低了箱振的负面影响。音箱的边长为波长的1/2或者整数倍频率下容易产生驻波,如果2个边为一样时,驻波的能量更大。因此正方形截面的箱体是存在声学设计缺陷的。低频波长较长,一般低音炮是不是会因为边长不够低频波长的1/2倍而不发生低频驻波呢?理论上如此,但不表示低音音箱箱体内不会产生驻波,因为扬声器发出的不只是单纯的低频信号,这些“杂波”会调制合成成新的波形,最终产生驻波,这还只是复杂情况中的一种。


通常说的,长宽比为黄金比例时,声学效果最理想,其实也不尽然。这里列出一张表,是前辈们总结整理出来的。

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对消除驻波负面影响最为有利的音箱尺寸比


密封措施


在安装扬声器与功放模块时,加入一层柔性材料,能增强箱体的密封性。它能保证不发生不应该的声压泄露,这也是俗称的漏气,漏气可能会扬声器的声波产生相互干涉,劣化频响。对于密闭式的声学结构的音箱而言,防止漏气尤为重要。通常来说漏气点靠扬声器越远,产生的干涉就越严重。安装于扬声器与箱体之间的密封柔性材料,还能缓解扬声器与箱体之间的振动传导。

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折叠振膜高音扬声器背面


密封措施是必须的,这点大部分音箱都做到了。不过有些却做得不够好,密封是否严密,也和安装工艺相关,也和箱体材料有关。如刨花板,它的锯面粗糙,难以做到完全密封,板质酥松,螺丝生根困难等等,都会导致密封不严的问题。

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有源监听音箱-功放模块


在箱体内刷沥青,是DIY常用的箱体强化手段之一,它除了改变板材阻尼特性之外,沥青也是极好的密封材料。


加强筋、加强框架以及阻尼胶

在木质箱体的设计中,经常会利用一些边角木条贴附到箱体内壁上,这些边条主要用于强化箱体,被称为加强筋。这是一种简单的加强方式,成本也不太高,因此被普遍采用。

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有源音箱-箱体内部


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箱体加强筋结构示意

有些产品则在箱体设计时,使用加强框架。加强框架对障板的支撑力度则明显要优于加强筋但成本上则要高出不少


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微型塑料音箱的加强筋

塑料箱体也有类似加强筋的设计,只不过这些加强筋在开模时就设计好了,而不是利用边角料来强化。


没有哪种材料是完美的,因此通过覆盖一层其他物质是原有材料变成“复合材料”,以实现更理想的物理特性。在箱体内部涂刷阻尼胶是一种比较理想的办法。这种方法让箱体制造变得繁琐,因此没有成为主流形式。


吸音材料

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音箱里的吸音棉


吸音材料的作用是用来抑制内部声压的上升,它能有效的降低驻波的影响,尤其对300Hz以上的频率有效

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吸音材料通常为玻璃、石棉、醋酸、尼龙等纤维,看上去都象一团棉花似的,因此俗称为吸音棉。玻璃纤维容易产生碎屑,如果附着在人体皮肤或者呼吸道内壁上时,会影响人体健康。实际上,现在音箱基本不再使用玻璃纤维作为吸音材料,而多采用尼龙纤维和海绵片的方式。但这些材料又易燃,在有源音箱中使用时,会降低音箱的安全性,使得很多有源音箱拒绝使用吸音材料。而无源音箱则无安全性问题,因此使用吸音材料的还是占大部分。吸音材料的不同以及不同的安装方法,对声音也有一定的影响。


好了,音箱里该有的基本东西,咱们都说了一个遍了,再配上适当的螺丝和相应的接线端子,那么就可以动手组装一只DIY音箱了,关于端子的内容,大家可以翻看小灵之前的推文,也有过详细介绍的。只有真正动手“折腾”过一只音箱,才会更明白音箱的内部结构,这所谓理论与实践相结合了,呵呵!不说了,小灵纠缠工程师去拆音箱了~~


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