音响设备的设计目的和工作原理

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目前，音箱按箱体结构，分为密封式、倒相式、号筒式、空纸盘式等多种类型，但都设计复杂、技术要求高、体积大、成本高，都难以做到体积小，音质又好的情况。
  于上有技术中的不足，活塞式音箱的目的就是提供一种技术要求低、设计简便、构造上加入活塞，使箱体体积小，箱体阻尼可调，音质又好的音箱制作方案。
  人耳的听觉范围为下限20HZ，上限20KHZ，在音箱中重放高音20KHZ都能做到，只要高音扬声器能达到20KHZ就行。对于重放低音20HZ， 就是我们制作音箱的目的。决定音箱低音效果优劣有两个：一个是静态参数——下限频率，另一个是动态参数——瞬间响应。在设计音箱时，我们希望下限频率越低越好。如果音箱的品质因数： Q= 0.707为最佳阻尼状态，这两个参数，对音箱起决定性作用， 是箱体设计的关键所在。下面我们来
看它们互相关系，密闭音箱由下述公式计算：
            foc=  
     其中： foc——音箱下限频率
             fo——低音扬声器谐振频率
             mo——低音扬声器振动质量
              a——低音扬声器有效振动半径
              v——音箱的净容积

    由上式可以看出，foc是由四个参数决定，但是， 当我们选定扬声器品牌和型号之后，fo、mo和a这三个参数都已确定下来，设计者已无能为力， 只剩下箱体净容积v可以由设计者确定。由上式可知，v与foc2呈一定反比例关系，v越大，foc越低，但过大的箱体会导致瞬态特性变差，如图1—2所示， 箱体也不能过小，过小的容积会使音箱处于深度过阻尼状态，如图1—3所示。 所以下限频率和瞬间响应这两个参数是互相牵制的，传统的音箱设计就是在这两方面综合考虑，使音箱的品质因数Qoc=0.707。
    活塞式音箱理论认为：Qoc=0.707的阻尼状态， 还不是最好的，还没有使低音扬声器系统充分的发挥。还有一种状态——自由阻尼自由容积状态。它能使低音频率更下限，灵敏度更高，箱体容积更小，能最大限度挖掘扬声器潜力。
   活塞式音箱原理如图2所示，音箱分为A室和B室，A为低音扬声器安装室，B室为活塞室，B活塞室由一个活塞组成，安装在箱体的背面，橡胶振膜会随低音扬声器振动而振动，因为橡胶是声音的不良传导体的特殊材料，所以不会发出声音，海棉的作用是缓解橡胶振膜的振动和吸收音波，B室活塞作用可使A 室的容积随低音扬声器振动的需要，自由调节箱体容积、箱体阻尼状态和平衡箱体内外气压，并对低音扬声器加载，增大低音扬声器振动质量，使音箱频率下限。实行扬声器振动软着陆，改善音箱灵敏度、瞬态失真、消除共振等等。活塞室的作用是由橡胶折环弯折运动，橡胶振膜缓振振动，海棉阻振运动共同完成。活塞室加载大小是随低音扬声器振幅大小成正比，振幅大时，阻尼大、加载大，下限频率就低，低音效果就好。改变活塞室振动质量和振动面积，可改变音箱阻尼大小。
   活塞式音箱设计技术要求是：箱体要密闭、低音扬声器和高中音扬声器要隔开密闭，箱体大小原则是可安装下扬声器就行，箱体尺寸比例不可为整数倍，以免声染色。活塞总工作容积等于低音扬声器在音箱额定功率振幅容积，即：有效振动面积×振幅距离=振幅容积，活塞总振膜面积近于低音扬声器振膜面积，但不可偏差太大，活塞振膜质量要尽量小，以便增大调整。
   现在，我们来看活塞式音箱的两个重要参数：
    静态参数——下限频率。低音扬声器工作时，使箱内空气带动橡胶振膜振动，橡胶折环前后运动，这样，可以看成低音扬声器带动活塞工作，就增大扬声器振动质量。由上述公式得知，振动质量和下限频率成反比例，所以频率进一步下限。
   动态参数——瞬间响应。当有一个瞬间信号来临时，A 室空气负载加于低音扬声器，活塞室有一个瞬间滞后，其瞬态会出现如图3所示情况，其中a为最佳阻尼响应曲线，b为变容积阻尼响应曲线，由于活塞室滞后的原因，仅有A室内空气作用于低音扬声器，此时，音箱处于欠阻尼状态，图3中b响应曲线斜率最大，表示振膜振动速度最快，在t1 时间后，由于活塞室迅速作用低音扬声器振膜，音箱迅速恢复到正常阻尼状态，曲线斜率逐渐下降，表示振膜逐渐下降，并恢复到正常阻尼速度，由于活塞室作用图1—3所看到的曲线下降未端的拖尾现象被有效抑制，实行振膜软回位，这样说明瞬态变好。
    本音箱有如下优点和积极效果。
     (一)在音箱上使用活塞，从而使音箱的容积可变，阻尼可变。改变传统音箱复杂的烤鸡炉设计方法。
     (二)具有设计简单，技术要求不高，体积小，造价低廉。
     (三)重放音场宽阔，低频灵敏度高，解析力好，有效减少扬声器振幅，箱内不会产生驻波，有效避免声短路和相互干涉现象。平衡音箱内外气压。尽量挖掘扬声器潜力。

    现在再从直观的角度来分析音箱的制作目的和工作原理:
    当低音扬声器振动时,振膜正面会向前面辐射一个正相声波，同时振膜背面会向后面辐射一个负相声波。一样的正相声波和负相声波在空气中相遇就会出现声短路和相互干涉现象。使低音量感不足，含糊不清。用一块障板把低音扬声器的正相声波和负相声波隔离，使低音扬声器前面的正相声波和后面的负相声波不会互相抵消、互相干扰。有效避免声短路和相互干涉现象。让低音扬声器发出纯净的原音声波。


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