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包括我在内,好像现在搞辐射盆的朋友多起来了。当看到一些实践经验的分享与讨论,不禁也想说说,但内容有点长,开个贴讨论吧。
首先我们把使用倒相管与辐射盆的箱体在Fb(箱体系统的共振频率)相同的情况下做个对比。
先说使用倒相管的箱体:
使用倒相管的箱体,其Fb值是由箱体容积(空气顺性)与倒相管内的空气等效质量决定的。
由倒相管输出声能量,倒相管口径越大,空气耦合越好,声辐射效率越高(当然这受制于驱动单元的参数)。
频带内(Fb上下一个倍程)的效率主要由倒相式箱体Q值决定,Q值高效率高但频带窄(出峰),Q值低效率低但频带宽。
损耗主要来自于倒相管的空气摩擦及箱体内的声吸收。
失真主要来自箱体及倒相管内空气力顺(压缩与膨胀)的非线性、倒相管自身的共鸣及气流噪声。
再说使用辐射盆的箱体:
使用辐射盆的箱体,其Fb值是由箱体容积、辐射盆的质量、辐射盆面积的空气附加质量、盆边的顺性共同决定的。
由辐射盆面输出声能量,盆面积越大,空气耦合越好,声辐射效率越高(同样受制于驱动单元的参数)。
频带内的效率主要由箱体Q值、辐射盆Q值共同决定,Q值高效率高但频带窄,Q值低效率低但频带宽。
损耗主要来自于辐射盆边的阻尼及箱体内的声吸收。
失真主要来自于辐射盆边力顺的非线性(空气力顺的非线性退居次要)。
画了个图来说明,图中分别画出了在箱体上使用倒相管(图上部)与使用辐射盆(图下部)的类比结构。为了避免混淆,其驱动单元没有画出,因为它在此是个“策动源”,只视为能量提供者(虽然单元的Qts会很影响输出特性,但那属于另一件事儿)。
倒相管与辐射盆类比
看得出,它们都属于利用箱体Fb的“反共振”来输出声能的霍姆兹共鸣器。它们的主要区别就是多了个辐射盆边的“弹簧”(请注意,这个“弹簧”是指辐射盆的自由状态下的)。
这种“双弹簧”系统,意味着其中存在两个力顺和两个Q值,无论是力顺的“和”还是Q值的“和”都像电阻并联那样,由更小的那一边“主导”。而更为重要的是,力顺与Q值之间却是“力顺主导Q值”,意思是说:谁的力顺越小(越硬),谁的Q值权重就越高!
由此看来,要想获得足够的声压就必须提高辐射盆的力顺,就是盆边要尽量的软,让箱体空气力顺来“主导”共振。
这种“双弹簧”系统还有一个很重要特点:与“单弹簧”(使用倒相管的箱体)相比,当输出频率低于截止频率后,声压呈-18dB/倍程减弱(对吗?我忘了),而“双弹簧”系统处于辐射盆的自由谐振频点(Fp)时(就是如果A弹簧不存在时),振幅会出现“断崖”式的衰减!(即斜率衰减与深谷的重叠)这一点必须注意到。所以……盆边要尽量的软,把其自由谐振频率充分降低。(那么,加重辐射盆的质量不也能降低自由谐振频率么?……别忙,往下看)
辐射盆的质量大小很重要,这个振动系统里的振动体“质量”就是以驱动单元的振动质量(Mms)为基础的,下面单独来说它。
对于系统里的这些振动体质量的理解,可把它们看做是能量守恒定律试验里的“小球弹性碰撞”(这个类比不完全合适,只是部分一致)。
驱动器振动质量
使用倒相管的箱体可类比为两个弹性小球“1、2”。
“1”的质量是“驱动器的振动质量”,其弹性是单元的力顺;
“2”是“倒相管空气等效质量”,其弹性是箱体内空气力顺。
1撞2,重球能把轻球撞飞,但撞后“1”球还会继续前进,因而能量传递效率不高;轻球撞重球撞不太动,还会反弹,传递效率也不高;球的质量相等时,撞击后一个静止一个走人,最有效率(所以倒相箱体在Fb频点时振膜振幅最小而倒相管气流却很快)。
当然,在实际音箱中,考虑到驱动单元的参数特性及箱体损耗等因素,“1”与“2”不一定相同,但却在一定范围内。
使用辐射盆也可类比为上述那两个小球“1、2”的碰撞,道理也基本一样。唯一不同的是“2”球是由两种材料组成,其内部还存在一个不同弹力的核……(这个问题就复杂了,我都不知道该咋类比了)。其反映在音箱上的结果就是,当输入频率达到辐射盆的自由谐振频点时,会因相位反转造成输出声压出现深谷,进而形成“断崖”式的减弱!(又把前述的重复了一次)
至此,我们把使用辐射盆的系统要求总结一下:
1.辐射盆的边缘必须要软(力顺够大)。这样才能尽量让箱体空气力顺来“主导”谐振,同时也有利于降低自由谐振频率(Fp)。
2.辐射盆的Q值要高些才有利于效率。在常见盆边中,使用折环边Q值最大(但可能偏硬)、泡沫边其次、橡皮边Q值最小。
3.辐射盆的质量要轻。如果因此而达不到所需要的Fb值,那增大箱体容积或增大辐射盆面积要比增加配重更有效率。
4.驱动单元的Qts可略高于倒相管式箱体之驱动器。这至少是因为辐射盆的Q值(Qmp)的存在拉低了箱体Q值所致。
使用辐射盆的音箱比使用倒相管的音箱的优势在于:
1.失真可以更低。因为辐射盆面积远大于倒相管截面,所以同等声压下空气振动速度更低,非线性失真更小,且没有倒相管的空气挤压效应及气流干扰声。
2.箱体体积可以小一些。因为没有了倒相管占据的空间。
3.灵敏度略高于用倒相管(1、2dB),截止频率(-3dB处)可以比用倒相管的更低,但截止的更陡峭。
4.没有洞口,蟑螂就不能安家( 开个玩笑)。没有开口就没有局部的高速气流,这样就可以在箱内灵活的填充吸音棉来调整Q值或消除驻波,而不会像有倒相孔的箱体那样的精细敏感。
其它方面如瞬态特性与用倒相管基本一样(毕竟工作原理相同嘛),但明摆着,辐射盆越重瞬态就越差。
最后要说,以上论述(如果这也算论述的话)可能感觉和朋友们的实践经验有出入,这不奇怪,首先是我理解的也不一定都对,再者单元与辐射盆的参数性能及箱体形式五花八门,哪种“组合”为最佳自然多种多样。所以,这些论述只是个“战略方针”而非“战术指导”,只为厘清一些基本原理,免得因基于少量试验而形成“带病”理论,进而诱发玄学人士(如皇……)的兴趣……。
最最后要说,其实关于使用无源辐射器音箱的原理,前辈专家们早就研究个底朝天了,只是因工艺及成本等问题不太被商界采纳,所以其理论也不如倒相管式音箱那样普及。我们这代diy有福了,真要想干点啥,总有现成的理论支持。加油! |
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