[DIY制作] 开口箱箱体和扬声器Q值详解

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本帖最后由 边缘人1666 于 2022-4-18 01:51 编辑

   开口箱箱体和扬声器Q值详解
   Q值的理解:
   Q值一般直译成;品质因数。这个名称对很多人来说有些费解抽象。Q值是一个描绘谐振情形的数学量,它总是伴随着阻尼概念(在谐振系统中)被介绍给大家,或者有人把它等同阻尼值来介绍。对于一个谐振系统,阻尼越大,那么系统的谐振越被钳制,从而导致低Q值的谐振曲线,当阻尼小时,则情况相反,谐振越剧烈,形成高Q的曲线。
喇叭的Q值:Qts,Qms,Qes
Qes;为喇叭的电Q值,它反映了单元在Fo时的电磁控制力下的谐振能力,数值越低,阻尼越强,系统谐振越小。感应电动势导致的电阻提供了Q值中的一部分阻尼,有助于消除所谓的‘铃音’。Qes较小,意味着电路的控制较强。Qes与驱动能力是成反比的,也意味着磁体越大,提供的阻尼也越大。
Qms;为喇叭的机械Q值.它反映了单元在Fo时的机械结构方面的谐振能力。数值越高,阻尼越小,系统谐振越大,也越容易起振。如果没有阻尼,振动一旦发生就不会停止。折环等部件具有阻尼,能够将Qms压低到合理的数值。
Qts;为喇叭的总Q值,称为扬声器的品质因数。由Qms和Qes并联耦合而成,它反映了单元在Fo处的谐振能力,数值越低,阻尼也越强,也意味着对扬声器的‘控制能力’。
音箱的Q值;
Qtc;是指喇叭装到密闭箱后的总Q值,无量纲单位。一般来说,对于扬声器系统,合适的经验值/指导值在0.5-1.4之间.低于0.5时,被认为是‘过阻尼’,当Qtc=0.5时,瞬态波形响应最为精确,不过对频域来说,这时候的阻尼稍微过了点,低频掉的比较快,在低频表现上多为‘稍显紧致,略显单薄’多数工程师在Q值上做折中处理,选择的Qtc在0.707—1.1之间。这时的瞬态响应良好,控制能力强,低频响应也不错。不过,在特定的条件下,低的Qtc值确是有益的;比如家庭影院系统中的中置音箱,对低音要求不高确需要很高的语言清晰度,正好利用这个Q值的‘完美瞬态’,甚至略微低一点,更佳(0.4-0.5之间)。QTC的大小,决定了瞬态响应的拖尾现象大小,即时域脉冲响应的后沿信号抑制力。
开口箱的Q值;
Qa;吸收损耗Q值,由箱体对声波的吸收产生的,箱内填充吸音棉会大大增强吸收。一个干燥光滑刚性箱体内壁通常Qa为100左右至无穷大,大量填充时,将达到3-10.通常多为设置吸音棉填充量的预设参考值。
Qp;倒相管损耗Q值,由倒相管产生,由于空气通过时,管壁的摩擦和开口处的空气湍流现象,会有一些阻尼。事实上,如果将此Q值设置的很小的话(意味着阻尼非常大),那倒相箱就会变成了密闭箱。预设多为100或者无穷大。近代精确模型上,Qp损耗会细分出一个损耗项,作为单独一个拟真补偿;End correction 末端校正,就是针对开口处空气湍流的修正,校正值范围;0.6-2.4。
QL;泄漏损耗Q值. 事实上字面意思误导了不少工程师,QL值过小并一定是由密封性泄露引起的。公式中是考虑到实际中可能遇到的密封不佳漏声和薄板材箱体共振等因数。典型经验参考值,通常预设为QL=7。通常QL值的设计范围在5-12之间。QL和QB意思一样不同文献称呼不同。同Qtc一样,极大值和极小值都不可取
    QL值的计算方法较为复杂,不同于QTC可直接获取到。对于倒相箱的调整增加了很多困难。在设计开口箱中,同样需要留意同为闭箱容积下的QTC大小,QL=7-9之间,其对应的Qtc值通常介于0.6-0.7之间较为合理。 QL计算从测量开口箱阻抗曲线开始,多为双峰一谷的曲线,低频峰标记为;Fl,谷对应的频率为;Fm以及它所对应的阻值标记为;Ro,高频峰标记为;Fh,同为密封开口的闭箱下测量的单峰标记为;Fc。通常情况下Fm并不直接等同于Fb。Fb一般是通过计算得到的;Fb=(FL2+Fh2-Fc2)½。Fm阻值大小会很大程度影响并改变QL计算结果。QL值结果太低,增大容积或者添加更多的吸音棉,过大反之。在计算验证QL一般也需要考虑加入负载后(分频器)的Re的变化,会带入0.5-1Ω的损耗值。

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发表于 2022-4-18 07:37 来自手机端 | 显示全部楼层
学习,感觉这一段是业余做箱比较难的。一是模似做箱后难以改动,二是到底什么是好的曲线,在中高频还可以向曲线平直靠拢,而这部分,真的是比较难了,包括看各种厂箱的曲线,什么样的都有。三是相互影响很大,吸音多了不好听,倒相长短有影响~。对于设计严谨的厂箱真是照尺寸做好就简单多了。

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发表于 2022-4-19 10:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 yyf901 于 2022-4-19 10:56 编辑

Q值是描述振动系统单位时间能量消耗速率的无量纲。就这么简单。
你把“系统谐振”这类无意义词放进来,不知道描述什么。

Qms:表示喇叭机械振动部分所有零件/材料单位时间对振动能量的耗散速率;如,乒乓球自由落体在水泥地和毛毯上,其弹跳次数差别即代表这个振动系统的材料对振动能量耗散速率的差异。
Qes:表示驱动环路,在驱动时刻磁路中产生的“动生阻”+非驱动时刻对振动系统自由振动的电制动力;
Qts是二种方式对能量消耗速率的并联值。

BF是在前辈给出的箱体响应基础上设计出来的(偏离标准响应的个性化设计中,其值也是计算出来的,目的是获得符合设计的低音下潜和瞬态),合格的音箱设计制作者只需一次性安放倒相管,无需调整。
Fb=(FH^2+FL^2-Fc^2)^0.5作为知识储备是必要的,用于Fb值测量调整是弯路。

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支持一楼!
音箱需要测量验证,并调整到设计的目标响应。

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发表于 2022-4-28 22:20 来自手机端 | 显示全部楼层
q值与音箱系统的选择怎么把握比较好,比如前负载号筒,封闭箱,或者振膜式那种怎么搭配比较好。

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 楼主| 发表于 2022-4-28 22:39 | 显示全部楼层
纸盆布边 发表于 2022-4-28 22:20
q值与音箱系统的选择怎么把握比较好,比如前负载号筒,封闭箱,或者振膜式那种怎么搭配比较好。

音箱系统的QB值,只是一个参考值,并没有统一的指导方向,确切的说没有最优解。QB只针对开口箱,辐射盆的调整方式跟开口箱差不多,密闭箱的调谐主要以Qtc值为参考对象。

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发表于 2022-4-29 09:25 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 yyf901 于 2022-4-29 09:27 编辑

闭箱:
Qtc=1/√3=0.577是贝塞尔响应箱体;
Qtc=1/√2=0.707是巴特沃斯响应箱体;
。。。。。
都是标准;

倒相箱:
有很多种调谐方式(都是标准),由倒相箱归一化函数方程推导出劲度值a、调谐比H等,这些值就像对数一样,除去繁琐计算,弄个速查表则方便的多;
以常用的QB3/SQB3响应箱体为例:
6.5单元参数:Qts=0.2,Fs=25Hz,Vas=68L:
预估QL=7,
查表得a=7.7775,H=1.9393
则Vb=68/7.7775=8.7L,Fb=25*1.9393=48.5Hz;

依旧是Qts=0.2,Fs=25Hz,Vas=68L
预估QL=3,
查表得a=7.0552,H=2.1694
Vb=9.6L,Fb=54.2Hz;
同一喇叭 ,初次设计时因为QL取值不同,结果不同;
尽管如此,以上的二次设计都是标准。
















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发表于 2022-4-29 09:50 | 显示全部楼层
努力学习消化中。

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发表于 2022-4-29 11:31 | 显示全部楼层
按照QL=3和7的设计,分别做2个箱体,喇叭和管道上箱(无吸音棉),测量得到阻抗曲线并将参数代入(Zfl*Zfh)^0.5/Re得到材料与制作工艺的箱体漏气值,与设计时的估值比对,方获得小箱体的材料与工艺经验;
箱体越大漏气越严重。大箱体、中箱体也需要实做箱体获得设计时取QL值的经验吗?


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 楼主| 发表于 2022-4-29 18:25 | 显示全部楼层
yyf901 发表于 2022-4-29 11:31
按照QL=3和7的设计,分别做2个箱体,喇叭和管道上箱(无吸音棉),测量得到阻抗曲线并将参数代入(Zfl*Zfh)^ ...

QL值是设计前的预设参考值,是假定一个可能实现的数值出来。‘经验值QL=7’的预设参考方向只是确保结果不太会很离谱,有个可复查的手段。

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发表于 2022-4-29 20:28 | 显示全部楼层
以QL=7设计箱体:
若实做箱体QL恰好等于7,则实测的Qtc=Qts(a+1)^0.5;
若实测Qtc值不等于Qts(a+1)^0.5,则表明QL≠7;
设计者的任务是要让QL≠7的箱体变为QL=7才算满足设计要求,然后下一步工作才有可能正确。。。一直到分频器设计不出差错,最终才会获得安意图设计出来的低音;

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发表于 2022-4-29 21:03 | 显示全部楼层
我最近正疑惑Q值问题,刚好看见楼主发此帖,真是下了一场及时雨。。内容虽然不多,但是理解并不容易啊,慢慢消化。。感谢楼主。

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 楼主| 发表于 2022-4-30 15:22 | 显示全部楼层
yyf901 发表于 2022-4-29 20:28
以QL=7设计箱体:
若实做箱体QL恰好等于7,则实测的Qtc=Qts(a+1)^0.5;
若实测Qtc值不等于Qts(a+1)^0.5, ...

若实做箱体QL恰好等于7,则实测的Qtc=Qts(a+1)^0.5;-------无法验证你这个等式的成立?烦请具体说明一下您的这个算法的详细原理论述

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发表于 2022-4-30 15:59 | 显示全部楼层
Vb=Vas/(Qtc/Qts)^2-1)
Qtc=Qts*((Vas/Vb)+1)^0.5
a=Vas/Vb

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发表于 2022-4-30 16:53 来自手机端 | 显示全部楼层
当测量的Qtc值与实测不符,可以往箱体里填充吸音棉和硬物(不考虑破坏箱体比例)让实测的Qtc值与设计值相符,此时的箱体净容积满足设计要求,之后装上计算好的倒相管,就无需调整了。
所以,“Fb=(FH^2+FL^2-Fc^2)^0.5作为知识储备是必要的,用于Fb值测量调整是弯路。”

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发表于 2022-5-2 21:09 | 显示全部楼层
yyf901 发表于 2022-4-30 16:53
当测量的Qtc值与实测不符,可以往箱体里填充吸音棉和硬物(不考虑破坏箱体比例)让实测的Qtc值与设计值相符 ...

膜拜大神!看得一头汗水,就懂几个Q的意思,如果不远的话,真想把我DIY的那8寸两发频箱子发给兄弟调整一下,现在就12mm薄板材,背板18MM,箱内贴吸音胶,再加一个T型加强筋,然后再箱周围一圈海绵,箱背再放两片海绵,一个倒箱孔在面板右上角。我怎么调,还是有比较明显的箱音,特别是人声大的时候,那一阵轰隆隆的。。。不知道怎么搞了。

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发表于 2022-5-3 00:07 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 yyf901 于 2022-5-3 00:25 编辑


用以下方法找问题:
先把单元参数测准,误差10%以内不会导致箱体设计失败;
首先,测得的Qms值是真值,再将其它参数值带入下式验证精度:Qms'=(Zmax-Re)*(Mms/Cms)^0.5/(BL)^2
Qms'值越是近似等于Qms值表明TS参数越精准;

Qts偏高的单元会出现放不下管道的问题,Qts值最好别大于0.4;
再看一下Fs/Qts的值,在80---120赫兹范围表明单元适合倒相箱;
还要看一下单元的频容系数:Fs^2*Vas
5寸单元其值在20左右意味着做音箱易出好低音,其值不超30;
6.5寸:30--40
   8寸:55--70
10寸:80--100

对低音量感有需求的话,要选择Qms值在5左右的单元;
对失真的要求依据测量。。。);

QB3响应的箱体被最多使用,箱体净容积和管道共振频率需查表计算(书上、网上都有);
另一种灵活方法是依据:Vb=Vas/((Qtc/Qts)^2-1)计算获得,Qtc(喇叭在箱体上的Qts)被赋值0.58时为平坦响应,设计者可根据自己对低音的喜好调整其值(如,喜欢宽松点的低音可适当减小Qtc值。。。);

合理的箱体比例内容这里省去;

实际制作的箱体要比设计值小10%,然后往箱内填充聚酯纤维吸音棉(指定),直到实测的Qtc=设计值;(箱体设用LSPCAD设计箱体可能会出错,因为它有一些基础参数是错的)

Fb=0.63Fc。
Fc是喇叭在闭箱体上谐振频率,可以实测,也可以用Fc=Fs*Qtc/Qts求得;

管道最小内径D=(Fb*Sd*Xmax*0.001)^0.5,Xmax的值需要量一下悬边宽度即可;

管道长度=23560*D^2/(Fb^2*Vb)-k*D
其中,无喇叭口管道k取0.85,一端有喇叭口k取0.732,二喇叭口k取0.613;

最后在箱体上开孔装上管道,无需调整;

障板跌落补偿要么压低中高频振幅,要么使用双喇叭;前者一阶电感量L可用:L=1.1N*Z*W计算,其中,N是频程数,Z是单元阻抗,W是障板宽度;补偿2分贝N取1.426,补偿3分贝N取1.414,补偿4分贝N取1.59;(若单元频响自带补偿特性,以上则忽视)

低通电感直阻=6.28*L/Qms^2
衡擎力电感要求线圈内径满足2倍的线圈高度;
-----
按以上内容逐条梳理即可找到问题;



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yyf901 发表于 2022-4-30 16:53
当测量的Qtc值与实测不符,可以往箱体里填充吸音棉和硬物(不考虑破坏箱体比例)让实测的Qtc值与设计值相符 ...

老兄,你这一步测量QTC值的时候箱体不装上倒相管,箱体上的倒相孔要封闭吗,还是留光孔在上面测?

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LUOTING222 发表于 2022-6-6 16:24
老兄,你这一步测量QTC值的时候箱体不装上倒相管,箱体上的倒相孔要封闭吗,还是留光孔在上面测?

闭箱测Qtc,让Vb成真值后再开管道孔。
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