《扬声器系统设计手册》内容节选

okra

以下是第五章最后两个小节，内容与箱体的构造有关。这里贴出来的文字并非终稿，可能与最后出版的内容有少许出入。原书图很多，选这一部分内容的原因之一就是此处的图比较少，传上来比较省事 ，另一个原因就是这部分的内容相对独立，与其他章节没什么交叉。

5.30 箱体形状与驻波

　　长方体箱体内的驻波模式会在扬声器单元响应上引起幅度变化。驻波反射到扬声器单元锥形振膜的问题可以通过使用第1章1.82节中描述的阻尼材料进行大幅度地消除。这一点可以通过对长方体箱体100%填充和不填充的比较得到阐明，结果显示于图5.43。用吸声材料填充的箱体的响应，与空箱体相比，具有小得多的幅度偏离。由于这种阻尼材料对驻波的阻尼是如此的有效，任何其他的如箱体形状和尺寸比例的考虑，往往都是次要的。这尤其适用于闭箱设计，它常常使用阻尼材料作100%填充。开口式箱体很少使用超过50%的填充，所以受箱体模式的影响更多一些。

　　人们设想，通过选择合适的箱体尺寸比例，可以使长方体音箱箱体内的驻波最小化。这些比例通常和被选来消除房间环境中的驻波模式的比例相同。最常被提到的箱体尺寸比例是Thiele推荐的一个，也正好是一个来自黄金比例的人为数字；建筑设计中的黄金比例可以上溯到埃及金字塔[5]。这个高/宽/深比例被设为2.6/1.6/1。建议的其他比例有2/1.44/1[6]和1.59/1.26/1[7]，但是，如果箱体用吸声材料进行合适地阻尼的话，任何由箱体尺寸比例得到的改善效果都可能是次要的。
　　这些比例仍然是一个很好的指南（考虑到扬声器单元尺寸和布局的限制），因为它不推荐制作过长过窄的箱体，这种箱体可能易于发生管道谐振（必要时，可以用内部反射障碍板“打破”）。其他没有平行侧面的箱体形状类型，如五角形箱体和带有’倾斜前障板的箱体，将具有不同和可能较少发生驻波模式，但它们的吸引力常常是装饰多于实用。
　　低频扬声器单元在障板上的位置也严重影响未经处理的箱体内的驻波。根据一个研究[8]，把扬声器单元装于箱体的正中央或者恰好低于这一点的某处，可以使箱体高和宽（但不含深度）方向的驻波最小化。半圆柱和圆柱形的箱体形状可以减少箱体深度方向的驻波，并降低上达约800Hz的声压响应。这个效应可以用有限元分析对无填充箱体进行分析得到确定，但在吸音材料填入时将变得不重要。
　　在图5.41的例子中，长方体和圆柱形之间的差异很小，即使箱体完全不含填充材料。虽然Cubicon 硬纸板管和同样厚度的中密度纤维板相比确实具有更好的振动阻尼品质，与其说圆柱形箱体抑制了干涉和驻波模式，不如说真正得益的是外观装饰，然后才是其他。

5.40 箱体阻尼
　　一个得到很好证实的事实是，典型的贴皮中密度纤维板和刨花板扬声器箱与低频扬声器单元联合谐振，在特定频率上辐射出与扬声器单元本身近乎相等的声压[9]。Celestion SL-600音箱（已停产）成功的首要原因是蜂巢航空铝箱体在很大程度上消除了大多数木箱传播的声染色。许多材料和技术可以用于使箱体振动最小化。包括选择箱壁材料、箱壁谐振阻尼材料、支撑技术、扬声器单元安装固定技术、以及箱体地面耦合（enclosure floor-coupling）。

A. 箱壁材料
关于箱壁材料的选择有两种基本流派。一种是强力技术派，要求使用厚壁高密度材料，如1英寸中密度纤维板与大量的内部支撑联用，有时还加上壁阻尼复合物。像来自Thiel Audio，Wilson Audio，和Aeriel Acuoustic的音箱就使用这种类型的结构。
　　另一个流派建议使用中等强度和较轻的薄壁材料，如1/2－3/4英寸的船用胶合板，并使用大量阻尼材料，从而在100－500Hz范围内得到较低水平的声染色。在1960年代后期制造的Leak Sandwich音箱使用这种类型的结构。它使用1/2英寸胶合板和厚的屋顶油毡制成。两种结构看起来都有效，在工业上都有许多实例。
　　约束层材料是另一种技术。约束层结构板是用两层中密度纤维板或类似的材料夹着一层谐振阻尼材料制成。这个产品是专业化的，业余制作者通常难以获得。3/89期Speaker Builder的文章[10]推荐了一个有意思的替代品，由2层1/2英寸饰面胶合板夹着两2层1/2英寸石膏夹心纸板制成，每层之间用建筑胶水粘合。另一个约束层结构例子来自4/82期Speaker Builder的一篇文章[11]，推荐使用填充沙子的板材做为箱壁材料（最早是由G. A. Briggs提倡的，他是英国Whafedale公司的创始人）。
　　Nokia工程师Juha Backman在101届AES会一议上提交的一篇论文对未处理中密度纤维板较差的阻尼和约束层材料的优良特性做了定量分析[12]。这个研究包括了加速计测量和近场箱体测量，清晰地显示了约束层阻尼好于自由阻尼的优良特性。

B. 壁谐振阻尼材料
　　如果板材谐振升高到较高的频率，选择中等硬度的薄壁材料或者支撑，较高频率的谐振可以通过使用自由阻尼复合物得到阻尼。这种材料的例子此前曾在Voice Coil讨论过[13, 14]，包括了两种非常有效的产品，Antiphon Type A-13和EAP Type CN-12。Antiphon Type A-13是一种含沥青的毛毡/粘土混合材料阻尼产品。它主要在汽车工业销售，以阻尼小汽车顶篷的振动谐振，以1/16英寸厚的自粘薄片形式出售。在50%或以上面积的箱壁上粘2层的这种材料效果就足够好。
　　EAR产品是EAR公司为美国海军开发的一种石墨填充的乙烯基产品，用来阻尼核潜艇的船体振动。它以1/16-1/4英寸的厚度销售，按与Antiphon相同的方法使用，也同样非常有效。业余爱好者现在还买不到这类材料，但将来可能可以。这些材料的批量价格在1.60－5美元/平方英尺。
较便宜的替代方案是在箱侧壁钉上多层（4－6）规格为30磅的屋顶油毡。侧壁和前障板内面的50－70%面积应该用材料覆盖，并钉在四角和每块板的中央。
汽车防水底面涂层用的液体材料也被用于音箱，但溶剂型产品可能对单元粘胶剂、折环和锥形振膜材料有危害。另一个替代方案是沙子和防水粘合剂的50/50混合物，但这个工作比较乏味且费时
。
C. 支撑技术
　　支撑将箱壁有效地隔成两块准独立的板，每块具有它自己的谐振频率。3个基本支撑类型显示于图5.44中。它们分别是水平，边角，和交叉支撑。水平支撑可用于打破箱体的切向谐振。
　　虽然可以使用角铁，典型的材料还是用3/4×2英寸的木料。架式支撑（shelf brace）是它的一种变形[15]，，是一种实用于产品的水平和交叉支撑的组合。架式支撑基本上是一个稳固的木板，连到箱体的3个或4个面上，板上切开大的孔洞，让箱体的空气可以流过（图5.45）。
　　边角支撑增强了相邻的两壁间的相互结合，并使能量消散。交叉支撑用于连结相对的两壁，左和右以及前和后。支撑材料可以用2×2英寸木料或大直径的木钉（1－1.5英寸），对于它们所占用的箱内空间来说足够坚硬，可以有效地起作用。交叉支撑放在板的中央，将谐振一分为二，把支撑相互交错可使两块板的谐振频率不同，在某种程度了阻碍了它们的合成效果，不致在小信号下出现染色。[16]。

图5.44: 长方体箱体交叉支撑（a），水平支撑（b），边角支撑（c）


图5.45: 架式支撑示例

D. 扬声器单元安装技术
　　在降低箱体噪声方面，将扬声器单元盆架振动隔离也可能有用。有一种商业产品，Well-Nut Fasteners（USM公司，Molly紧固件部门），在这方面做得很好。Well-Nut是一种基部镶嵌了铜螺母的橡胶嵌入件。这种自由浮动的紧固件常常用于阻尼电动机的振动，用在扬声器单元上也有相同的效果。使用Well-Nut还便于装卸扬声器单元而不磨损螺丝孔。装在安装螺丝或螺栓上的小橡胶垫圈也曾经有人用过[17]，并取得了一些成功。这种垫圈再加上气密阻尼橡胶、泡沫、或油灰密封垫，有助于隔离扬声器单元振动。
　　另一种简单技术是用硅胶粘合剂来安装扬声器单元。在扬声器单元沉孔处挤上1/4英寸宽的硅胶可以提供气密性和振动阻尼。缺点则是一旦扬声器已固定在音箱的障板上，就不容易剝离。
E. 箱体与地板的耦合
　　落地式箱体会将大量的振动传递到地板然后再耦合到空气中。最近的流行作法是使用某种形状的金属脚钉（通常是3个）使音箱完全稳定，利用脚饤与地板的有限接解将它与地板一定程度隔开，给音箱底座加上额外的质量可以使之更加稳定。市场上可以见到的一个新方法，为一些音响爱好者所采用”，用一块扬声器大理石或沉重的石料做成平台，音箱放在石制平台上，不会向地板传递振动。

图5.46: 未经处理的0.75英寸刨花板箱体的加速计测量结果

　

图5.47: 阻尼和支撑处理的1英寸中密度纤维板箱体的加速计测量结果



　　这些技术的组合可以相当有效地降低箱体振动引起的声染色。图5.46和5.47显示了对两个箱子的加速计测量结果，一个是3/4英寸的刨花板箱体（图5.46），另一个是使用木棍交叉支撑的1英寸中密度板箱体，并使用了Antiphon Type-A13延展阻尼材料（图5.47）。使用Audio Precision System 1正弦波扫描分析仪和PVDF（聚偏氟乙烯）加速计进行测量[18]，PVDF加速计未经校正，但相对差别是明显的。虽然较高频率的谐振仍然存在，但150Hz以下的得到大幅地减弱。同样明显的是，一些谐振略微地转移到频率更高处，但没有减弱。

okra

这一部分是关于分频公式应用的话题，完全没有图 ，但与上下文的关系挺大的。

7.43 分频器公式的应用

以上提供的分频设计公式只有在以下这些条件符合时，才可以得到各类滤波器的特性所代表的声学响应：
1．滤波器连接在响应平坦零相移阻抗的负载上。
2．扬声器单元响应越过分频频率，延伸至分频器截止带的1.5-2个倍频程之外（对于低通滤波器而言为上方的频率，对于高通滤波器而言为下方的频率），并具有比较平坦的响应。
3．不论是高通扬声器单元，或是低通扬声器单元都辐射自同一个的声平面将声音辐射出来。
　　如果在分频器的设计时不能符合以上任意一个条件，就无法得到预期中的结果。在这个情况下只有两个方法可以解决。第一个办法就是反复试验。此时以公式计算的结果仅能提供一个大致的估算范围。因此必须不停的重新测量并调整滤波网络参数，不断反复，直到得到所需的响应为止。事实上，这也是制造商最常用的一种设计技术，因为你要处理的变量仅有很小的更改空间。此时，使用一种快速或实时测量系统是非常重要的，比如高速FFT分析仪、连续正弦波扫描器、或高质量实时分析仪（RTA），可以几乎马上给出反馈信息。
　　另一种方法即是利用基于计算机的分频电路优化软件。目前这类软件已经越来越流行，而且也越来越有效。用于扬声器的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）软件，包括分频器优化软件将在第9章讨论。
应用以下原则可以使设计方面的问题最小化：

A．关于上述第一个条件,其实不是只有平坦的阻抗才能达到你所期望的扬声器响应,不过平坦的阻抗比较容易达成这个目标。除此之外,平坦的阻抗特性对于功放的输出较为友好，同时对于扬声器单元整体阻尼也较为有利。将扬声器单元的阻抗从典型的负载改成幅度比较平坦的，需要使用共轭滤波器(Conjugate Filter)并根据扬声器的具体参数调整。这个内容请参关本书5.5.0-5.52节。除非你打算完全以不断试验的方式设计分频器，否则最好在开始设计分频器时先进行频扬声器单元的阻抗校正。
B．至于第二项条件，并非所有扬声器单元都具有合适的响应延伸特性，因而单元的指向性、低频的延伸、分类频率以及分频器斜率的选择更为重要。首要考虑的是，根据分频器目标响应的斜率，延伸量的标准可以放宽一些。相对于一阶滤波器，四阶滤波器不需要那么高的扬声器单元响应延伸就可达到平坦的轴向与离轴响应。
　　指向性的问题可通过加入指向性及低频延伸可以互补的扬声器单元来解决。如果使用的球顶高频扬声器的分频点不能低于2kHz，那么用12英寸的低频扬声器单元与之配成一个2路分频系统就不是个好主意，因为12寸扬声器单元的指向性会在离轴响应造成一个大谷。如果把同样的12英寸扬声器单元与6英寸中低频扬声器、3英寸的球顶中频扬声器单元以及0.75英寸的高频扬声器搭配就不成问题了。10英寸低频扬声器单元也很少用于组成2路分频，虽然已经有相当成功的商业应用。它与4英寸中频扬声器、1英寸高频扬声器搭配就比较理想，分频点可设定在750Hz－1kHz，以及4－5kHz两个位置。如果元件和分频点频率比较合适，1.5－2个倍频程的延伸量很容易用于3路或4路扬声器系统。
　　不过，设计二路扬声器系统时，由于扬声器单元指向性或是低通衰减的原因，不在一个变化的频率范围内考虑扬声器单元的分频通常是不可能的。在指向性或是低通响应开始衰减的位置。考虑到一般2路扬声器（4－8英寸低频扬声器单元，0.5－1.5寸高频扬声器单元）使用扬声器单元的高频衰减特性和指向性，期望2kHz或3kHz的分频频率之外得到1.5－2个倍频的延伸似乎是不太现实。如果分频器工作于扬声器单元离轴与轴向响应产生明显变化的范围时，除了反复试错之外别无选择，或者用分频器计算机优化软件来解决这种设计问题。
　　举例来说，假使高频扬声器单元所用的高通滤波器分频频率是2kHz ,而其响应自1.2kHz附近开始衰减，那么分频器的传输函数必须设计成与扬声器单元的传输函数相结合，以得到目标响应。神奇的是平坦的响应总是可以从不同的方法得到。每一种分频网络问题都有多种不同的解决方案，有些是可接受的，而有些则不然。利用计算机优化软件，你会发现利用简单的C/R（电容/电阻）组成共轭滤波器也可能设计成一个二阶滤波器，同样的电路结构也可以优化得到二阶，三阶或四阶响应。显然，你不须要使用与目标响应斜率相同阶数的滤波器才能得到所需的衰减斜率。事实上，在设计2路扬声器时几乎从来不需要这么做。优化软件同样也为非标准电路结构的实验开辟了一个新途径，比如将一阶低通滤波器与设计在比分频频率高一个倍频程的并联L/C/R陷波滤波器相结合。
　　当扬声器单元的转输函数为一种方程的结果时，可以设计一个看起来非对称的分频器。2路分频系统常常设计成一阶低通与三阶高通的组合。这时一阶低通结合了低频扬声器单元的二阶响应而得到三阶声学响应，但高频扬声器单元的响应可能在较高的频率处分频，因而需要一个三阶电路来得到三阶响应。
C．由扬声器单元水平偏置导致的响应问题（条件3）通常不是理想化的，所以不易通过使用高阶滤波器而得到校正或降到最低。有个很好用的技巧可以帮你观察最终的分频器设计是否调整妥当，以及高低通部分的相位是否正确：简单地将高通部分的极性反接，再测量一次。如果分频器设计正确，也就是说响应比较平坦，而且扬声器单元相位和衰减幅度得到适当的调整，那么你将可以在分频频率处看到一个对称的深谷。有时虽然通过调整滤波器参数得到了表面上看起来平坦的响应，但是事实上分频器仍然没有设计好。如果是这样的话，你或许可以听到指向性性能不规则和结像力不好的迹象。
　　　除了考虑阻抗曲线、指向性和扬声器单元排列等设计准则之外，其他一些考虑在于判断什么样的分频频率可以得到最佳的性能。使分频网络落在特定频率范围之外似乎对成功的设计有帮助。虽然任何准则都有例外，3路分频器的中低音分频点在200－350Hz，中高音分频点在2－3.5 kHz时可以工作得最好。换句话说，也就是要避免使用工作于350Hz－1.5kHz范围中的分频网络。如果让10－15英寸的低频扬声器单元工作在200-350 Hz范围以上（当然，要视分频斜率而定），会造成男声听起来过于饱满，同时也很难找到可以低失真地工作于2kHz以下的锥形或球顶类型的高频扬声器单元。

okra

关于分频器设计相关的测量的话题：

7.45分频器设计的频率响应测量

　　扬声器频率响应的测量技术在第8章内详细讨论。然而，无论测量方法是什么样的，以下一些标准都是有帮助的。
　　就传统而言，设计工作使用的数据是在标准的一米距离、轴向并面对聆听位置进行测量的。测量的高度可以考虑放在离地38英寸的地方，并将高通和低通扬声器单元之前的中点作为设计轴（对于3路扬声器则为高频扬声器与中频扬声器单元之间）。尽管如此，有人建议要在距离音箱2-3米的位置进行测量[13]，因为这样比较接近大多数听音室中聆听者到音箱设备的平均距离。如果实验者需要得到可用频率足够低的无反射信号，这种与寻常不同的建议需要一个更接近于消声室的测量环境。但是，这样的测量位置还是相当有用的。
　　好的功率响应也是很重要的。加拿大国家研究院的Floyd Toole领导的研究表明，具有平坦轴向响应以及平坦功率响应是那些一贯被认为具有优良品质的音箱共有的特点[20]。如果设计者选择将分频点放在扬声器单元离轴频率响应快速变化的范围中，离轴响应将具有大幅的响应异常。离轴响应的大幅变化使聆听者感受到的功率响应变差。反射以及混响响应也明显不同于轴向响应，因而通常降低了整体主观音质。
　　可以通过两项技术避免将不理想的离轴响应放在分频器截止带中：第一种方法是避免将分频点设定在扬声器单元离轴响应变动的区域，不过设计者不可能都能避开这个区域，尤其是在2路设计中。另一个方法则是在单元的离轴方向设计分频器，不论轴向的情况如何都接受其结果。如果大部份的聆听者是以离轴的情况下聆听音乐，诸如经常见到的“近场（Nearfield）”或录音室监听音箱，此时不妨在距水平0°轴15-30°的方向进行设计，可以得到较佳的整体设计效果。

jrhui

沙发~~~收藏先，慢慢学习慢慢看~~~~

苯考拉

希望书快点出来哈

okra

希望书快点出来哈
苯考拉 发表于 2011-7-7 15:09

我也在等，不过应该很快啦，也许就是下一周。

本来想选一点有代表性的内容，可是这本书涵盖的范围太大了，500页左右的内容中真不好找出一个最能代表这本书特色的部分。

苯考拉

我也在等，不过应该很快啦，也许就是下一周。
okra 发表于 2011-7-7 17:13

一定要认真学习下再做箱子

okra

一定要认真学习下再做箱子
苯考拉 发表于 2011-7-7 17:15

希望不会让你失望哈。

苯考拉

希望不会让你失望哈。
okra 发表于 2011-7-7 17:17

下对箱准备上三分频还希望O版多指导哈

okra

下对箱准备上三分频还希望O版多指导哈
苯考拉 发表于 2011-7-7 17:18

找个大环境要紧哈。

苯考拉

1+5+8在20平方里用可以吗？

okra

太勉强。而且估计高度不够。
建议找个4米以上高的环境。

okra

哦，你说用，那没问题。
我是说测量时，要找个大环境。

苯考拉

太勉强。而且估计高度不够。
建议找个4米以上高的环境。
okra 发表于 2011-7-7 17:33

测量也是个问题……我的MIC也不行了

ztf

等待书能尽快出来。

okra

等待书能尽快出来。
ztf 发表于 2011-7-7 17:40

一起等

苯考拉

这书还是值得认真学习的……

苯考拉

这段时间大侠们都来的少……想请教的问题太多了……比如想问测量、问合箱体制作、问面板衍射模拟、问分频、问单元搭配……问题太多了

okra

这段时间大侠们都来的少……想请教的问题太多了……比如想问测量、问合箱体制作、问面板衍射模拟、问分频 ...
苯考拉 发表于 2011-7-7 17:52

估计他们都泡QQ去了。

你说的这些，除了箱体制作和单元搭配外，在这本书里都能找到一些答案。

ztf

这段时间大侠们都来的少……想请教的问题太多了……比如想问测量、问合箱体制作、问面板衍射模拟、问分频 ...
苯考拉 发表于 2011-7-7 17:52

    兄弟问的问题都是没有唯一答案的。估计大家都比较难回答。因为这些问题很多是只有实践中的答案，回答了会成。。。。。。。推广。。。。。。。

唯一可以回答的就是在设计箱体时尽量避免边角的尖锐可以有效处理衍射的影响