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发表于 2012-12-5 17:54
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解读音箱的箱体构造
以下是《扬声器系统设计手册》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。选这一部分内容的原因之一就是此处的图比较少 ，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。
一、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（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。
二、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，就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）。
1. 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。
2. 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。
3. 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。
图5.44 长方体箱体交叉支撑（a），水平支撑（b），边角支撑（c）
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）。
图5.45 架式支撑示例
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]。
4. 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，一旦扬声器固定在音箱的障板上，就不容易剥离了。
5. 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
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）。
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
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。 |
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发表于 2012-12-5 16:25
