迷宮箱聲道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原理
首先,迷宮音箱本質(zhì)上叫傳輸線音箱。其聲學(xué)原理是在喇叭單元的振膜后面加一段聲道傳輸線路,由于空間的限制,把這個(gè)傳輸聲道折疊起來(lái),就得到了所謂的迷宮音箱。這個(gè)聲道的截面積必須不小于喇叭振膜的有效振動(dòng)面積。根據(jù)我所看到的資料,有的聲道從頭到尾是等截面積的,有的是從小到大的號(hào)角式,也有從大到小的收尾式,甚至還有大小交替變化式,但不管哪種形式,聲道的最小截面積都不能小于喇叭振膜的有效振動(dòng)面積。我想這幾種形式在聲道長(zhǎng)度相等的前提下在低頻下潛與量感的提升方面應(yīng)該不會(huì)有太大的區(qū)別,區(qū)別只在于低頻的放送面積不同罷了,最基本的號(hào)角式使低音獲得了更大的放送空間,而其他幾種會(huì)使低音產(chǎn)生更好的結(jié)像或定位。這點(diǎn)就像用喇叭狀的話筒喊話會(huì)使更多的人聽見,而用直筒式話筒喊話會(huì)使正對(duì)直筒的人更容易聽見。另外,等截面積型或近似等截面積型的小號(hào)角式會(huì)在箱體內(nèi)獲得更大的長(zhǎng)度,從而能獲得更大的下潛能力。這是我們下面要討論的,聲道長(zhǎng)度如何來(lái)決定下潛能力。
迷宮音箱的本質(zhì)結(jié)構(gòu)——后加載聲道傳輸線路
聲道截面積由小到大——號(hào)角型
介入等截面積型與號(hào)角型之間的小號(hào)角型
聲道截面積由大到小——收尾型
聲道截面積不規(guī)則變化型
其次,迷宮箱聲道的長(zhǎng)度是根據(jù)下潛低音的波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算的,這就是我們討論的重點(diǎn):如何根據(jù)下潛低音的波長(zhǎng)確定迷宮箱的聲道長(zhǎng)度?其聲學(xué)理論根據(jù)和原理是什么?
迷宮式音箱實(shí)際上是把喇叭單元反面的低頻聲波經(jīng)過(guò)一條長(zhǎng)長(zhǎng)的管道回送出來(lái)。在喇叭單元工作時(shí),輻射出的聲波如與喇叭單元前面的聲波相位相反,迷宮內(nèi)的放音管道應(yīng)該起抑制作用。當(dāng)輻射出的聲波與喇叭單元前面的聲波相位一致時(shí),迷宮式音箱的放音管道要起提升的作用,這是迷宮式音箱加強(qiáng)低音的原理。如果設(shè)聲道的長(zhǎng)度恰好為所放低頻音波長(zhǎng)的一半,則相位便會(huì)移動(dòng),等于 180 度。這里特別要注意,到了理解問(wèn)題的關(guān)鍵之處:從喇叭后面過(guò)來(lái)的聲波與喇叭正面出來(lái)的聲波相位是相反的,那么這個(gè)反相的聲波經(jīng)過(guò)180度位移以后正好又變成了與正面聲波同相。這樣理解更簡(jiǎn)單,喇叭反面是聲波反相一次,半波長(zhǎng)的傳輸使得聲波又反相一次,反反得正或負(fù)負(fù)得正。這時(shí),迷宮式音箱放聲管道的末端開口處所釋放出的聲波,就會(huì)與喇叭單元前面的發(fā)聲處在同一相位上,低音的重放響度得到加強(qiáng)。
通過(guò)以上討論我們知道了,要想加強(qiáng)某個(gè)頻率的低音,迷宮聲道長(zhǎng)度必須等于這個(gè)低頻波長(zhǎng)的一半。但是喇叭本身有一個(gè)頻響范圍,要超出這個(gè)范圍來(lái)加強(qiáng)低音顯然是做不到的。但是我們卻可以讓低頻下潛到喇叭的諧振頻率f0以下。從頻率響應(yīng)曲線上我們可以看到,f0并不是喇叭對(duì)低頻電信號(hào)產(chǎn)生反響的下限,而只是最低諧振頻率而已。而如果通過(guò)迷宮箱的傳輸線聲道激勵(lì)加強(qiáng),這個(gè)f0之下的低頻就會(huì)得到強(qiáng)化,我們可稱之謂下潛頻率。這就是說(shuō),下潛頻率可以低于諧振頻率f0。由于諧振頻率有害,我們有時(shí)又希望它在喇叭工作范圍以外。所以也可以把下潛頻率設(shè)定到諧振頻率f0之上。
為了便于討論,我們必須先聲明一下聲速、頻率與波長(zhǎng)這三者的關(guān)系公式c = f λ 或 λ=c/f 或 f=c/λ 是我們推導(dǎo)的重要工具(c表示聲速,f表示頻率,λ 表示波長(zhǎng)),如果不懂這個(gè)就去補(bǔ)一下初中物理知識(shí)再來(lái)。我們用L表示迷宮箱的聲道長(zhǎng)度,f1表示下潛頻率,λ1表示下潛頻率的波長(zhǎng),λ0表示諧振頻率的波長(zhǎng)。那么,如果L =( 1/2)λ0,則λ1 = 2L = λ0,所以f1= f0,即下潛頻率正好是諧振頻率。這樣的結(jié)果顯然并不好,因?yàn)橹C振頻率處喇叭本身就振幅偏高,是需要抑制的頻率。如果諧振頻率被強(qiáng)化,則失真嚴(yán)重。因此通常取L =(n/4)λ0 = n/4×c/f0 = nc/4f0,c是聲速,取c = 344,其中n=1,3,5,——全為奇數(shù),為何?你想,若n = 2,那不就是 L = ( 1/2)λ0,正是我們不想要的結(jié)果了嗎?
下面我們就來(lái)計(jì)算一下,在公式L =(n/4)λ0中,當(dāng)n分別取1,3,5等等時(shí),下潛頻率是多少。
當(dāng)n=1時(shí),L =(1/4 )λ0,這時(shí),λ1= 2×L =2×(1/4 )λ0 = (1/2) λ0,
則f1=c/λ1=c/【(1/2) λ0】 = 2×c/λ0 = 2f0,即下潛頻率等于諧振頻率的兩倍。
當(dāng)n=3時(shí),L =(3/4 )λ0,這時(shí),λ1 = 2×L =2×(3/4 )λ0=( 3/2 )λ0,
則f1=c/λ1 =c/【( 3/2 )λ0】 =( 2/3)×(c/λ0 ) = (2/3)f0,即下潛頻率等于諧振頻率的2/3。
以此類推,當(dāng)n=5時(shí),f1 =(2/5)f0,通用公式就是f1 = ( 2/n)f0 = 2f0/n,(n取奇數(shù))。
結(jié)論:聲道長(zhǎng)度是諧振頻率波長(zhǎng)的n/4時(shí),下潛頻率是諧振頻率的2/n。(n取奇數(shù))。
理論上當(dāng)n變大下去時(shí)下潛頻率可以無(wú)窮地低下去。但是我們前面說(shuō)了,一是喇叭本身的頻響范圍不允許,二是我們也不可能把迷宮聲道做成無(wú)限長(zhǎng)。且不說(shuō)無(wú)限長(zhǎng),就是長(zhǎng)一點(diǎn)點(diǎn),都會(huì)給我們的箱體設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的麻煩。所以通常是將不同的奇數(shù)值n 代入公式,看哪個(gè)值與設(shè)計(jì)的低頻下限相近,即是最佳的 n 數(shù)值。
例如手邊現(xiàn)有一對(duì) JDL-8 喇叭單元,欲設(shè)計(jì)一款迷宮式音箱,JDL-8 是一只8 寸單元 f0=35Hz 用公式求放音管道的長(zhǎng)度:
1.n=1 時(shí),聲管長(zhǎng)度(米)= nc/4f0=1×344/4×35=344/140=2.45m
2.n=3 時(shí),聲管長(zhǎng)度(米)=3×344/4×35=1032/140=7.37m
3.n=5 時(shí),聲管長(zhǎng)度(米)=5×344/4×35=1720/140=12.28m
再用公式算出欲提升的下潛頻率f1:
1.n=1 時(shí),f1= 2f0/n =2×35/n=70/1=70Hz
2.n=3 時(shí),f1=2×35/3=70/3=23.3Hz
3.n=5 時(shí),f1=2×35/5=70/5=14Hz
從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,如果 n 取值1 ,放音管道的長(zhǎng)度只需 2.45 米,箱體的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但低頻的下潛只能達(dá)70Hz,不是太理想。當(dāng)n 取5 時(shí),低頻的下潛可達(dá) 14Hz,但管道的長(zhǎng)度要去到 12.2米,這在結(jié)構(gòu)上和制作上難度很大,要很大的箱體才能滿足,況且一般的 8 寸喇叭單元本身也難以放出20Hz 以下的頻率,想用長(zhǎng)管道來(lái)提升也愛莫能助。所以說(shuō),在選擇設(shè)計(jì)迷宮式音箱的下限頻率時(shí),還必須考慮到喇叭自身的低頻下潛能力,只有在喇叭單元頻率響應(yīng)有效范圍內(nèi),迷宮管道才有提升能力,超出單元本身的下潛范圍,迷宮管道也不能替代喇叭單元放出低頻的聲波來(lái)。在上例中,取n=3才是比較合適的。
因此,通常總是將迷宮聲管的長(zhǎng)度取相當(dāng)于喇叭諧振頻率波長(zhǎng)的1/4 或3/4。取1/4波長(zhǎng)的好處一是可以避開諧振,二是箱體設(shè)計(jì)制作相對(duì)簡(jiǎn)單容易,取3/4波長(zhǎng)的好處是可使下潛頻率更低。
我們還可以推出,不管n=1,3,5,中的哪一個(gè),始終有L =( 1/2)λ1或λ1=2L,即下潛頻率的波長(zhǎng)等于2倍的聲道長(zhǎng)。或者說(shuō),下潛頻率 f1 = c/2L。
證明:L =( n/4)λ0,而f1 = 2f0/n,所以f0 = nf1/2,λ0 = c/f0 = 2c/nf1,
所以L=(n/4)×(2c/nf1)= 2nc/4nf1=c/2f1 =(1/2)×(c/f1)=(1/2)λ1,得證。
根據(jù)最前面的討論,下潛頻率是被強(qiáng)化的頻率。那么當(dāng)重放頻率等于下潛頻率的2倍時(shí)會(huì)怎么樣呢?即 f放=2f1時(shí)會(huì)怎么樣呢?當(dāng)頻率提升2倍時(shí)波長(zhǎng)就減少一半,這時(shí)聲道長(zhǎng)恰好等于重放頻率的波長(zhǎng),那么從聲道口發(fā)出的聲波恰好與喇叭正面發(fā)出的聲波反相,可見2倍的下潛頻率是被抑制的,同理,4倍,8倍的下潛頻率也是被抑制的,但是隨著頻率的贈(zèng)高,這種抑制作用越來(lái)越微弱了,幾乎可以忽略不計(jì)了。



