关于喇叭音腔设计的基本原理

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关于喇叭音腔设计的基本原理
电力电子电容器新闻出处:21ic 发布时间: 2007-10-20
lldwsw 发布于 2007-10-20 9:39:00
关于喇叭的音腔设计,基本上我们停留在一个概念上,而没有一套完整的理论指导。我们知道的音腔设计,往往是如下的理解:
监视器安装1:要有音腔,起扩音用,至于为什么要有音腔,则不明白。
2:音腔要求密封,若密封不好,则导致低音很差。
3:音腔孔不能开的太大,若开的太大,会导致音量变小。
以上三点是我们最常关心的,我们往往按要求去做,没有问过为什么。
本人试着用射频理论推导喇叭音腔设计:
对比天线与喇叭
    天线                             喇叭
媒质    真空                             空气
作用    电能转换成电磁场能量    电能转换成声音能量
主要器件    天线                             喇叭
附属器件    匹配电路                            音腔
设备故障诊断系统原理    电磁场理论                 震动波理论
目的    获得最大的能量输出,合适的频响  最大的能量输出,合适的频响
结论    只有合适的天线和合适的匹配电路,才能获得最大的能量和合适的频响    只有高效的喇叭和合适的音腔,才能获得最大的能量和合适的频响
通过以上,我们基本上清楚,喇叭跟天线具有类似的功能,就是起能量转换作用,其中喇叭是关键器件,它是电能到声能的根本,但是附属器件音腔决定了它的最大输出功率和频率响应,接下来我们主要讨论音响系统是如何获得最大能量的。
先举一个例子,我们用手拍空气,对空气做功基本上等于0,假如我们拿一把特别大的扇子,扇不动,对空气做功也等于0。
对空气做功其实就是对空气发生,假如这个频率在我们能够听到的范围内,就是声音了。
那么通过上面的例子可以说明,用手对空气做功有一个极点,也就是说有一个最大值。我们用以下公式来看:
P = F × V
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P为功率,对外界做功的功率,F为力的大小,V为速度。
这个公式说明F太小,或者V太小,都不可能对外做功,只有两个值乘积项决定对外的功率。
接下来我们看看喇叭是不是跟手一样,就是一个振膜加一个动力线圈,振膜决定这个扇子的面积大小,动力线圈相当于人的力。
因为喇叭的振膜是不可能变的,除非换个喇叭,在喇叭振膜,电能信号的频率一定的情况下,我们来描述这个音响系统应该如何提高输出能量:
对比P = F × V公式,我们对喇叭提出一个具体对外做功的简易公式。
因为F正比振膜面积(S),所以写成 F = K × S,K为系数。
V由喇叭的动力线圈决定,动力线圈的动力由电场产生,动力线圈的阻力由两部分产生,一是空气对振膜的阻力(K×S),反对振膜震动,而是喇叭自身振膜的弹力反对振膜震动(Fz)。
对于音响系统来说K×S一般远远小于Fz。这个原因如下。看一个音响系统,动不动就是100W之类的,而声音大小也没有多少,据说一个人一年高声唱歌,产生的能量只能烧一壶水,可见声音的能量还是很少很少的,绝大部分的音响系统,它的能量都消耗在喇叭上,发热了。
所以空气不能影响动力线圈,可以认为V一定。
那么公式就成了P = K × S * V
因为信号一定,喇叭的振膜面积S也一定,若想改变P,则只能改变K,目的是提高K,其实K就由音腔决定,如下:
假如我们现在的空气密度增加一倍,则K增加一倍,假如只对一部分空气做功,则产生的力就能提升,这是因为空气动力学原理dV / V = dF / F,也就是说在一定的空间内对空气做功,空气体积的变化跟力的变化成正比。这个就是音腔原理,就是要划出一部分空气,提高K值,让喇叭对这部分空气做功,产生声音,之后这部分能量再传到整个空间中,在这儿音腔当作了能量传递的中间环节。
以上合理的解释了上面提到的第一点,为什么要有音腔,对于2,3都可以类似的分析,对于2,还需要分析声音的相位问题,因为喇叭有两面,可以当作两个音源来考虑,相位差180°,对于第三点,可以整合到第一点里,都是影响K值。
主要针对便携式小音腔设计,比如手机,随身听之类。
自动粉墙机手机音腔设计基本原则
2008年06月02日 星期一 20:43
手机音腔设计基本原则
  1、后腔设计要求:后腔要求尽可能大。
  2、前腔设计要求:前腔要尽量小,要利用SPONGE有效隔离前后音腔,避免前后声音相互干涉抵消,造成声音小,音不佳。
  3、前腔出声孔要求:出声孔面积要尽量的大,开孔最小宽度0.90mm,出音孔位置尽量与SPK出音孔位置重叠,但也不能太大,宽一般不大于1.5mm,超过1.1以上可以加防尘网,如果是一排圆孔直径不小于%1.0mm。
  φ13mmLoudSpeaker:
声孔总面积约3mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约5cm3
  φ15mmLoudSpeaker:
声孔总面积约3.5mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约6cm3
  φ16-18mmLoudSpeaker:
声孔总面积约4mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约7cm3
4、前后腔要完全隔开,后腔尽可能密封好,要防止MIC和SPEAKER在壳体内形成腔体回路,产生啸叫。
5、上壳的骨位不能压到SPK的出气孔,也不能被PCB或电子元件阻塞,泄漏孔以远离Speaker为宜。
6.前腔要尽量小,但也不能太大,SPONGE压缩后的音腔高度要大于0.80mm。

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