CN101765037A - 带有声学陷波器的音箱及其吸收中频驻波的方法 - Google Patents

Abstract

一种带声学陷波器的音箱及其吸收中频驻波的方法，所述音箱包括箱体、位于箱体内的扬声器；所述箱体的容积在12升以下，所述箱体内设有一封闭腔体，所述封闭腔体上至少开设有一个通孔，所述通孔边缘向外延伸形成一管道；利用亥姆霍兹共振原理，使管道口空气振动产生声波，该声波与音箱内产生的中频驻波频率相等且相位相反，声波与中频驻波共振并吸收中频驻波的能量，从而达到改善放音质量的目的。

Description

带有声学陷波器的音箱及其吸收中频驻波的方法

技术领域

本发明涉及音箱设备，尤其是容积在12升以下的音箱，利用亥姆霍兹原理，通过声学共振法吸收音箱内的中频驻波。

背景技术

音箱中，由于扬声器振膜的前后振动，不仅向外辐射了声波，同时也向密闭箱体内部辐射了声波，在箱体内的声波经箱体内表面反射，入射波与反射波的某些频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反，该两列波叠加后形成驻波。驻波节点静止不动，而驻波波腹则放音最响，这个声波穿过振膜与前面的辐射叠加，形成响应不平坦。驻波的产生除了使音箱中原本平坦的响应变得乱七八糟，往往表现为中频峯谷明显的响应。在制造音箱时都会设法将这部分的驻波峯谷消除。现有技术中，为了消除音箱内的驻波，通常采用两种手段：一、利用吸音材料(如玻璃纤维、化纤、棉花等)吸收箱内驻波造成的峯值声能，因为吸音材料一般具有小孔声波传播到吸音材料上就会引起小孔孔隙里的空气和微小纤维的振动，由于摩擦等阻碍，声能被转化成了热能，声音因此被消除，吸音材料在将不需要频率的声音吸收的同时也对整个有效频带的声音产生了衰减，从而造成声压下降影响音箱灵敏度。二、利用电子陷波器在电路上滤除不需要的频率的信号，比如在带通滤波器通频带的边缘外加陷波器，通常是串联一个并联谐振回路，或并联一个串联回路，它们的谐振频率就是要滤除的频率，虽然能够有效消除驻波干扰，但是其成本高，线路复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种带有声学陷波器的音箱，音箱内的声学陷波器不仅结构简单，且能够在不影响放音灵敏度的情况下消除音箱内产生的中频驻波。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种音箱吸收中频驻波的方法，在箱体内设置声学陷波器，利用亥姆霍兹共振原理，使声学陷波器产生的一声波与箱体内的中频驻波相抵消，从而吸收中频驻波的能量，该方法简单，效果显著。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种带有声学陷波器的音箱，包括箱体、位于箱体内的扬声器；所述箱体的容积在12升以下，所述声学陷波器为箱体内设有的一封闭腔体，所述封闭腔体上至少开设有一个通孔，所述通孔边缘向外延伸形成一管道。根据亥姆霍兹共振原理，声学陷波器上管道口的空气振动产生一声波，该声波与箱体内的谐振波相互叠加，由于两波形频率和振幅均相同、振动方向不一致、传播方向和相位相反，谐振波能量被吸收，最后到达消除中频驻波的目的。

作为改进，所述封闭腔体位于扬声器背后。保证产生的声波与中频驻波振动方向一致、传播方向和相位相反，使驻波能量最后被吸收。

作为改进，所述封闭腔体独立于所述箱体。声学陷波器可以随时从音箱中拆装出来，把该封闭腔体放置在另外类似的音箱中，同样具有消除中频驻波的作用。

作为改进，所述封闭腔体上开设有一个大通孔和一个小通孔，大通孔边缘向外延伸形成一大管道，小通孔边缘向外延伸形成一小管道。大管道管口产生的声波频率与小管道管口产生的声波频率不同，各自吸收与其声波频率相同的中频驻波。

为解决上述技术问题之二，本发明的另一技术方案是：一种音箱吸收中频驻波的方法，所述音箱包括箱体、位于箱体内的扬声器；所述箱体的容积在12升以下，所述箱体内设有一封闭腔体，所述封闭腔体上至少开设有一个通孔，所述通孔边缘向外延伸形成一管道；利用亥姆霍兹共振原理，使管道口空气振动产生声波，该声波与音箱内产生的中频驻波频率相等且相位相反，声波与中频驻波共振并吸收中频驻波的能量。上述封闭腔体连通管道构成了一个声学陷波器，该声学陷波器主要用于吸收箱体内的中频驻波。声学陷波器上不同大小的管道管口空气振动后产生的声波的频率不一样，其主要跟封闭腔体的容积、管道的长度、通孔的面积有关。而在音箱内产生的中频驻波，其频率跟箱体容积有关，在箱体容积不同的情况下，所产生的驻波的频率不同。本发明主要针对容积为12升以下的音箱，声学陷波器在设计时，首先测量出音箱的容积以及在该箱体内所产生的谐振频率，然后利用亥姆霍兹谐振频率计算公式计算出封闭腔体的容积、通孔的面积、管道的长度。设计出来的声学陷波器在共振后能够产生一声波，且该声波与音箱内中频驻波相互叠加，由于两波形频率和振幅均相同、振动方向不一致、传播方向和相位相反，驻波能量最后被吸收，最后达到消除箱体内的中频驻波，辐射声压平坦，音质改善。

作为改进，所述封闭腔体位于扬声器背后。保证产生的声波与中频驻波振动方向不一致、传播方向和相位相反，使驻波能量最后被吸收。

作为改进，所述封闭腔体独立于所述箱体。封闭腔体可以随时从音箱中拆装出来，把该封闭腔体放置在另外类似的音箱中，同样具有消除中频驻波的作用。

作为改进，所述封闭腔体上开设有一个大通孔和一个小通孔，大通孔边缘向外延伸形成一大管道，小通孔边缘向外延伸形成一小管道，大管道管口产生的声波频率与小管道管口产生的声波频率不同，各自吸收与其声波频率相同的中频驻波，改善放音质量。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

利用亥姆霍兹共振原理设计出声学陷波器，其不仅结构简单，且能够在不影响放音灵敏度的情况下消除音箱内产生的中频驻波。

附图说明

图1为实施例1中声学陷波器的结构示意图；

图2为实施例2中声学陷波器的结构示意图；

图3为实施例3中声学陷波器的结构示意图；

图4为实施例1中利用声学陷波器后音箱频响曲线图；

图5为实施例2中利用声学陷波器后音箱频响曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

本发明适用于容积在12升以下的音箱，应用领域主要包括AV放音箱、多媒体音箱、汽车HI-FI音箱、笔记本电脑内置音箱等所有密闭箱或开口箱形式。根据亥姆霍兹共振原理，利用音箱内设置的声学陷波器吸收上述音箱箱体内出现的中频驻波。

实施例1

如图1所示，本实施例选用容积为12升的音箱，并箱体内放置一个声学陷波器，声学陷波器的位置可任意摆放，本实施例中，所述声学陷波器位于扬声器后面。所述的声学陷波器主要包括一个封闭腔体1，所述封闭腔体1上设有一个通孔22，所述通孔22边缘向外延伸形成一管道2。利用亥姆霍兹共振原理，声学陷波器上的管道口21空气振动可产生一列声波，该声波的频率与声学陷波器的形状有关，其主要与封闭腔体1的容积、管道2的长度、通孔22的面积有关。而在音箱内产生的中频驻波，其谐振频率跟箱体容积有关，在箱体容积不同的情况下，所产生的驻波的频率不同。本实施例在设计声学陷波器时，首先测量出音箱的容积以及在该箱体内需要消除的一个谐振频率f₀，然后利用亥姆霍兹谐振频率计算公式：

$f_0=\frac{c_0}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S}{\mathrm{VL}}}$

计算出封闭腔体1的容积、通孔22的面积以及管道2的长度，上述公式中，f₀(Hz)为箱体内的谐振波频率，C₀(m/s)为声音的传播速度，S(m²)为通孔22的面积，V(m³)为封闭腔体1的容积，L(m)为管道2的长度。需要提出的是：通孔22面积S(m²)、封闭腔体1的容积V(m³)、管道2的长度L(m)之间的最佳配比可以通过有限次实验直接推导出来。如图4所示，①号线为带有中频驻波的频响曲线，该曲线中需要消除一个中频驻波的波峯谷，设计出来的声学陷波器在共振后能够产生一列声波，且该声波与音箱内谐振波相互叠加，由于两波形频率和振幅均相同、振动方向不一致、传播方向和相位相反，谐振波能量最后被吸收，最后达到消除箱体内的中频驻波，辐射声压平坦，音质得到改善，②号线为消除中频驻波后的频响曲线。

实施例2

如图3所示，本实施例选用容积为5升的音箱，并箱体内放置一个声学陷波器，声学陷波器的位置可任意摆放。所述的声学陷波器主要包括一个封闭腔体1，所述封闭腔体1上设有两个通孔32、42，一个大通孔32和一个小通孔42，大通孔32边缘向外延伸形成一大管道3，小通孔42边缘向外延伸形成一小管道4。利用亥姆霍兹共振原理，声学陷波器上的两个管道的管口31、41空气振动可产生两列声波，该声波的频率与声学陷波器的形状有关，其主要跟封闭腔体1的容积、管道3、4的长度、通孔32、42的面积有关，因此所产生的两列声波的频率不一样。而在音箱内产生的中频驻波，其频率跟箱体容积有关，在箱体容积不同的情况下，所产生的驻波的频率不同。本实施例在设计声学陷波器时，首先测量出音箱的容积以及在该箱体内所产生的两个要消除的谐振频率f₁和f₂，然后利用亥姆霍兹谐振频率计算公式：

$f_1=\frac{c_0}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_1}{{\mathrm{VL}}_1}}---\left(1\right)$

$f_2=\frac{c_0}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{S_2}{{\mathrm{VL}}_2}}---\left(2\right)$

计算出封闭腔体1的容积、大通孔32的面积、小通孔42的面积、大管道3的长度、小管道4的长度，上述公式中，f₁(Hz)为箱体内第一个需要消除的谐振频率，f₂(Hz)为箱体内第二个需要消除的谐振频率，C₀(m/s)为声音的传播速度，S₁(m²)为大通孔32的面积，S₂(m²)为小通孔42的面积，V(m³)为封闭腔体1的容积，L₁(m)为大管道3的长度，L₂(m)为小管道4的长度。如图5所示，①号线为带有两中频驻波的频响曲线，该曲线中需要消除两个中频驻波的波峯谷，设计出来的声学陷波器在共振后能够产生两声波，该两列声波分别对应与其频率相同的谐振波叠加，由于相位相反，从而达到消除中频驻波的目的，②号线为消除中频驻波后的频响曲线。

实施例3

本实施例选用容积为1升的音箱，并箱体内放置一个声学陷波器，声学陷波器的位置可任意摆放。如图3所示，与实施例1所不同的是，本实施例的声学陷波器上设有三个通孔52、62、72和三个管道5、6、7，主要是用于消除箱体内的三个谐振频率，其吸收箱体内出现的中频驻波的原理与实施例1所叙述的一样，本实施例不再详细描述。

本发明主要针对12升以下音箱，利用声学陷波器吸收箱体内出现的中频驻波。声学陷波器上的管道的数量跟需要消除谐振波的数量相对应。

Claims (8)

1.一种带有声学陷波器的音箱，包括箱体、位于箱体内的扬声器；其特征在于：所述箱体的容积在12升以下，所述声学陷波器为箱体内设有的一封闭腔体，所述封闭腔体上至少开设有一个通孔，所述通孔边缘向外延伸形成一管道。

2.根据权利要求1所述的一种带有声学陷波器的音箱，其特征在于：所述封闭腔体位于扬声器背后。

3.根据权利要求1所述的一种带有声学陷波器的音箱，其特征在于：所述封闭腔体独立于所述箱体。

4.根据权利要求1所述的一种带有声学陷波器的音箱，其特征在于：所述封闭腔体上开设有一个大通孔和一个小通孔，大通孔边缘向外延伸形成一大管道，小通孔边缘向外延伸形成一小管道。

5.一种音箱吸收中频驻波的方法，所述音箱包括箱体、位于箱体内的扬声器；其特征在于：所述箱体的容积在12升以下，所述箱体内设有一封闭腔体，所述封闭腔体上至少开设有一个通孔，所述通孔边缘向外延伸形成一管道；利用亥姆霍兹共振原理，使管道口空气振动产生声波，该声波与音箱内产生的中频驻波频率相等且相位相反，声波与中频驻波共振并吸收中频驻波的能量。

6.根据权利要求4所述的一种音箱吸收中频驻波的方法，其特征在于：所述封闭腔体位于扬声器背后。

7.根据权利要求4所述的一种音箱吸收中频驻波的方法，其特征在于：所述封闭腔体独立于所述箱体。

8.根据权利要求4所述的一种音箱吸收中频驻波的方法，其特征在于：所述封闭腔体上开设有一个大通孔和一个小通孔，大通孔边缘向外延伸形成一大管道，小通孔边缘向外延伸形成一小管道，大管道管口产生的声波频率与小管道管口产生的声波频率不同，各自吸收与其声波频率相同相位相反的中频驻波。

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