CN1585563A - 降驻波无谐振峰零容积高保真参差调谐匹配音箱技术 - Google Patents

Abstract

降驻波无谐振峰零容积高保真参差调谐匹配音箱技术，用降低驻波强度的音箱设计理念，使大、中、小口径扬声器均能使用小于零容积(扬声器直径的三次方)的音箱，良好播放无谐振峰超重低音。使用该音箱技术，可制造出低频特性更好、失真更小、匹配更好、体积更小、功率更大的音箱，如：小容积全频带(20Hz～20KHz，20Hz0db)高保真音箱，无谐振峰大功率参差阵列音箱。扩大了音箱的使用范围。在多声道音响系统中，使用该音箱技术，无需“低音炮”，所有声道都可使用任何口径扬声器零容积音箱，播放超重低音，真实再现超重低音的方向性。

Description

降驻波无谐振峰零容积高保真参差调谐匹配音箱技术

技术领域

音箱，扬声器。

背景技术

传统音箱存在以下一些缺点：

1.可以放送超重低音的大口径扬声器音箱，体积都很大，扬声器谐振频率和箱体机械共振频率接近，箱内低频驻波强烈，箱体振动大，超低音特性不好。

2.小口径扬声器音箱均不能放送超重低音(20Hz～40Hz、40Hz～80Hz两个倍频程)。

3.各种口径扬声器音箱的共同缺点：

(1)音箱都有谐振峰，很多音箱的谐振峰超过10db。在谐振峰区域，保真度低。

(2)音箱都有10db左右的阻抗谐振峰。在阻抗谐振峰点的阻抗是音箱额定阻抗的3倍左右，可视为不匹配。

扬声器发出的声波由行波和驻波组成。设一闭箱置于消声室内，扬声器正面发出的声波没有反射，全为行波，驻波比为1；反面发出的声波到达箱壁后全部成为反射声波，只要出现反射声波和行波频率相同、相位相反的情况，即形成驻波；行波经多次反射衰减消失。驻波是静止的，力的矢量为0。驻波也可视为行波的反作用力，它迫使扬声器纸盆减小振幅。当行波全反射全部成为驻波时，纸盆便不能振动。当然这种情况是不存在的。

大口径扬声器音箱内部尺寸较大，声波形成驻波条件的反射次数少，声波反射面积大，反射损耗小，引起强烈驻波。音箱内纸盆受到的外力主要是箱内空气在纸盆振动时压缩所产生的反作用力和驻波的反作用力。两种力量都遏制纸盆运动，驻波对音箱工作的影响要超过箱内空气压缩所产生的反作用力。空气有很大的可压缩性，音箱容积即使缩小几倍，纸盆一样可以推动，而全反射的驻波可使纸盆静止。因此，可以认为驻波是影响音箱性能的关键因素。

在音箱内消除声波反射是不可能的。只要有反射就会有驻波，驻波是不可能消除的。音箱计算公式，并不能反映驻波对音箱工作的影响到底有多大。在扬声器和音箱容积确定后，影响驻波大小的变量很多：如音箱尺寸比例、形状、扬声器的安装位置，吸音材料的种类、放置方法、多少等。因此音箱计算的误差很大。

如果能降低驻波的强度，就能缩小音箱的容积；要降低驻波强度的最佳方法也是缩小音箱容积。小容积音箱与大容积音箱相比，要形成相同频率的低频驻波，就要增加声波的反射次数；反射次数越多，反射面积越小，衰减就越大，驻波强度就越低。大口径扬声器音箱缩小容积，能提高音箱箱体的机械共振频率，避免大型音箱的所有缺点。

音箱容积缩小后，箱内空气顺性改变，要保持原有的音箱谐振频率，必须增加扬声器纸盆的质量，降低扬声器的谐振频率。实验证明，缩小音箱容积，降低扬声器谐振频率，是可行的：

1.参照音箱，闭箱，内容积120升，扬声器口径300mm，谐振频率36Hz，音箱谐振频率50Hz。

把扬声器频率降到18Hz，装入内容积20升的音箱，音箱的谐振频率为50Hz。

2.音箱内容积2升，扬声器口径100mm，谐振频率36Hz。音箱幅频特性和内容积120升的参照音箱相似。

3.音箱内容积1升，扬声器口径100mm，谐振频率30Hz。音箱幅频特性和内容积120升的参照音箱相似。

实验证明，大、中、小口径扬声器均可使用小于零容积(零，小的意思。这里指扬声器直径的三次方，如：100mm口径扬声器，音箱零容积为1升；200mm口径扬声器，音箱零容积为8升；300mm扬声器，音箱零容积为27升)的音箱播放超重低音。零容积音箱均使用泡沫折环短冲程音圈扬声器，音箱用10W以下功率，即可良好驱动。

如上所述，加上研究成功的无谐振峰技术，研制了“18升无谐振峰全频带高保真音箱”(2003年4月14日提出专利申请，因请求书中填写的文字未打字，被退回)、“2升无谐振峰全频带高保真音箱”(2003年5月2日提出专利申请，因请求书中填写的文字未打字，被退回)、“高保真含音箱扬声器”(2003年5月22日提出专利申请，已受理)。

发明内容

为了克服传统音箱的缺点，制造出低频特性更好、失真更小、匹配更好、体积更小、功率更大的音箱，如：小容积全频带(20Hz～20KHz，20Hz0db)高保真音箱(可供专业监听、电子乐器配套等)、无谐振峰大功率参差阵列音箱等，提供一种降驻波、无谐振峰、零容积、高保真参差调谐匹配音箱技术。

具体实施方法

用降低低频驻波作为音箱设计的基本方法，达到提高音箱性能的目的。(以下文中，音箱为闭箱，驻波为音箱谐振点驻波，扬声器指低音扬声器。高、中音扬声器的使用及分频方式的选择可根据需要决定)。

1.降驻波障板。音箱内加若干障板(厚度小于箱壁厚度)，分割音箱容积，缩短大部分声波的反射距离，可降低驻波强度。降驻波障板可采用多种形式，效果相同。可根据情况，任选一种：

(1)带孔障板。障板带孔，孔径3mm左右，孔距10mm左右，孔集中于障板中央，呈圆形分布，打孔数量由实验决定。改变孔的直径大小和数量，即改变了降驻波障板的参数。

(2)阻尼障板。障板中央掏空，粘贴晴纶棉或泡沫海棉，阻尼材料的面积和密度由实验决定。改变阻尼材料的面积和密度，即改变了降驻波障板的参数。

(3)管道障板。障板中央加贯穿管道，管道的管径大小长度和数量由实验决定。改变管道的管径大小长度和数量，即改变了降驻波障板的参数。

改变降驻波障板的参数，会影响空气顺性和驻波的综合关系，可改变或不改变音箱的频响曲线。

2.箱中箱技术(也可理解为箱外箱技术，做实验时可灵活改变音箱容积)。音箱分隔成几个箱室，扬声器必需单独占用一箱室。箱室之间用降驻波障板耦合。改变降驻波障板参数，即改变箱室之间的耦合度，会出现不同的谐振点。一般使用，音箱用容积对分，构成两箱室，即可满足使用要求。使用降驻波扬声器，该扬声器可视为第一箱室，即0箱室。

3.无谐振峰参差调谐匹配调节器。一2升音箱，扬声器口径100mm，扬声器谐振频率39Hz，音箱谐振频率55Hz，阻抗曲线谐振峰10db，频响曲线谐振峰12db。把音箱分成两箱室，扬声器箱室(封闭)谐振频率为73Hz。使用降驻波障板，调节降驻波障板参数，把阻抗曲线55Hz～73Hz之间的幅度(无谐振峰)调到3db以下。把原来明显的电抗曲线，调节到接近电阻阻抗的水平，可认为箱内驻波已很小，扬声器和音箱达到良好匹配。此时复测音箱频响曲线应无谐振峰，55Hz～73Hz之间的幅度应小于3db。调节要使音箱阻抗曲线和频响曲线都达到要求。使用参差调谐的方法，完全消除了谐振峰，达到良好匹配，这种音箱也可称参差调谐匹配音箱。在这里降驻波障板就是参差调谐匹配调节器。适当增加箱室和拉宽谐振点范围，增加匹配调节器，可取得更好的效果。在匹配调节器偏离中心的适当位置加扇形调节片，用轴通到箱外，转动轴的角度，使扇形调节片遮挡改变降驻波障板的参数，方便调整。轴穿过箱壁处加装橡皮气封，防止箱体漏气。

4.无谐振峰大功率阵列音箱技术。要求失真更小、功率更大、声场指向性有特殊要求的场合，可采用两只以上的零容积音箱或“高保真含音箱扬声器”组合成阵列音箱。行、列音箱数量可根据需要而定。恰当选择各音箱的谐振点(不在同一点)、谐振曲线，使阵列音箱合成的总频响曲线更平，失真更小。阵列音箱功率为各零容积音箱功率之和。改变零容积音箱的外形形状，可改变扬声器的角度，获得所需的声场指向特性，甚至可方便地组成球形阵列音箱。户外使用可采用防水“高保真含音箱扬声器”组成阵列音箱，高音单元采用防水指数号筒高音扬声器。阵列音箱的总箱体可以是虚拟的，用专门设计的金属紧固件、框架，把零容积音箱或含音箱扬声器组合起来，即成阵列音箱。也可用大箱体，分隔成独立小音箱，组成阵列音箱。

5.降驻波扬声器。使用降驻波障板，封闭扬声器盆架空气通道，减小扬声器盆架的空气通道面积，盆架内侧放置吸音材料，减小音频信号的反射，可降低驻波强度。扬声器盆架降驻波障板参数可由试验决定，以装箱后不引起音箱灵敏度降低和不增加低频附加失真为宜。

6.纸盆加载扬声器。在动圈扬声器纸盆前面或后面粘贴固体材料，增加纸盆质量大幅度降低扬声器谐振频率或改变扬声器的频响特性。在纸盆原料里加入高密度材料增加纸盆质量，大幅度降低扬声器谐振频率的方法，也可视为纸盆加载。工厂生产可适当调整扬声器纸盆刚性、定心支片顺性、定心支片机械阻、折环机械阻等技术参数，使纸盆加载扬声器和零容积音箱更匹配。

7.降驻波加载扬声器。把降驻波扬声器和纸盆加载扬声器结合成一体便成为降驻波加载扬声器。

零容积音箱技术，在音箱容积上有很大的伸缩余地，容积还可缩小，如：扬声器口径200mm，谐振频率17Hz，用8升容积音箱，音箱谐振频率为36Hz，用4升音箱，音箱谐振频率为50Hz，但要制造全频带音箱，可适当加大音箱容积。例：音箱容积18升，扬声器口径200mm，扬声器谐振频率17Hz，音箱频响实测20Hz～1000Hz＜3db，20Hz 0db。

Claims (8)

1.降驻波障板技术；

2.零容积音箱技术；

3.箱中箱技术；

4.无谐振峰参差调谐匹配调节器技术；

5.无谐振峰大功率参差阵列音箱技术；

6.降驻波扬声器技术；

7.纸盆加载扬声器技术；

8.降驻波纸盆加载扬声器技术。