漫谈倒相式音箱

漫谈倒相式音箱

音箱系列产品中产量最大的倒相箱，至今对其工作原理的解释各种各样，但实质性原理鲜有介绍，普遍局限于表面现象。其主要大意是：将扬声器背辐射声波通过倒相管反相输出，与正面辐射声波同相叠加，以增强低频输出。如此介绍，让人难以理解其工作原理，为此发表一些个人意见供参考。" 倒相管的作用不少文章及厂家将倒相箱称为低音反射箱，很容易误导读者。如从文字上理解，会使人认为扬声器背辐射声波经箱板反射后从倒相管中传出，并且相位发生了180°的逆转，因而改善了低频特性。

可实际情况并非如此，从倒相管中传出的背辐射声波非但无用反而有害。

倒相管的作用，是配合箱体组成一个具有固定低频谐振频率的谐振腔。当扬声器发出的声波中含有谐振频段信号时，引发谐振腔内空气谐振，谐振声波从管中发出，因此提高了此频段的声压输出，从而改善了低频特性。从倒相管中出来的声波，可分为两类不同质的声波，一类是扬声器的背辐射声波，由于箱内吸音材料的吸收，管口截面又较小，传出的声压远低于正面的辐射声波。虽然声压不高，但由于与正面声波不同相，仍会对听感造成一定的负面影响，应尽量减少传量。

另一类是因箱内空气谐振而产生的高声压声，并与正面辐射的同频声波同相，声压远高于同频的正面辐射声波，两股声波同相叠加因此改善了低频特性。

倒相管的声辐射特性

倒相管的声辐射特性是一个以谐振频率为中心的单峰。当信号中无该频段信号时，谐振完全停止，此时倒相管成了传声管，扬声器背辐射声波从中传出，传出的声压远小于谐振峰声压和扬声器正面幅射声压。当信号中有谐振频段信号时，引发谐振腔谐振，谐振声波从管口辐射出去，谐振强弱随电信号的变化而变化。

谐振峰输出大小与扬声器、箱容积、倒相管的长度、倒相管截面积等因素有关。它们之间如能良好匹配，可使谐振达到最佳状态，使倒相管口输出声压又大，输出频段又宽。

谐振峰输出的强与弱，还与箱内吸声材料稍有关系。增加吸声材料，阻尼加重，谐振减弱，输出声压下降，反映扬声器谐振频率处阻尼特性的品质因数) 值就下降，反之相反。等量的吸声材料环绕箱内壁放置比成团放置在中间谐振峰输出大些。

谐振峰输出的大小还与倒相管内口的位置有关。扬声器引发箱内空气谐振时，谐振波充满箱内整个空间，箱内空气就像一个巨大弹簧，弹簧的一端为振膜，另一端为箱壁和倒相管，作用在箱壁上的谐振能量一部分转化为箱板的振动能量，一部分又反射出去，极少部分被箱内吸声材料吸收转化为热能。而倒相管内和管口附近的空气获得的能量可向外辐射。扬声器在谐振频段消耗的能量，正面辐射能量只占很少部分，箱内能量占绝对优势，这么大的能量消耗，是由箱壁（含吸声材料）和倒相管两者共同承担的。倒相管获得的能量越多，箱壁获得的能量就越少。

由于谐振波充满箱内整个空间，因此倒相管内口处于箱内不同位置时，从谐振波这根看不见的空气弹簧中获得的能量比例是略有不同的，通常让低音扬声器和倒相管居箱腔两头为好，此时倒相管口辐射的谐振波，从箱内谐振波中获得的能量最大。

谐振峰输出大小还与箱腔形状稍有关系。谐振波充满箱内整个空间，形成一个巨大的空气弹簧，全部内腔壁均为弹簧的一个端点，共同获得谐振能量。而气体的压缩与扩张，行程最大的方向是腔体距扬声器最远处，而处于弹簧中段的箱壁，由于流速大，获得的能量反而小。

也就是说，不同形状的谐振空间，不同位置的箱壁获得的能量是有差别的，球形和方形差别最小，管型差别最大，利用这一差别，可以减少箱壁获得能量；倒相管处于箱内不同位置时，其获得的谐振波能量是不会相同的，扁形和正方形的效果略差，低音单元和倒相管各居一头的管状最好，管径与低音单元口径接近的比两者悬殊的效果好，圆形管比方形管效果好，方形管比扁管效果好，适当的长管比短管效果好。

倒相管的计算：

取倒相管截面积S＝0.1～0.4倍低音喇叭有效振动面积即可，面积越大低频辐射效率越高，但管长度会越长；

倒相管长度L＝c×c×S/（4×圆周率×圆周率×f×f×V）－0.82根号S（单位都是用厘米计算）

其中c＝34400cm/s（声速），f是低音喇叭的谐振频率，V是关于箱体有效容积

取外径40mm

倒相式音箱的简单调试：（总结的，没有实践过）

箱体体积越大，低频下潜就越深，Q值随之下降；但过了低频就有气无力，此时应该往音箱里扔沙包；

箱体体积越小，低频力度越好，Q值随之上升，但相对的音箱的谐振频率就要上升，此时可以再加多点海绵以扩充内积；

倒相管越长，音箱的瞬态特性就越好，同时低频下潜也越深（不过量感会变小）但是过长了声音要拖尾，导致瞬态特性又变差，如果倒相管过长与箱体内板面靠的太近，还会产生气流声，这个要不得；

倒相管越短，瞬态特性就越差，谐振频率也要上升（但量感会增加）。

相关原理：亥姆霍兹（H·von·Haimuhuozi），是德国19世纪伟大的物理学家和生理学家，我们大学所学的力学三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科学成就。而亥姆霍兹共振原理，则是亥姆霍兹在声学领域的著名成就之一。

首先，建立一个由理想刚体构成的密闭空腔，这个空腔就叫做“亥姆霍兹共振腔”，在空腔的表面开一个面积相对于空腔表面积很小的孔，在孔上插入一根空心刚体管道，组成的结构就称为“亥姆霍兹共鸣器”。

对于一个亥姆霍兹共鸣器而言，当其内部空气受到外界波动的强制压缩时（无论强制力施加于空腔内的空气还是管道内的空气，施加的外力是来自声波还是腔体振动），管道内的空气会发生振动性的运动，而空腔内的空气对之产生恢复力（换句话说，共振腔内的空气是一个“空气弹簧”）。在声波波长远大于共鸣器几何尺度的情形下，可以认为共鸣器内空气振动的动能集中于管道内空气的运动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有关。这样，这个共鸣器是由管道内空气有效质量和腔体内空气弹性组成的一维振动系统，因而对施加作用的波动有共振现象，其固有频率是：（见下图公式）。

公式中f。是亥姆霍兹共鸣器的最低共振频率，c是声速，S是管道的截面积,d是管道的直径，l是管道的长度,V是空腔的容积。在强度为一定的振动作用下,在这个频率时，管道内空气的振动速度达到最大。这，就是所谓的“亥姆霍兹共振原理”。

音箱容积的确定，利用如下公式：

V=355a4/αf o2m o (1)

V=音箱的有效内容积(L)；a=扬声器有效振动半径(cm)；α=劲度比；mo=低音扬声器振动系统等效质量(g)；fo=扬声器低频共振频率。

具体运用次公式求容积时有两种方法。一种是先确定Qoc；另一种是先确定foc(密闭音箱最低共振频率)。

第一种方法：先确定Qoc(设为理想值Qoc=0.7)把具体数值代入式1

其中α=(Qoc/Qo)2-1=(0.7/0.5)2-1=0.96

得出的结果：V=355×4.84/0.96×652×6.6≈6.5(L)

第二种方法：先确定foc。作为密闭式音箱一般情况下foc=fo×(1.2～2.0) 本例foc=fo×1.4=90Hz 把具体数值代入式1

其中α=(foc/fo)2-1=(90/65)2-1=0.96

得出的结果：V=355×4.84/0.96×654×6.6≈6.5(L)