音箱倒相孔研究

無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 劉立鈞

自從高順性揚(yáng)聲器（即橡皮邊之類）問世以來，封閉式音箱在小體積下也能獲得較好的低頻響應(yīng)。盡管這樣適合封閉音箱用的橡皮邊揚(yáng)聲器本身的靈敏度較低，又由于封閉箱是把揚(yáng)聲器后半部輻射基本上讓它消耗在箱內(nèi)的吸音材料里。而倒相式音箱，可以將揚(yáng)聲器音箱內(nèi)輻射的反向聲波通過倒相孔使之在某一頻段進(jìn)行倒相，從而讓他和揚(yáng)聲器朝外輻射的聲波一起同向地輻射出來。倒相式音箱在諧振頻率附近給紙盆的聲負(fù)載為最大阻抗，雖然在這頻率上可使輻射聲壓很高（它主要由倒相孔輻射），但紙盆振幅卻最小。因此避免了低音揚(yáng)聲器大振幅所引起的低頻失真。由于倒相式音箱的諧振頻率就是低音揚(yáng)聲器的諧振頻率，所以倒相式音箱可采用諧振頻率較高的傳統(tǒng)紙盆揚(yáng)聲器，但目前市場上倒相式音箱出現(xiàn)了某些錯誤現(xiàn)象：在一個音箱上設(shè)置了多個倒相孔。

倒相式揚(yáng)聲器箱是一種低頻揚(yáng)聲器箱見圖1。這種音箱，除有揚(yáng)聲器的聲輻射口以外，還有第2個聲輻射口A，成為倒相孔，也稱回音孔。

圖1 倒相式音箱

首先從封閉式音箱出發(fā)，可得出參照無限大障板上的揚(yáng)聲器聲電等效電路如圖2，圖2(a)中PEA表示揚(yáng)聲器電動力的等效壓強(qiáng)，REA是電動式揚(yáng)聲器電磁阻尼等效聲阻；MAS、CAS、RAS表示揚(yáng)聲器向外聲輻射等效參數(shù)；RA1、MA1表示揚(yáng)聲器紙盆前后輻射等效參數(shù)；MAB、CAB、RAB是表示箱體內(nèi)揚(yáng)聲器紙盆后面即箱體內(nèi)的聲阻抗等效參數(shù)。圖2(a)中各聲阻抗參數(shù)都是可以根據(jù)具體揚(yáng)聲器參數(shù)和音箱尺寸，有一系列測量和計(jì)算方法的，這里不加贅述。

圖2 封閉式音箱系統(tǒng)聲電類比電路

而倒相式音箱揚(yáng)聲器系統(tǒng)（僅一個倒相孔）聲電類比電路見圖3。

圖3 倒相式音箱揚(yáng)聲器系統(tǒng)聲電類比電路

在聲學(xué)中為了方便求解微分方程，常將力學(xué)振動系統(tǒng)、聲學(xué)振動系統(tǒng)和電路系統(tǒng)類比，如：

ZA稱為聲阻抗，p是聲壓，U是體積速度。聲場中某位置的聲阻抗是復(fù)數(shù)，像電阻抗一樣，其實(shí)數(shù)部分反映了能量的損耗，不過它代表的不是能量轉(zhuǎn)化成熱，而是代表著能量從一處向另一處的轉(zhuǎn)移，即“傳播損耗”。

如果在一個倒相式音箱上設(shè)置兩個同樣參數(shù)的倒相孔，則它的等效類比電路將是怎樣的？假設(shè)這兩個倒相孔是靠得很近，且相對于低音揚(yáng)聲器是對稱分布，則對于兩個倒相孔支路有聲壓連續(xù)條件：

式(1)中pi、pr分別表示音箱內(nèi)部透射和反射聲波的聲壓，pa、pb分別是音箱內(nèi)兩個倒相孔入口端聲壓。又由于體積速度連續(xù)條件，有：

式(3)中的Ui、Ur分別是音箱內(nèi)部由于揚(yáng)聲器紙盆振動引起的透射、反射氣流容積速度，Ua、Ub則是兩個倒相孔a、b中的氣流容積速度。

根據(jù)(1)、(2)、(3)式可得：

如果此音箱只用一個倒相孔等效代替上述二個倒相孔，則可以得到下式(5)：

式(5)中pA、ZA表示只用一個倒相孔時的等效聲壓和聲阻抗，由于是同一個倒相式音箱故：，由此得到：，這顯然表明：同一音箱設(shè)兩個倒相孔等效于這兩個倒相孔聲阻抗并聯(lián)！亦即第2個倒相孔的聲電類比電路并聯(lián)在圖3中的A、B端組成另一條支而已。

結(jié)語：同一音相中設(shè)置兩個倒相孔，不僅會增加制造成本又降低倒相孔的總等效聲阻抗不利于倒相孔的聲輻射降低性能指標(biāo)，還會出現(xiàn)聲波干涉、氣流粘滯增加等問題。