腔體設計

1. 我們可以為客戶模擬和實證各種音箱設計

  • 利用喇叭TS參數模擬出適合機構幾何形狀。
  • 用3D列印出機構外殼並實際聲學測試。
  • 實測結果與模擬結果比對差異並進行細部修正。
  • 得出適合機構幾何尺寸。

2. 常見的喇叭音箱設計

  • 密閉式音箱 (sealed enclosure)

這種音箱設計是後腔完全密封。在沒有額外開孔或導管之下,後腔的空氣勁度較高,空氣彈簧效果較高。這表示振膜的位移較低,音壓較低,可能需要更大的功率來推動。

  • 低音反射式音箱 (Bass Reflex Enclosure)

為了釋放密閉腔體的低頻量感,通常會在密閉式音箱的前方或後方,開一個導管出來,讓喇叭後方的音壓也能被導引出來,增加整體音量。另一方面,增加通氣後空氣勁度降低,也有助於中低頻音量提升。導管的截面積、長度都會影響低頻延伸的程度,尤其是有一種傳輸線音箱(transmission line enclosure)的導管設計蜿蜒曲折,就是要以此增加管長來達到低通濾波的效果,強化低頻。此種腔體的缺點是,若設計不良時,導管周遭可能產生風切、風噪等風洞效應,解方是管徑不要太小。尤其在管道共振的頻點,喇叭幾乎不動,但會觀察到管道的氣流特別明顯。

  • 被動輻射式音箱(Passive radiator)

又稱為假喇叭音箱,也就是在密閉腔體上開孔,恰放入一個假喇叭。假喇叭指的是沒有磁迴路、更沒有電能驅動的被動單體。他的構造主要就是盆架、振膜和彈波等振動元件。原本的主動喇叭在運動時,被動輻射單體的振膜也會跟著運動。此設計的優點是,假喇叭的材質柔順,聲學上軟化了堅硬的後腔邊界,相當於增加了後腔的聲順。增加聲順後,喇叭系統的中低頻就更加下潛以及飽滿。若設計不當很有可會提高系統失真,解方之一是選擇面積較主喇叭較小的被動喇叭。

 

在箱內放填充吸聲材料,如玻璃纖維、專用泡沫材料等可以吸收內部的反射,同時抑制駐波產生。填充的材料提高了閉箱的有效聲容,增加了振膜的附加質量和阻尼,改變系統的共振頻率和Q值。閉箱聲容可表示為:

其中VB為閉箱容積,單位為m3;為內部填充材料的密度,單位為kg/ m3;C為內部填充材料的聲速,單位為m/s。填充內部材料後通常是減少的,即聲容(CAB)增加了。填充後閉箱系統的聲順為CAB,假設不添加吸聲材料,但仍希望獲得相同的CAB值,必須採用更大容積的閉箱。

上式是容積的另一個等價表達式,其中和理想氣體方程式(PV=nRT)有關,定義為 , 而  為壓力的%變化率,為體積的%變化率。 也就是理想氣體被壓縮後,容積體積變小1%,會造成氣壓增加幾%。是大氣壓強N/m2

如果沒有填充材料,根據理想氣體方程式和經驗法則,氣體被壓縮後,氣體溫度將會升高,此時箱體熱量短時間無法擴散到周圍空氣中,是為絕熱壓縮(adiabatic compression),絕熱壓縮條件下的 為1.41。但現實中,若加入填充材料後,因為他會吸熱,相當於在密閉容積增加熱容量,這使得箱體熱量傳導到的吸音材料,讓壓縮發生比較緩慢,此時稱為等溫壓縮(isothermal compression),等溫壓縮條件下的 為1。在理想條件下,,表示填充吸聲材料後,箱體的聲容相當於增加41%。在現實條件下,通常聲容會增加15%~20%。填充吸聲材料後,相當於增加系統的阻尼,因此阻抗曲線會變得較平坦。並且,加了填充材料後,振膜與其後面的材料一起振動,相當於增加了振膜附加質量。同時材料會吸聲,也相當於提高有效容積。