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工程聲學/密封箱低音炮設計

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密封或封閉箱擋板是最基本但也往往是音質最純淨的低音炮箱體設計。最簡單的低音炮箱體,其作用是將揚聲器背面與正面隔離開來,類似於理論上的無限擋板。密封箱為大多數低音炮應用提供簡單的結構和受控的響應。緩慢的低端滾降提供了進入極端頻率範圍的乾淨過渡。與帶通箱不同,由於密封箱擋板提供的額外剛度,錐體偏移量在箱體和驅動器的諧振頻率以下會降低。

封閉擋板箱通常由非常堅硬的材料製成,例如 MDF(中密度纖維板)或厚度為 0.75 到 1 英寸的膠合板。根據箱體尺寸和所用材料,可能需要內部支撐來保持箱體堅固。為了防止不必要的箱體諧振,設計一個堅固的箱體非常重要。

與任何聲學應用一樣,箱體必須與揚聲器驅動器匹配,以實現最佳效能。以下將概述調整箱體或最大化低音炮箱體和驅動器組合輸出的步驟。

封閉擋板電路

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如果箱體的尺寸遠小於低音炮再現的最小波長,那麼低音炮的密封箱體可以建模為集中元件系統。大多數低音炮應用在 80 到 100 赫茲左右進行交叉。100 赫茲的空氣波波長約為 11 英尺。低音炮通常的所有尺寸都遠小於此波長,因此集中元件系統分析是準確的。使用此分析,以下電路表示低音炮箱體系統。


其中所有以下引數都在機械遷移率模擬中

Ve - 電壓供給

Re - 電阻

Mm - 驅動器質量

Cm - 驅動器順應性

Rm - 電阻

RAr - 背部錐體向空氣中的輻射阻抗

XAf - 前部錐體向空氣中的輻射電抗

RBr - 背部錐體向箱體中的輻射阻抗

XBr - 背部錐體向箱體中的輻射電抗

驅動器引數

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為了將密封箱調整到驅動器,必須瞭解驅動器引數。一些引數由製造商提供,一些引數是透過實驗找到的,一些引數是從一般表格中找到的。為了簡化計算,所有引數都將以米/千克/秒的 SI 單位表示。確定箱體尺寸必須瞭解的引數如下

f0 - 驅動器的自由空氣諧振

CMS - 驅動器的機械順應性

SD - 驅動器的有效面積

驅動器的諧振

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驅動器的諧振頻率由製造商提供,或者必須透過實驗確定。即使由製造商提供,也最好測量諧振頻率,以考慮製造過程中的不一致。

以下圖示顯示了尋找諧振頻率的設定


保持電壓 V1 恆定,並改變可變頻率源[檢查拼寫],直到 V2 最大。V2 最大時的頻率是驅動器的諧振頻率。

機械順應性

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根據定義,順應性是剛度的倒數,通常被稱為彈簧常數。驅動器的順應性可以透過測量驅動器向上放置時,在錐體上放置已知質量時錐體的位移來找到。然後,順應性為錐體的位移(米)除以增加的重量(牛頓)。

驅動器的有效面積

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驅動器的物理直徑不會導致驅動器的有效面積。可以使用以下圖示找到有效直徑


從該直徑,可以使用基本圓面積公式找到面積。

聲學順應性

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從已知的錐體機械順應性,可以使用以下公式找到聲學順應性

CAS = CMSSD2

從驅動器的聲學順應性,可以找到箱體的聲學順應性。這是考慮低音炮的最終應用的地方。箱體的聲學順應性將決定諧振頻率向上偏移的百分比。如果高 SPL 應用需要大幅度偏移,則需要較大的驅動器與箱體聲學順應性比率。如果高保真應用需要更平坦的響應,則需要較小的驅動器與箱體聲學順應性比率。具體而言,可以使用以下圖中的線 (b) 作為參考找到比率。

CAS = CAB*r

r - 驅動器與箱體聲學順應性比率


密封箱設計

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箱體積

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現在可以使用箱體的聲學順應性找到密封箱的體積。使用以下公式計算箱體的體積

VB= CABγ

箱體尺寸

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根據計算出的箱體體積,就可以設計箱體的尺寸。雖然沒有固定的公式來確定箱體的尺寸,但有一些通用的指導原則。安裝驅動器的箱體側面不應該是正方形。如果驅動器安裝在正方形側面的中心,由音錐產生的聲波會同時到達箱體的邊緣,從而在聆聽空間產生強烈的衍射波。為了最大程度地避免這種情況,驅動器應該安裝在正方形側面的偏心位置,或者箱體側面應該是矩形的,驅動器更靠近其中一側。

內部高度、寬度和深度的比例不應該為整數(2:1、3:1 等),因為這會導致箱體內形成駐波。有些人建議使用 黃金分割,另一些人則建議使用 2 的 三次方根,這兩個數值都很接近,也接近於 IEC 推薦的房間尺寸比例(符合相同的聲學要求)。在實踐中,大多數製造商在設計箱體時會考慮美觀和成本因素,同時透過測試確保不會出現主要的箱體共振。在高質量的裝置中,這需要大量使用堅固的箱體內支撐結構、吸音材料、複雜的合金或聚合物、複雜的幾何形狀(包括曲線)等。

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