工程声学/密封箱低音炮设计
密封或封闭箱挡板是最基本但也往往是音质最纯净的低音炮箱体设计。最简单的低音炮箱体,其作用是将扬声器背面与正面隔离开来,类似于理论上的无限挡板。密封箱为大多数低音炮应用提供简单的结构和受控的响应。缓慢的低端滚降提供了进入极端频率范围的干净过渡。与带通箱不同,由于密封箱挡板提供的额外刚度,锥体偏移量在箱体和驱动器的谐振频率以下会降低。
封闭挡板箱通常由非常坚硬的材料制成,例如 MDF(中密度纤维板)或厚度为 0.75 到 1 英寸的胶合板。根据箱体尺寸和所用材料,可能需要内部支撑来保持箱体坚固。为了防止不必要的箱体谐振,设计一个坚固的箱体非常重要。
与任何声学应用一样,箱体必须与扬声器驱动器匹配,以实现最佳性能。以下将概述调整箱体或最大化低音炮箱体和驱动器组合输出的步骤。
如果箱体的尺寸远小于低音炮再现的最小波长,那么低音炮的密封箱体可以建模为集中元件系统。大多数低音炮应用在 80 到 100 赫兹左右进行交叉。100 赫兹的空气波波长约为 11 英尺。低音炮通常的所有尺寸都远小于此波长,因此集中元件系统分析是准确的。使用此分析,以下电路表示低音炮箱体系统。
其中所有以下参数都在机械迁移率模拟中
Ve - 电压供给
Re - 电阻
Mm - 驱动器质量
Cm - 驱动器顺应性
Rm - 电阻
RAr - 背部锥体向空气中的辐射阻抗
XAf - 前部锥体向空气中的辐射电抗
RBr - 背部锥体向箱体中的辐射阻抗
XBr - 背部锥体向箱体中的辐射电抗
为了将密封箱调整到驱动器,必须了解驱动器参数。一些参数由制造商提供,一些参数是通过实验找到的,一些参数是从一般表格中找到的。为了简化计算,所有参数都将以米/千克/秒的 SI 单位表示。确定箱体尺寸必须了解的参数如下
f0 - 驱动器的自由空气谐振
CMS - 驱动器的机械顺应性
SD - 驱动器的有效面积
驱动器的谐振频率由制造商提供,或者必须通过实验确定。即使由制造商提供,也最好测量谐振频率,以考虑制造过程中的不一致。
以下图示显示了寻找谐振频率的设置
保持电压 V1 恒定,并改变可变频率源[检查拼写],直到 V2 最大。V2 最大时的频率是驱动器的谐振频率。
根据定义,顺应性是刚度的倒数,通常被称为弹簧常数。驱动器的顺应性可以通过测量驱动器向上放置时,在锥体上放置已知质量时锥体的位移来找到。然后,顺应性为锥体的位移(米)除以增加的重量(牛顿)。
驱动器的物理直径不会导致驱动器的有效面积。可以使用以下图示找到有效直径
从该直径,可以使用基本圆面积公式找到面积。
从已知的锥体机械顺应性,可以使用以下公式找到声学顺应性
CAS = CMSSD2
从驱动器的声学顺应性,可以找到箱体的声学顺应性。这是考虑低音炮的最终应用的地方。箱体的声学顺应性将决定谐振频率向上偏移的百分比。如果高 SPL 应用需要大幅度偏移,则需要较大的驱动器与箱体声学顺应性比率。如果高保真应用需要更平坦的响应,则需要较小的驱动器与箱体声学顺应性比率。具体而言,可以使用以下图中的线 (b) 作为参考找到比率。
CAS = CAB*r
r - 驱动器与箱体声学顺应性比率
现在可以使用箱体的声学顺应性找到密封箱的体积。使用以下公式计算箱体的体积
VB= CABγ
根据计算出的箱体体积,就可以设计箱体的尺寸。虽然没有固定的公式来确定箱体的尺寸,但有一些通用的指导原则。安装驱动器的箱体侧面不应该是正方形。如果驱动器安装在正方形侧面的中心,由音锥产生的声波会同时到达箱体的边缘,从而在聆听空间产生强烈的衍射波。为了最大程度地避免这种情况,驱动器应该安装在正方形侧面的偏心位置,或者箱体侧面应该是矩形的,驱动器更靠近其中一侧。
内部高度、宽度和深度的比例不应该为整数(2:1、3:1 等),因为这会导致箱体内形成驻波。有些人建议使用 黄金分割,另一些人则建议使用 2 的 三次方根,这两个数值都很接近,也接近于 IEC 推荐的房间尺寸比例(符合相同的声学要求)。在实践中,大多数制造商在设计箱体时会考虑美观和成本因素,同时通过测试确保不会出现主要的箱体共振。在高质量的设备中,这需要大量使用坚固的箱体内支撑结构、吸音材料、复杂的合金或聚合物、复杂的几何形状(包括曲线)等。