小音箱的分类

小音箱的分类 1.敞开式小音箱 从理论上讲要彻底消除上面所述的声短路和声干涉现象，小音箱扬声器单元必须安装在面积无限大的障板上，使小音箱扬声器锥盆前后侧声波所有干扰通路的长度都变得无限大。在这种条件下无论声波频率多么低，都不会再出现声波相互抵消或叠加的现象。然而，上述这种无限大的障板事实上是不存在的，你音箱网中有提到，在实际使用中，只要小音箱扬声器安装在障板上后，半波长等于通道路径长度的频率，遥低于所需重放的最低音频频率，我们通常就可近似将这块障板观作“无限大”障板。例如我们要消除小音箱扬声器单元在100Hz周围的声短路现象，由于100H:音频信号的波长约3. 4m，这时小音箱扬声器单元至障板每边的距离至少应为1.7.。从这个例子中我们可以观出，膛我们要消除SOHz周围的声短路现象，所需的障板面积将更大。无论是一般家庭还士翠它各种使用场合，把小音箱扬声器直接安装在这么大的障板卜显然既不方便也不美瞅为r在不减小障板有效面积的前提下减少它的占地面积，人们设法将原有平面障板的4条边弯折过来，做成一个没有后盖的木箱，即将障板的一部分面积转换成木箱的4个侧面。由于这种木箱的后侧是完全敞开的，我们将这种木箱称为敞开拭音箱。敞开拭音箱的结构如图3-1所示，它实际上是障板和共振腔的组合。小音箱扬声器安装在箱体的正面，箱体的背面完全敞开。敞开拭音箱在七八十年代生产的台式收音机中用得较多，目前在袖珍式收音机和电视机中仍广泛应用。敞开拭音箱最突出的长处是结构简朴，但这种敞开拭音箱有两个明显的缺点: (1)由干敞开式小音箱箱体的实际制作尺寸有限，小音箱扬声器单元锥盆背F-F-图31敞开拭音箱的结构示意。 图面辐射的声波仍有一部分能绕得音箱扬声器锥盆正面，与小音箱扬声器锥盆正面辐射的声波发生干涉，从而使敞开拭音箱很少能重放出150H:以下的声波，这就是为什么当时那种台式收音机不能很好地重放出低音的缘故。要使小音箱能放出丰满的低音，箱体的体积就必须很大。 (2)由于敞开拭音箱的后侧完全敞开，我们从图3-1中可以观出，敞开拭音箱的箱体如同一个共喊腔，当箱体深度大约为小音箱扬声器所辐射的声波波长的四分之一时，整个箱体就会出现共振，膛箱体体积较小，箱体的共振频率恰好落在小音箱的工作频率范围内，就会使小音箱的音质变坏。因此，敞开拭音箱在Hi-Fi小音箱扬声器系统中无法使用。 由于敞开拭音箱的边框通常围成长访，声波在箱体边框两个相互泼的侧板之间经常因多次反射而形成驻波，为了使驻波在整个有效频段内分布均匀，箱体的长、宽、高不能呈简朴的整数比。假如能使箱体边框的两个相互泼的侧板略微倾斜，对抑制箱体驻波将更加有利。为了绝量防止出现声短路，除了可在答应的情况下适当增加箱体边框的有效长度以外.还应注重不要将小音箱扬声器单元安装在箱体面板的几何中央，即小音箱扬声器单元至箱体四面边框的距离不等口 2.封闭式小音箱 随着音响技术的不断完善，人们对小音箱的性能指标也提出了越来越高的要求为了克服敞开拭音箱存在的缺点，人们将敞开拭音箱的后侧完全密封起来，使小音箱扬声器单元锥盆后侧发出的声波完全与锥盆前面的声波隔开，彻底消除了锥盆前后声波的干扰现象，这就是人们常说的封闭拭音箱封闭拭音箱的结构如图12所示，整个箱体只有正面设有用来安装小音箱扬声器单元的通孔，除此以外箱体完全密封。封闭拭音箱具有箱体结构简朴， 放音时低频失真度较小、阻尼大等长处。在封闭拭音箱中，由于小音箱扬声器锥盆前面和背面辐射的声波完全隔尽，因此在低频时不会出现上面所述的声短路现象。然而，封闭拭音箱也因此而产生了新的问题，虽然杜尽了锥盆前后的声波干扰但由于这种小音箱小音箱扬声器锥盆后侧的声波无法得到充分的利用，小音箱的效率相比之下显得较低，要获得足够的声辐射功率，必须给小音箱输人更大的电信号功率;其次，由于箱体中的空气与外界隔尽，小音箱工作时箱体内空气的力顺会使小音箱扬声器单元振动系统原来的力顺降低，从而使小音箱扬声器的谐振频率升高。因此，假如封闭拭音箱要在很低的频率卜工作.整个箱体就必须做得很大。要克服封闭拭音箱的这些缺点可以采取三种措施: (1)增大封闭箱的箱体容积，这样可以增加箱体内空气的力顺，从而使小音箱扬声器安装在封闭式箱体上后谐振频率不明显上升口。 (2)选用谐振频率比较低的高顺性小音箱扬声器单元.并采用体积较小的箱体，当小音箱扬声器单元装人箱体后，箱体中空气的力顺使小音箱扬声器振动系统的谐振频率正好上升到我们预先的设计要求这种将高顺性小音箱扬声器单元安装在较小容积的封闭箱体中所组成的小音箱就是我每唇时常说的气垫拭音箱。 我们在第一部分中曾经讨论过小音箱扬声器单元的谐振频率l与小音箱扬声器等效质量”。和顺性C-的关系，因此，假如我们知道所用低频小音箱扬声器单元的着振频率和等效质量，即可利用下式求出杨声器单ill的顺性Cl,图3-=封闭拭音箱的结构示意图!一几„二-(3-1)封闭拭音箱箱体内密封空气的顺胜C则可由下式求得 v刀?C=?A=式中:V为箱体容积;尸为空气比重:c为声速;A则为小音箱扬声器锥盆的有效振动面积。由于封闭拭音箱中小音箱扬声器单元的顺性Co与箱体内密闭空气的顺性C相串联、这时总顺性C-可由下式确定 C，〔 2二一一. (.未〔由于总顺性C-总是小于C',，而C。决定小音箱扬声器单元的fl. C (3〕劲决定整个小音箱的系统谐振频率f.因此。几必然要比九高。箱体体积V越大，C.越大，串联后C，值就越接近鱿，工位也越接近fo值，即f-值上升越少。 封闭拭音箱的箱体体积v可用下式表示:v_355_,"a } f o ' a式中a为小音箱扬声器单元的有效振动半径;f,和、。分别是低频拭音箱扬声器单元的谐振频率和等效质量;a为小音箱的声顺比。从3-4式我们可以观出，封闭拭音箱的体积与低频小音箱扬声器单元有效振动半径的4次方成正比，而与小音箱扬声器单元的等效质量、谐振频率的平方成反比，由此我们得出一个结论选择小口径、谐振频率低、等效质量小的小音箱扬声器单元，可以减小封闭式音TI的箱体体积。 3.倒相拭音箱 封闭拭音箱虽然具有瞬态响应好、对小音箱扬声器单元要求相对较低和制作简朴的长处，然而由于这种小音箱吸收了小音箱扬声器锥盆背面辐射的声波，使小音箱扬声器背面辐射的声能不能有效地得到利用，从而使封闭拭音箱的效率较低。假如我们通过某种途径能将小音箱扬声器锥盆背面辐射的一部分声波反相180，使它与锥盆正面辐射的声波同相，并设法将这部分声波从箱体内辐射出来就能提高小音箱的效率，倒相拭音箱就是根据这个思路设计的。倒相拭音箱的箱体结构如图3-3所示它除了和前面介绍的敞开拭音箱和封闭拭音箱样在箱体面板上设有小音箱扬声器安装孔以外，还设有一个专门用来安装倒相管的倒相孔口倒相管是一根用塑料或硬纸材料制成的圆管，倒相管内的空气具有与小音箱扬声器锥盆十分相似的作用。它仿佛是一个附加的声辐射器.将小音箱扬声器锥盆背面辐射的某一频段声波倒相后从箱体内辐射出来，与小音箱扬声器锥盆正面辐射的声波叠加。使该频段总的辐射声压得到加强。小音箱扬声器锥盆背面辐射的声波相位与锥盆正面辐射的声波相位刚好相差180。在倒相拭音箱中，只要选择适当的箱体容积和倒相管尺寸，使箱体的谐振频率与小音箱扬声器单元的谐振频率接近或相等，这时。从倒相管辐射出来的声波相位就恰好 与锥盆正面辐射的声波同相，从而有效地利用了锥盆背面辐射的声能。倒相拭音箱的缺点是箱体的设计制作比较复杂，对所用小音箱扬声器单元的要求也比封闭拭音箱严格，倒相拭音箱的等效电路如图3-h所示它由两图33倒相式音。 箱的结构示意图个谐振归路组成;小音箱扬声器单元的等效振动质量。与小音箱扬声器单元的顺性C组成一个串联谐振归路它的谐振频率就是小音箱扬声器单元的谐振频率了;具有一定内容积的小音箱体所形成的顺性C,.和倒相管空气的质量、组成一个并联谐振归路。图中的凡和R、分别是小音箱扬声器单元和倒相管的声R1假如我们设计倒相拭音箱时、将图中虚框所示的这个并联谐振归路的谐振频率设计得与低频小音箱扬声器单元的图3a倒相拭音箱的等效电路谐振频率几相等，使这个并联谐振归路在人频率处呈现的信号阻抗最高。当这两个谐振归路相互招合时，就能有效地抑制小音箱扬声器锥盆在谐振频率f处的振幅。从而将原来单一的谐振峰压抑制成如图35所示的两个大小相等的双驼峰。这两个双驼峰刚好位于原来小音箱扬声器单元谐振频率f,的两侧频率低的小峰f」是箱体的顺性C.和倒相管空气的质凉塾;组成的并联谐振归路的谐振频率;频率高的小峰几则是小音箱扬声器图35小音箱扬声器单元装人例相式箱体后的阻抗特性单元装人箱休后小音箱扬声器单元的谐振频率lo与小音箱扬声器单元的顺性C-所组成的串联谐振归路的谐振频率。频率低的小峰f}把小音箱的低频下限向更低端延伸，改善r小音箱的低频响应，使整个倒相拭音箱处于最佳的工作状态。在业余制作条件下，我们一般都用瞅察倒相拭音箱的阻抗特性曲线是否出现两个相等的双驼小峰的方法来确定小音箱是否工作在最佳匹配状态。 倒相管辐射的声波频率f取决于倒相拭音箱的箱体谐振频率f>，两者之间的关系如图36所示口当小音箱扬声器辐射的声波频率等于箱体谐振频率时。倒相管辐射的声波与小音箱扬声器锥盆iF努泽斗笨长策闯曰山门曰口闯曰口面辐射的声波之间存在9。的相移，箱体呈现很大的声阻抗，这时小音箱扬声器锥盆的振幅因受到箱体声阻抗的抑制而减小，两者叠加后总的辐射声压主要取决干倒相管的辐射声压，只要选择适当的箱体容积，即可获得所需的总辐射声压;当小音箱扬声器辐射的声波频率低于箱体谐振频率时，随着声波频率的下降，倒相管辐射的声波与小音箱扬声器辐射的声波之间的相移逐渐大于900，它们的声压彼此削弱，两者叠加后总的辐射声压很小，随着频率的降低，辐射声压以一18dB/ocr的衰减斜率下降，当两者之间的相移达到1800时辐射的声波完全抵消当小音箱扬声器辐射的声波频率高于箱体谐振频率时，随着声波频率的升高，倒相管辐射的图36倒相管辐射的声波频率与箱体谐振频率的关系声波与小音箱扬声器辐射的声波之间的相移逐渐小于9。“，倒相管的阻抗逐渐增大，辐射的声压随频率的升高而下降，两者叠加后总的辐射声压逐步取决于小音箱扬声器的辐射声压，当两者之间的相移减小到0"时倒相管完全失往作用。 倒相拭音箱的低频响应通常是指低端-3dB频率点儿与频响曲线平坦部分的不均匀度低频响应好的小音箱应具有九低、不均匀度小的特点。小音箱低频响应的不均匀度和九值的高低经常是相互矛盾的。在小音箱的频响不均匀度和小音箱的I无法兼顾的情况下，我们经常首先考虑小音箱的频响不均匀度，然后在可能的情况下再考虑小音箱的几值。倒相拭音箱的低频响应通常有四阶契比雪夫((C)、四阶巴特沃斯(B)和准三阶巴特沃斯COB)三种，由于这三种响应中以四阶巴特沃斯响应最为平直。因此，倒相拭音箱中大多采用这种响应.4哑铃拭音箱 哑铃拭音箱是在倒相式和封闭拭音箱的基础上发铺出来的一种小音箱。无沦是倒相拭音箱还是封闭拭音箱，箱体正面的高频、中频和低频小音箱扬声器单元通常都垂直依次排列。这些小音箱扬声器单元各自工作在不同的频段，小音箱工作时节目信号中的高频、中频和低频成分分别从不同的小音箱扬声器单元中辐射出来。由于这些小音箱扬声器单元分布在箱体的不同高度，因此，有时我们能查觉得音箱中不同频率的声音来自不同的方向，使小音箱的垂直定位性能受到影响。假如受听音环境限制小音箱距听音者较近，这种因声源高度不同而造成的声象飘移现象会变得更加明显、使小音箱重放出来的声场 显得极不自然。为了克服小音箱在垂直定位性能上的缺陷，我们必须绝可能缩小高频、中频和低频小音箱扬声器单元之问的垂直距离.在不考虑使用同轴小音箱扬声器单元的前提下.选用哑铃拭音箱就能很好地解决小音箱垂直定位性能差的问题。 哑铃拭音箱的箱体结构如图3-7所示它采用二分频结构，但与倒相式或封闭式二分频小音箱不同之处是哑铃拭音箱使用两只相互串联或并联的低频小音箱扬声器单元，高频单元位于这两个低频单元的中间。假如这两个低频单元的相位和敏捷度相同，工作时这两个低频单元合成的 68000声波就似乎是从它们连线的中央发出，哑铃拭音箱的高频单元恰好位于这两个低频单元连线的中央。因此，只要低频单元和高频单元频率交界处的相位准确，小音箱工作时在整个频率范围内不会出现声象漂移现象。哑铃拭音箱由于使用两只低频小音箱扬声器单元，在达到同样输出功率的条件下，每只小音箱扬声器单元只需承受一半的功率，锥盆的振幅减小，由锥盆振动引起的非线性失真也明显减小;在同样失真指标的情况下，哑铃拭音箱去去能输出更大的功率。 哑铃拭音箱虽然具有声象定位性能好和大动态失真小的长处，但它也存在不少缺点。哑铃拭音箱的两只低频单元工作时会相互干涉，使小音箱的中频垂直指向性图3了哑铃拭音箱的结构示竟图变得比较尖锐。为了改善小音箱的中频垂直指向性，可以将小音箱的分频点选得较低，但分频频率选得过低会对高频单元提出更高的要求。缩小两只低频小音箱扬声器的垂直距离也能改善小音箱的中频垂直指向性，但高频单元一般位于两只低频单元之间，使两只低频单元之l司距离的缩小受到高频单元口径的限制。中频的垂直指向性差会使小音箱的最佳听音区变得很窄，因此，中音不明亮、小音箱摆位难是哑铃拭音箱最明显的不足，为了绝量弥补哑铃拭音箱的这些不足，哑铃拭音箱对小音箱扬声器单元有以下两点要求: ? 为了使两只低频小音箱扬声器单元的发声中央正好位于它们连线的中央，两只低频小音箱扬声器的技术参数和频响特性应绝量接近，尤其是小音箱扬声器单元的谐振频率和敏捷度指标; ? ?低频小音箱扬声器和高频小音箱扬声器的敏捷度应相互匹配.不管两只低频单元是串联还是并联，两只低频小音箱扬声器单元的输出声压级将比单只小音箱扬声器单元高3,3B，假如单只低频小音箱扬声器的敏捷度为37dB.两只低频小音箱扬声器总的输出声压级为90dB这时高频小音箱扬声器就应具有9odB的敏捷度 5.超低频小音箱 小口径的小音箱具有体积小和摆放灵活的长处，当受居室条件限制无法使用大口径的落地拭音箱时，小口径的书架拭音箱经常是许多家庭最理想的选择。目前书架拭音箱的低频重放下限基本上在70H:左釉冬这些书架拭音箱无法将节目信号中各种震憾人心的低频效果真实地表现出来。特别是当用这些书架拭音箱来欣赏LI〕或VCD影碟片时，碟片中大量的低频和超低频信号无法得以重现，从而使整张影碟片的艺术效果逊色不小。为了弥补书架拭音箱低频响应的不足，人们经常使用超低频小音箱来改善整个音响系统的低频重放特性。我们知道，180H:以下的超低频音频信号几乎没有方向性，为了节省投资和减少小音箱的占地面积，我们一般只使用一只超低频小音箱。目前尽大多数的双声道功放没有专门的超低频功率输出。只有左右两组功率输出端。使用一只超低频小音箱，就很自然地产生如何解决功放左右两个声道负载平衡的问题。目前许多超低频小音箱将左右两个声道的低频单元安装在同一个超低频小音箱的箱体中，既解决了功放两组负载的平衡.又减少了小音箱的占地面积。如美国IBL公司的ControlSB-1超低频小音箱就使用4只135mm口径的低频小音箱扬声器，每个声道各使用两只相互反相串联的低频单元。由十左右两个声道使用同一只箱体，要求所选用的低频单元在技术参数上最好能一致或接近。 超低频小音箱专门用以重放200H,以下的超低频信号，它通常有封闭式、倒相式、迷宫式和单元内置双腔体等形式。单元内置双腔体超低频小音箱的小音箱扬声器单元安装在箱体 内部，小音箱扬声器锥盆不直接向外辐射声波，小音箱扬声器锥盆分割振动等原因所产生的各种高次谐波无法输出，大大减小了超低频放音时的失真。由于这个原因，目前家用超低频小音箱大多采用单元内置双腔体形式单元内置双腔体超低频小音箱的箱体内部被一只或两只小音箱扬声器单元分隔成两个内容积不等的腔体。这种超低频小音箱根据箱体的开口又可分为单开口和双开口两种形式 单开口超低频小音箱箱体由一只封闭箱和一只开口腔组成，它的结构示意图如图3吕所示开口腔实际上是一只赫姆霍茨共喊器，它的谐振频率通常等于或略低于封闭箱的谐振频率.它的声辐射特性是一个以开口腔谐振频率为中央的单峰。在这个开口腔的作用下.整只超低频小音箱的输出声压是一个以开口腔谐振频率为中央的单峰，它的低频下限向更低端延伸。双开口超低频小音箱具有两个内容积不等的开口腔，这两个开口腔有不同的谐振频率，腔体内容积大的谐振频率较低，其结构见图3-9,通常使较大腔体的谐振颇率等于或小于小音箱扬声器单元的谐振频率;而较小腔体的谐振频率通常选择在大腔体谐振频率的1一2倍由于每只开日胶的输出声压都是以其谐振频率为中央的单峰，所以双开口超低频小音箱的合成输出声压是这两个频率之间的带通.两只腔体谐振频率相差较小可使整只超低频小音箱有较高的输出声压敏捷度，输出声压曲线平坦，但缺点是输出频率范围较窄;适当扩大两只腔体的谐振频率差异可拓宽整只超低频小音箱的输出频率范围，但两只腔体的谐振频率相差过大时会使超低频小音箱的输出声压曲线中间明显下凹，降低小音箱的输出敏捷度图38单开口超低频小音箱的结构示意图图3-9双开flu低频小音箱的结构示竟图 严格来说，超低频小音箱中使用的低频小音箱扬声器单元与普通小音箱中的低频单元是不同的，超低频小音箱由于箱体结构上的原因对低频单元有一些非凡要求。为了绝量减小家用超低频小音箱的箱体容积，大多使用160.m以下的小口径低频单元。小口径低频单元锥盆的有效振动面积小必须有足够的锥盆振幅才能获得必要的声压级，这就需要所使用的低频小音箱扬声器有足够的锥盆行程。膛锥盆行程不够、定位支片的顺性配合不妥、超低频小音箱在工作时就会出现„扑扑”的定位支片触及小音箱扬声器盆架的打底声。低频小音箱扬声器的谐振频率通常即为超低频小音箱的低频重放下限，选用谐振频率低的低频小音箱扬声器去去能更有效地降低超低频小音箱的低频重放下限，使整个超低频小音箱的容积可以做得更小。由于受内置式箱体结构的限制，内置式超低频小音箱的灵敬度一般都较低，因此，所用低频小音箱扬声器的敏捷度也是一个值得重视的技术指标。 为了能满意上述超低频小音箱对小音箱扬声器单元的要求，根据超低频小音箱扬声器单元工作时音圈中流过的电流大、锥盆振幅大的特点。专门为超低频小音箱设计的低频小音箱扬声器常采用一些非凡的制造工艺 ? 低频小音箱用的小音箱扬声器单元的音圈直径一般都选得较大，音圈采用长音圈结构，保证音圈始制踏作在均匀磁场中; ? 音圈用6N无氧铜漆包线绕制，并采用刚性好、能承受较高温度的铝镁合金或KAPION材料制作音圈骨架 ? 小音箱扬声器使用磁能级高的铭钙磁钢，以获得足够的磁气隙磁通密度; ? 改入小音箱扬声器的盆架设计，采用寒挤铝盆架，使它具有更好的刚性，消除盆架在大功率情况下的机振。选择合适的锥盆材料，使锥盆很好地与定位支片匹配，既有足够的刚性，又能保证小音箱扬声器单元有较低的谐振频率 单元内置双腔体超低频小音箱通常使用两只电性能一致的低频单元。这两只小音箱扬声器单元面对面安装在箱体内部。为了保证相互间锥盆振动的一致，这两只小音箱扬声器在串联或并联时必须注重准确的极性。当一只小音箱扬声器单元的锥盆向外推出时，另一只小音箱扬声器单元的锥盆必须向内缩入。两只小音箱扬声器单元采用这种面对面安装方法可入一步提高小音箱扬声器的承受功率减小放音失真口。 小音箱扬声器单元的品质因数Q对超低频小音箱的输出声压曲线有明显的影响图3-10为当小音箱扬声器单元的品质因数Q值在。.38^1.25范围内变化时对超低频小音箱输出声压曲线的影响。从图中可以观出在小音箱扬声器单元其它电声指标不变的前提下，选用品质因数低的小音箱扬声器单元可以获得较高的输出声压敏捷度，即对提高超低频小音箱的敏捷度指标有利选用品质因数高的小音箱扬声器单元可以适当拓宽超低频小音箱的输出频响，但却以牺牲小音箱的输出声压敏捷度作为代价。