音箱及分频器设计室-[讨论]关于箱体振动的测试声学楼论坛

[原创] 选用音箱箱体材料的实用方法
作者： OKK
（原创作品，请勿自行转载）

构造箱体所用的材料多种多样。大家的讨论也不少。但多限于泛泛而谈，尤其是关于石质箱体的讨论：一些DIY烧友实践了，多数说好，也有说不行的，没有结果。应该看到：音箱箱体可消除声短路改善音箱低频段的声特性；但它也会带来一些负面影响，发出各种干扰声，会导致声音的劣化。现在虽有少数厂家仍用薄板利用箱声“调味”，但主流厂家走的都是彻底消除箱板共振-箱声的路子了。

OKK认为，音箱箱体在工作时至少会发出下列干扰声：
（1）箱体局部或整体受单元锥体运动的反作用力驱动产生振动而发声。
（2）单元背部腔内高强度声压传出。外传途经为：箱壁、锥体？、倒相孔。
（3）箱板共振声。由箱体机械结构的形成的共振特性所产生。

针对这些干扰声，通常采用以下方法来抑制：
针对（1）：增加箱体重量、阻尼盆架运动、加强固定盆架及磁体、加抑制振动的脚钉。
针对（2）：选择隔音性能好的音箱体材料；控制箱内尺寸、形状及调整吸音棉；后置并采用小口径倒相管。
针对（3）：正确设计箱体内外形状，认真合理地选择箱体材料，及加强结构及合理的内部支撑。

以上每项措施都离不开“选择箱体材料”的问题。
符合这些要求的理想材料应当是同时具备：高密度、高刚度、高阻尼三项特性。但一种材料高刚度和高阻尼往往难以并存，可能只有用复合材料的方法才能顺利实现。在考虑怎样选用没有(?)箱板共振的材料时，我们先考察一下音箱内的物理过程：单元的锥盆振动带动箱内空气去冲击箱壁，频率符合箱壁共振特性时，箱壁便吸收此频率能量然后通过衰减振蕩释放出去。高密度、高刚度材料不易撼动，只吸收少量能量；而低密度、低刚度材料容易被驱动，吸收较多能量。高阻尼材料在振动中自身迅速消耗这个能量，低阻尼材料则通过振动缓慢消耗这个能量形成声波辐射，构成了“箱板共振声”。
“箱板共振声”有那么严重，要如此兴师动众吗？一般来说箱板振动肯定没有锥体振膜的振幅大，但它的面积是锥体振膜的几倍到几十倍。所以辐射强度也会提高很多，故凡是触摸箱壁时能感觉到的振动，肯定会造成明显的“箱声”，即干扰声。

关于箱体振动问题的定量研究，南大声学所网站介绍过一篇赵其昌老师文章，讨论音箱材料对音质影响的问题。值得感兴趣者学习。http://www.nju520.com/bbs/dispbb ... ;ID=3688&page=1

在这里仅引用该文中的一个实验的测试结果：
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结论：12毫米厚的沥青使木箱板的振动降低了 10 DB。

上面这段“引言”长了点，现在切入正题。

这里提出一个DIY友实用的音箱箱体的材料选用定量方法。此法试图把与部分发烧友讨论过的“敲箱评价法”客观化、适度定量化。这个测试的实质是测试板材在机械冲击下振动过程的脉冲响应。
具体做法很简单：使用橡胶锤敲击板材来模仿脉冲力的冲击，同时用话筒记录板材背面的近场声，通过观察录音的脉冲响应波形及分析其声（频）谱来比较板材的性能。

建议使用软质的橡胶锤用均匀力进行敲击。避免应力过于集中。
简易橡胶锤：
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测试话筒距离被测板材约 10 MM，如图：
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以下是两种板材（厚 18-20MM，长、宽 300-450MM）在被敲击时距离10MM 处录下的 ·WAV 信号的波形。话筒为驻极式WM61，录音采样频率为 44100/S。处理时截取的信号段长度为 100 mS。
敲击木材（中密度板），初始信号幅度高但迅速衰减。声似“嗒~”，声音较大。
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敲击石材（黑色花岗岩），初始信号幅度中等但衰减过程较慢。声似“嘡~”，声音中等。
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敲击加阻尼的石材（加阻尼的黑色花岗岩），初始信号幅度低但也迅速衰减。声似“忒~”，声音较弱。
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声音的强弱在信号波形中可明显区别。显然是一个比一个减弱。

提到分析录音的声（频）谱有些DIY友感到生疏。其实几乎所有的音乐播放软件都具备这类功能。不过WINDOWS MEDIA 分析“噹”时声（频）谱显示一闪而过。俺在这里用的是 COOL EDIT ，一款最简易的录音软件，可在多处免费下载。它可以给出精确的录音信号波形，也可以计算出稳定的声（频）谱曲线。

以下是上述三种板材（信号段长度为 100 mS ），由录得的 *.WAV 信号的波形计算所得的声（频）谱曲线。计算所使用的FFT样本量为 4096。显示的频率范围取的是100HZ—5KHZ。
其中：
紫色为敲击木材的频谱曲线，
橙色为敲击石材的频谱曲线，
绿色为敲击加阻尼的石材的频谱曲线。
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由上图可以得到这些信息：（相对单位，纵坐标每大格为 6DB）
测试系统的本底噪声约为 -82DB
紫色的木材的频谱曲线均值约为 -48DB
橙色的石材的频谱曲线均值约为 -63DB，表示总体振动比木材小得多。但在600HZ和1200HZ附近有大共振峰，这就是衰减过程较慢的原因了。
绿色的加阻尼石材的频谱曲线均值约为 -68DB，但它却将石材的大共振峰抑制了15-20 DB！

通过上面的测试，对于这个尺寸的材料，是不是可以大致形成如下的印象：
（1）石材比木材振动要低大约 15DB。石材加阻尼的构造比木材振动要低大约 20DB。
（2）石材加阻尼后，虽然降低石材总体振动只有5DB，但降低石材的共振峰值可达 20DB。足以克服石材有中频共振峰这样的重大缺陷。
（3）石质音箱必需下重手进行阻尼，否则中频箱声将带来严重声色染。

这个实验是很粗糙的，许多因素尚未顾及：
（1）音箱内箱壁主要接受的是大面积受力的能量，实验中是小面积受力。
（2）音箱内箱壁所受激励声压很高，可达 120-140 DB。
（3）板材的边界状态与成形的箱体有所不同。
（4）石材加阻尼的方式大有探讨的余地。
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