倒相管设计进阶话题 - 音箱及分频器设计室 - 声学楼论坛

在一些高级的音箱设计参考书(如Vance Dickson的Cookbook)里面都有提及, 现代倒相箱的倒相管设计,

多使用flared port(中文翻译成喇叭口倒相管, 我个人称之为"裙摆口")的设计,用以降低倒相管噪声. 裙摆型

比直管型确实有许多优点, 它的入风口和出风口都是渐开式的,直观上很容易理解, 高速气流冲出箱体时,

因为管口渐开扩展, 气流速度减低了,这样给气流一个缓冲的余地,降低了倒相管的动态压缩. 但是,

这些书里也强调, 裙摆的渐开幅度不是越大越好的,有一个最佳幅度,如果超过了此幅度, 噪音不但不降低,反而

要恶化,这是什么道理呢.

如图, 我曾经路过一个小瀑布, 一条小河的水道逐渐变窄,水流渐急,最后在河道断面点处落下,成为一个小瀑布

图片点击可在新窗口打开查看此主题相关图片如下：1339.jpg

小瀑布的水流落下之前的行为与倒相管中气流的流动很相似, 我们可以看到, 在靠近河道出口处, 水流开始出现

扰动, 出现较明显的分流现象, 在河道边沿附近, 不规则扰流开始出现, 相当于倒相管边缘附近,气流与界面的作用

产生扰流,引起噪音.

图片点击可在新窗口打开查看此主题相关图片如下：1340.jpg

这一张照片更清晰, 清楚直观地反映了流动着的河水从层流过渡到湍流的全过程.倒相管内气体流动行为与之相仿.

另外可以看出, 这个河堤的"喇叭口"的渐开幅度显然过大,延展得过快了, 如果我们顺着仍然属于层流的边界画一条线,

那么这条线就是层流的临界最佳状态,用该线作为倒相管的边界,理论上是比较完美的, 避免的混沌气流噪声的出现.

实际上,在出现流线时,已经表示河水的流动有部分紊乱现象,不过河水流线的形成恰恰给我们一种设计上的提示.

此主题相关图片如下：1338.jpg

好例子。顶一个

国明的比喻很恰当，我有两个问题不明，请指点

1.我个人认为，小瀑布可看作直流电路（分布参数系统），各部分的响应是稳态的；而风管内的空气流动可看作交流电路，必然存在瞬态和稳态的响应。是不是风管的稳态响应可同于小瀑布的稳态，而瞬态响应则另当别论？

2.您所讲的临界最佳状态线，通过对水流的观察可以得到，但对于风管来讲如何得到呢？毕竟空气是无色的，无法看到。是不是可以计算？

另外，这个比喻让我想到了磁路中的磁力线也可以看做是水流在管道中的流通：如果管道太细，则水流量就会受到限制（磁饱和）；如果华司不存在磁饱和，则保证U铁各个部分与华司的厚度相同，则可以保证管道畅通；管道拐弯往往有比较大的水压（磁力线比较集中，B较高），等等。

以下是引用EASE在2010-10-31 11:21:26的发言：

国明的比喻很恰当，我有两个问题不明，请指点

2.您所讲的临界最佳状态线，通过对水流的观察可以得到，但对于风管来讲如何得到呢？毕竟空气是无色的，无法看到。是不是可以计算？

答EASE: 倒相管中的空气流动确实是瞬态的, 但因受到它的工作状态及应用的限制(如它的速度不是很高, 流量比较小,结构比较简单), 与专业的流体相比, 复杂程度是要大大简化的,因此倒相管中空气的交流响应完全可以当作直流来处理,只取其速度最高值, 毕竟风管噪声是以在其大动态工作, 空气流动速度时发出的噪声为主.

临界最佳状态, 用水流来表示只是一个直观的比喻, 实际上具体计算也可以. 但对工程师来说, 我们能得到最佳结果就是最好的, 客户不会去要求你在产品说明书上标方程式, 他们要的就是最佳听感. 所以这种问题用直觉方法处理

往往有意向不到的效果, 经验比较重要, 多做几次就明白了. 总之倒相管像普通号角那样大开口肯定是不行的, 渐开线的形状, 需要了解一点几何知识, 倒相管的渐开形状可以从椭园曲线,到抛物线, 再到双曲线, 都可以做.实际上在数学上可以证明, 双曲线曲线的倒管应该是最佳状态,

如图:

图片点击可在新窗口打开查看此主题相关图片如下：image088.jpg

蓝色的是双曲线, 显然它的扩开渐度比较合适, 两条这样的线对列就可组成一个比较完美的倒相管. 再往上是抛物线,显然开口更大了.不适合,抛物线上方的椭园曲线也是同样的道理.

有人可能会想,我可不可以, 把椭园曲线横过来用, 也就是说用椭园长轴对应的那条曲线做倒相管的渐开线呢? 如下图所示,因为椭园长轴对应的弧线, 渐开度也是比较缓的, 用两个椭圆并排放置,取中间的空间做倒相管, 开起来也挺漂亮. 我以前设计倒相管时, 就试过这么做,

图片点击可在新窗口打开查看此主题相关图片如下：15280151.bmp

实践上证明, 效果还是不如双曲线的, 道理可以简单解释如下:

因倒相管的空气受到管壁限制,截面逐渐扩大, 声学上是需要一种比较恒定的状态,以维持其阻尼的平衡, 双曲线是有渐近线的,它的极限就是渐近线,是一条直线,正好符合线性要求,而椭园与抛物线是没有渐近线的, 所以空气沿着这种形状流动会出现阻尼突变的情况,即产声更多的混乱气流. 另外如果以后了解多一些物理知识, 可知椭园与抛物线都是物体在保守力场中运动形成的轨迹, 如卫星绕地球运动, 石头抛向空上落会地面形成的轨迹, 都是受制约的情况. 倒相管中的空气运动方式与这种不同, 希望不受(外力)制约, 自由逃逸的. 所以是按双曲线形状来走最佳. 总之, 如果不明白这些道理也无所谓, 只要记住双曲线形状倒相管是最佳状态就可以了.

具体设计可在实践经验上(多做几种形状, 选出最好的), 另外可以考虑雷诺数, 雷诺数的大小决定了流场的混乱程度, 与流体速度,倒相管口径都有关, 所以越大功率的音箱需要越大口径的倒相管, 具体可参考有关文章.

磁流场线与这种情况也有可比拟性,因为磁力线也有磁阻,因此可用同样方式处理.