关于倒相式音箱一个历史悠久的错误认识 - 音箱及分频器设计室 - 声学楼论坛

一个历史悠久的错误认识，就是——“倒相音箱就是通过在箱体上开倒相孔，使扬声器背面辐射的声波经过箱体内部反射后向前辐射出来，与扬声器正面声波叠加，从而增强了低音效果”。相当多的媒体评测和技术文章都这样写。

实际上：如果倒相箱仅仅是为了将扬声器背面的辐射声波“反射”出来，那么为什么还要倒相管的存在？直接在箱体上开一个硕大的孔不是能获得更高的能量利用效率？其次，众所周知，倒相箱的低音下潜深度是结构接近的密闭箱的0.7倍，如果倒相孔所出来的仅仅是“扬声器背面的声波”的话，那么理应只是在响度上相对密闭箱增强，凭什么下潜深度也会增加？

要说倒相箱的工作原理，必须从亥姆霍兹共振原理说起。一种常见的说法是“利用亥姆霍兹共振原理,在扬声器振动的时候减小振膜的阻力,增强低音效果”，倒相箱的确能够减小箱体内的气垫效果，从而降低回放的最低频率，但这和“亥姆霍兹共振原理”没有任何关系。

亥姆霍兹（H·von·Haimuhuozi），是德国19世纪伟大的物理学家和生理学家，我们大学所学的力学三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科学成就。而亥姆霍兹共振原理，则是亥姆霍兹在声学领域的著名成就之一。

首先，建立一个由理想刚体构成的密闭空腔，这个空腔就叫做“亥姆霍兹共振腔”，在空腔的表面开一个面积相对于空腔表面积很小的孔，在孔上插入一根空心刚体管道，组成的结构就称为“亥姆霍兹共鸣器”。

对于一个亥姆霍兹共鸣器而言，当其内部空气受到外界波动的强制压缩时（无论强制力施加于空腔内的空气还是管道内的空气，施加的外力是来自声波还是腔体振动），管道内的空气会发生振动性的运动，而空腔内的空气对之产生恢复力（换句话说，共振腔内的空气是一个“空气弹簧”）。在声波波长远大于共鸣器几何尺度的情形下，可以认为共鸣器内空气振动的动能集中于管道内空气的运动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有关。这样，这个共鸣器是由管道内空气有效质量和腔体内空气弹性组成的一维振动系统，因而对施加作用的波动有共振现象，其固有频率是。公式中f0是亥姆霍兹共鸣器的最低共振频率，c是声速，S是管道的截面积,d是管道的直径，l是管道的长度,V是空腔的容积。在强度为一定的振动作用下,在这个频率时，管道内空气的振动速度达到最大。这，就是所谓的“亥姆霍兹共振原理”。

亥姆霍兹共鸣器是一种高效率的声能转换装置，由亥姆霍兹共振原理，我们就可以清晰的认识到，在倒相箱上，从倒相管传出来的，并不是真正的“扬声器振膜背面的辐射声波”，而是因为倒相箱体内的空气在扬声器振膜背面的振动下被强制压缩，从而产生谐振，这种振动推动着倒相管内的空气发生高速的亥姆霍兹共振，剧烈而高速的管道空气振动在管道出口也就是倒相口处用力推动箱体外的空气，从而产生了强大的声波。实际上可以认为，此时，倒相口成了一个虚拟的扬声器振膜。而管道本身的规格决定了这个“第二扬声器”的各项参数（这也就是为什么需要一个倒相管而不是直接开口）。

在倒相箱中，倒相声真正的发声源是倒相管内高速振动的空气，扬声器此时只是起了一个驱动器的作用，虽然振动的最初来源是扬声器，但发声的却不是它。这就如同在普通的扬声器上，真正主动振动的，其实是扬声器内部的音圈而不是看得见的振膜。但发声的却是振膜而不是音圈。

密闭箱本身由于箱体内部的密闭空气在受到压缩时，实际相当于一个“空气弹簧”，所以它在控制扬声器振膜的非线性位移，减小扬声器的失真的同时，也提高了扬声器的最低谐振频率。而倒相箱由于是一个开放的亥姆霍兹共振腔，所以不会发生类似的现象，而且，由于亥姆霍兹共振的存在，它可以将扬声器在接近扬声器最低谐振频率时的振动加以高效转换，使之分解为在该频率上下两个频率范围上较小强度的谐振，使得音箱能够在本来扬声器工作效率很低的频率乃至低于扬声器最低谐振频率的频率下发出可闻的声音（倒相管能输出的最低频率要低于扬声器的最低谐振频率）。这就使得倒相箱的最低回放频率能够明显低于密闭箱。

而倒相箱的效率要高于密闭箱，这就是非常好理解的。因为倒相箱充分利用了扬声器背面的振动能量，而不是将其在箱体内部消耗掉。加上亥姆霍兹共鸣器的高效率转换作用，这些能量能够充分转化为对外辐射的声音。所以其将电能转换为声能的效率要远远高于密闭箱。

但反过来，倒相箱的瞬态是明显低于密闭箱的，这是因为倒相口所辐射的声波，虽然与扬声器振膜所辐射的声波同频同相，但二者存在明显的时间差。也就是说，无论扬声器起振还是停振，都会有一个“慢半拍”的声音跟着搅和，自然瞬态就会比较差了。

很多倒相音箱回放的声音很闷，很乱，造成这种情况的原因就是箱体内谐振的空气在大动态振动时，由于箱体的特殊形状导致在箱体内部的多次反射中产生了大量的奇次谐波，这些奇次谐波产生了复杂而混乱的共鸣，这就是箱体设计不良的典型结果。

而倒相管的形状，虽然在理论上不影响回放的效果。但实际上，非圆形的倒相管，例如方形、条形等等，由于存在尖锐的棱角，会由于气流的高速运动产生剧烈的摩擦声。而有些倒相管采用了特殊的双曲线设计，就是因为双曲线管道在流过高速气流时，发生的摩擦最小，所以比较适合做一些超低频调谐的倒相管。

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