新型的双音盆扬声器（可调等响曲线频响） - 各类扬声器设计室 - 声学楼论坛

等响曲线频响系统的 ---具有密闭式音箱结构的倒相式音箱

1、摘要

一种由双音盆扬声器构成的具有密闭式音箱结构的倒相式音箱，针对现有的倒相式音箱中高频和低频难以兼顾的问题，提供了一种新的解决方案，包括结构、原理、频响特性、设计公式。

2、新型音箱简介

一种由双音盆扬声器构成的具有密闭式音箱结构的倒相式音箱，是一种真正兼顾中高频和低频的音箱，使用了一个名为双音盆扬声器的中低音单元。这种新式的低音单元的音圈骨架两端连接的两个低音振膜各自与箱体构成倒相式音箱和密闭式音箱，其中的倒相式音箱有一个小口径的低音振膜，具有良好的中高频特性；另一个密闭式音箱与倒相式音箱组成一个带通式音箱，通过倒相箱导声管幅射低频声波，声压特性曲线如图1所示，由倒相箱导声管幅射的声压（1）与倒相箱前纸盆声压（2）合成为双音盆扬声器声压（3），比一般倒相箱的低频声压（4）延伸更低、衰减斜率更小。

3、新型音箱的结构图

图2是双音盆扬声器的结构图；图3是新型音箱的结构图。

在图2所示的结构图中，扬声器振膜为前纸盆（1），后纸盆（2）。前纸盆（1）的外缘由前折环（8）支持，前纸盆（1）的中心部由前定心支片（6）支持，后纸盆（12）的缘由后折环（10）支持，后纸盆（12）的中心部由后定心支片（11）支持，双折环和双定心支片的形状使它们在纸盆振动方向易于运动，而在与之垂直的方向却具有良好的刚性。折环起封闭，阻尼和支架的作用。前纸盆（1）中心孔上的罩称为防尘罩（5），它作为振膜的一部分而工作，并起防尘作用。流有相反方向声频电流的前音圈（3）、后音圈（14）绕在音圈骨架（18）上，前纸盆（1）中心部分与音圈骨架（18）前端相粘接，后纸盆（12）中心部分与音圈骨架（18）后端相粘接。上面这些部件统称为振动系统，是扬声器极为重要的部分。

双音盆扬声器另一个重要组成部分是供给音圈磁通的磁路。前音圈（3）位于前导磁板（19）与导磁柱（4）之间形成的磁隙中，后音圈（14）位于后导磁板（16）与导磁柱（4）之间形成的磁隙中，由磁体（17）通过前导磁板（19）、后导磁板（16）、导磁柱（4）供给磁通；导磁柱（4）与前导磁板（19）、后导磁板（16）的相对位置由导磁柱支架（13）和后盆架（9）保持。磁路和振动系统的相对位置，由前盆架（7）和后盆架（9）来保持。前音圈（3）通过柔软的后引出线（15）同焊片焊接。

在图3所示的结构图中，双音盆扬声器的前纸盆（1）作为倒相式音箱的振膜与导声管（10）和箱体（6）构成倒相式音箱（9）。双音盆扬声器的后纸盆（7）作为密闭式音箱的振膜与固定在后盆架（8）上的具有密闭作用的后盆架外罩（2），具有向密闭式音箱（5）内传导声音作用的后盆架外罩导声管（3）和箱体（6）构成密闭式音箱（5）。倒相式音箱（9）、密闭式音箱（5）和箱体（6）上的高音单元（4）组成一个具有密闭式音箱结构的倒相式音箱。

4、新型音箱的原理

双音盆扬声器增加低频声压的方法是利用一个密闭音箱向倒相式音箱内幅射声波，通过导声管的调谐后增强倒相式音箱的低频声压。利用密闭式音箱阻尼和拓展导声管的幅射带宽，由于新型音箱并没有增加倒相式音箱的振膜半径，并且减小了振膜在调谐频率fb以下的振幅，所以并没有降低倒相式音箱的中高频特性。却减少了振幅失真。双音盆扬声器的双音圈和双定心支片结构，可以减小音圈电感和磁场不均匀度，增大振动系统的横向稳定性和音圈散热面积。

5、双音盆扬声器高频特性

双音盆扬声器的后纸盆必然会通过音圈骨架对前纸盆的频响和保真度产生影响。纸盆分割谐振区低端频率ftb与环反谐振频率fra由下式给出。

ftb=c*cosα/2π*Rb fra=c/2πx*tanα

式中c为纸盆声速，Rb为纸盆外半径，x为纸盆纵向长度坐标，α为半顶角。当后纸盆与前纸盆的ftb、fra相等时，双音盆扬声器的分割振动区与前纸盆的分割振动区一致；当前纸盆与后纸盆的ftb、fra不相等时，双音盆的分割振动区比单个纸盆的分割振动区展宽了，在合成的分割振动区内的正反谱振数量增加，在频响曲线上的波动值和均值要比单纸盆的变小。这种新的变化对前纸盆的益处是有可能消除其频响曲上的中频谷或扩展其高频带宽，不使后纸盆新增的谐振波动值过大的条件是1/δ*Kb*L值不能过大，其中δ为阻尼损耗系数，Kb为谐振小数，L为纸盆纵向长度L=b-a。

6、与纸盆扬声器相比，双音盆扬声器的声辐射特性

1）平坦的声压响应

为了方便说明，前纸盆符号取fra1、md1……、后纸盆符号取fra2、md2……

为了避免前纸盆的fra1取值过大而产生的中频声压谷值，可取后纸盆的fra2＜fra1，通过后纸盆在fra2以上出现的谐振峰来取得平坦的声压响应，其峰值高度由（mc+md1）/md2确定，在fra1后出现的谐振峰高由mc/（md1+md2）确定。式中的mc为音圈质量，md1为前纸盆质量，md2为后纸盆质量。

2）大带宽的实现

在谐振频率f0以下的低频由于低频声压增大得到更低的带宽，在高频取得大带宽的条件是有一个尽可能小的mc/（md1+md2），更大的振膜声速c1、环反谐振频率fra1，更小的半顶角α1。

3）低的效率

在f0以上的低效率是由于振动系统增加md2使质量变大造成的，但在f0附近的低音效率却随着振动面积Sd和声阻抗变大而提高。

4）宽广的指向性

宽广的指向性要求前纸盆振动半径Rb1小，音圈半径Ra小，半顶角α1小，比较大的振膜声速c1和阻尼损耗δ。

7）、具有密闭式音箱结构的倒相式音箱的设计

1）测量落实双音盆扬声器的参数：f0、m0、Vas1、Vas2，在测量f0、m0、Qts后，可用公式计算出双音盆扬声器的Vas1（倒相箱等效容积）、Vas2（密闭箱等效容积）。

Vas1=34909.14*(a1²+a2²-r²)/f0²*m0

Vas2=34909.14*(a2²-a1²)/f0²*m0

(a1、a2分别为前、后纸盆半径，r为音圈半径)

2）利用ASW音箱的公式和表格推导双音盆扬声器的设计公式

（1）确定密闭箱箱体等效Qbp值，计算fc、f3值。

fc=f0*Qbp/Qts

表1 f3/fc与Qbp的对应关系表

Qbp

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

f3/fc

3.04

2.12

1.55

1.21

1.01

0.90

0.83

0.79

0.76

0.74

0.72

(2) 确定倒相箱的前纸盆低频截止频率f3`；当前纸盆为五英寸时，f3`>120Hz；当前纸盆为六英寸时，f3`>100Hz；当前纸盆为八英寸时，f3`>80Hz。

（3）确定ASW音箱采用的S值

倒相箱导声管高端截止频率fh应与前纸盆低频截止频率f3`相等，以保证两者的合成的声压曲线平直，然后计算表2时所需的fhf值。

fhf=fh*Qts/f0=f3`*Qts/f0 （f3`=fh）

设定导管与前纸盆之间的声压差值Se≤10lg[（a1²+a2²-r²）/a1²]，与已确定的Qbp、fhf通过表2确定合适的S值。

表2

S=0.7 Ripple=0dB				S=0.6 Ripple=0.35dB				S=0.5 Ripple=1.25dB
Qbp	flf	fhf	Se	Qbp	flf	fhf	Se	Qbp	flf	fhf	Se
0.601	0.340	1.061	-3dB	0.662	0.339	1.295	-4dB	0.708	0.316	1.587	-6dB
0.637	0.371	1.092	-2dB	0.701	0.371	1.327	-3dB	0.750	0.347	1.619	-5dB
0.674	0.404	1.125	-1dB	0.743	0.405	1.361	-2dB	0.794	0.382	1.653	-4db
0.714	0.440	1.160	0dB	0.787	0.443	1.399	-1dB	0.841	0.419	1.690	-3dB
0.457	0.478	1.198	1dB	0.833	0.483	1.449	0db	0.891	0.459	1.730	-2dB
0.801	0.518	1.239	2dB	0.883	0.526	1.482	1dB	0.944	0.503	1.774	-1dB

（4）确定倒相箱的容积Vf（单位L）

Vf=（2S*Qts）²*Vas1

（5）确定密闭箱的容积Vr（单位L）

Vr=Vas2/[（Qbp/Qts）²-1]

(6)计算倒相箱导声管低端截止频率fl

fl=flf*f0/Qts+∆f (flf查表2可得,∆f为前纸盆反相声波对导声管fl的修正值,约5―10Hz)

(7)求倒相箱导声管的调谐频率fb

fb=Qbp*f0/Qts

(8)求导声管的长度Lr

Lr=94250R²/fb²*Vf-1.595R (R为导声管半径,单位为cm,Vf为倒相箱容积,单位为L)

参考文献：1、吴文波高保真音响设计制作电子工业出版社 2000.3

2、[荷]弗兰科特扬声器锥体的振动和声幅射科学出版社 1988.2

主题：新型的双音盆扬声器（可调等响曲线频响）