声音在音箱内是怎样实现导相的？

分立元件

难道是经过箱体反射实现导相的吗？这个问题不搞明白，制作导相音箱就不能搞好！

湘斜阳

靠声波传输距离反馈后而进行倒相吧。

鸿渐哥

交流电流带动喇叭线圈运动，带动给纸盒往复运动，纸盒向前运动时，是向前推动空气发声，纸盒向后运动时，压缩音箱内空气通过倒相孔也向前发出声音。

AudioCAT

你今天提到的确实是困扰许多新手的问题，甚至包括理科成绩很好的人。曾有搞电子电路的朋友对我说过：倒相音箱喇叭与导管输出同相是不可能的，这是个简单的物理问题，阿基米德定律绝不会错，所以说倒相箱导管输出只能是反相的。
的确是这样，我们用手按压喇叭锥盆，压下多少mm，导管就要排出相应体积的空气，这符合阿基米德浴盆现象，按这个实践结果看，导管输出确实是反相的。
这样理解就会产生图一的情况

图一


但是，实际情况是：导管输出相对于喇叭确实是同相。阿基米德定律不涉及频率，而音箱是在一定频段内工作的，直接套用生活中简单的物理知识来解释快速振动现象显然不对。

倒相式音箱实际工作状况
图二


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简单几句话不可能说清楚倒相式音箱的工作原理，包括音箱原理书籍也是粗略的介绍，这里也一样只能把复杂问题简单化来讲，通过类比和举例能大致理解就行了。

我们知道单摆，单摆悬挂长度一旦固定，摆动频率也就固定了，无论用手多快速度、多大力气推他，手离开后，单摆都是按照自己的固有频率来摆动。一个弹簧悬挂一重物，也是单摆，弹性模量与重物质量一旦固定，谐振频率是单一的固定频率。

图三


我们再简单的这样看，空气也有质量，倒相管内的空气柱相当于一定质量的重物。空气有顺性，也相当于弹簧，箱内和箱外空气就是悬挂于这个空气柱的弹簧。那么导管内空气柱与箱内空气弹簧就会形成一个固定的谐振频率，当被激发时便会振动。我们把这个谐振频率称为Fb。Fb受导管尺寸和箱体容积影响(可以这样理解，箱体容积越大，箱内空气弹力越小，反之亦然)

图四


高速振动的锥盆推动空气形成声波，声波激励导管与箱体内空气谐振。这个谐振有个特性，就是大于Fb的频率时谐振相位与喇叭同相，而低于Fb的频率与喇叭反相。下面是实测一款音箱的喇叭与导管输出相位：

图五

绿色线为喇叭输出的相位曲线，橙色是导管输出相位曲线。
由图可见，Fb大约为50Hz，50Hz以上相位基本重合，处于同相状态。而50Hz以下曲线迅速分离，相位差约180度，变成反相状态。下图是喇叭与导管SPL：

图六

红线 - 喇叭SPL
黄线 - 导管SPL
篮线 - 总SPL（喇叭+导管）

因为50Hz是Fb点，处于谐振中心点，谐振最强，而且同相，喇叭振幅被抑制，输出很小。
Fb以上因为同相，喇叭与导管输出叠加，SPL增大。频率更高时因为偏离导管谐振点，导管作用逐渐减小，直至谐振消失。此时的音箱等效于密闭式音箱。
Fb以下因转为反相，两者输出逐渐抵消，造成总输出下端滚降斜率更陡峭。此时相当于开放式障板音箱，喇叭工作在无负载状态，也就是声音短路了。随着频率的降低，虽然喇叭锥盆振幅很大但输出很小直至完全抵消。就是说这时的倒相管没有正面作用，反而因导管的存在使箱内空气泄露了，这时就进入了图一的状态，就像人进入装满水的浴缸要排出等体积水一样，与新手认为的工作状况完全相同了

图七
一款倒相式书架音箱的仿真设计实例

喇叭为：SCAN-SPEAK 18W8545
箱体容积Vb=15.32L
调谐频率Fb=28Hz
箱体损耗QL=7

jerrysxin

楼上好专业啊，学习了

AudioCAT

所以说不要用简单的生活常识来解释音箱工作原理，更不要把阿基米德定律套到倒相箱里，阿基米德虽然谈的是浴盆+水+人的体积排斥与浮力关系，而等体积排斥看似适用倒相音箱解释，可他不涉及频率，而空气在音箱中的作用笼统的讲是负担“弹簧”的作用。
简单套用常识性知识会出很大问题，学习音箱会走向弯路许久回不来。有相当一部分音响行业人员出现同样的问题，比如要求我必须修改箱体设计。
问为什么？回答说：你这样纵深的设计出来的声音很慢，拖泥带水，不是很理想的。
再问音箱深度与声音速度有什么关系？
回答说：声速是固定的，箱体越深，扬声器背部声音反射路径越长。而薄箱体可以使扬声器背部声音以极短的距离打到后板，并迅速弹回来作用于扬声器锥盆，明显提高声音速度。

如果音响行业人员学到的是正确的音箱知识，就不会把简单的生活常识套入音箱原理中，就不会出现上面这类既可笑又让人笑不出来的理论。

扬声器锥盆动作速度是人耳根本无法分辨的，甚至眼睛都无法分辨锥盆振动方向，可就是有人声称看锥盆能判别相位  其实看到的仅仅是大信号造成的功放短暂直流漂移，而功放受激产生的直流漂移不太可能两声道完全一致
人耳能感知的速度感与音箱瞬态特性有关，瞬态特性与Q值相关，而Q值与箱体尺寸比没有任何关系。
这方面，人耳真的不行。比如低频延伸很好的音箱常被认为速度慢，而有意把低频下限切除一些就被认为速度快了。这时人感知的“速度”其实根本就不是速度

分立元件

AudioCAT 发表于 2014-4-17 17:00
你今天提到的确实是困扰许多新手的问题，甚至包括理科成绩很好的人。曾有搞电子电路的朋友对我说过：倒相音 ...

你是搞音箱设计的吗？太专业了！

sql_xuyu

技术帖，太专业了，学习了

云飘飘

AudioCAT 发表于 2014-4-17 17:00
你今天提到的确实是困扰许多新手的问题，甚至包括理科成绩很好的人。曾有搞电子电路的朋友对我说过：倒相音 ...

专业  不过依此专业解释  那么只有喇叭发出的频率同箱体频率相等共振时才有倒相输出  平常没有  对吗？

AudioCAT

云飘飘 发表于 2014-4-17 18:54
专业  不过依此专业解释  那么只有喇叭发出的频率同箱体频率相等共振时才有倒相输出  平常没有  对吗？

是的，从下面这个图就能看出来，只有一小段是同相的，即50Hz - 200Hz这个范围完全同相(曲线重合)。50Hz以下完全反相，频率高过200Hz以上相位曲线开始逐渐分离，不再完全同相了


而从下面这个图中也能看到，黄色线是导管输出，70 - 80Hz之后导管输出幅度就看是逐渐降低，作用逐渐减小，200Hz以上输出已经很小，已经失去作用。


200Hz以上的声压完全依赖喇叭本身，此时不但不需要导管工作，还要防止箱内杂波通过导管泄露出来，方法有两个，1、导管直径不要过大。2、添加吸音材料吸收箱内杂散中频

AudioCAT

云飘飘 发表于 2014-4-17 18:54
专业  不过依此专业解释  那么只有喇叭发出的频率同箱体频率相等共振时才有倒相输出  平常没有  对吗？

严格点说：
只有箱体谐振频率Fb以上这一小段，导管起正面作用。
Fb以下完全起反作用。虽然导管还有很大能量输出，但相位相反，使单元工作在声短路状态，相当于音箱是开放状态。
而更高频率，按上面的例子是200Hz以上，导管也容易产生副作用，要依靠吸音材料解决。

AudioCAT

还有，注意下图导管曲线(黄色)

在大约700Hz处有个幅度很高的尖峰，很讨厌的，经常会从导管泄露出来，是导管自身谐振的结果。这个频率对于圆形导管比较容易计算，频率=(声速/导管长度)/2
采用直径较小的导管，会使长度明显缩短，这个尖峰就会推向更高的频率处，幅度会明显减小，加上吸音材料的作用，影响可忽略。

zjyshr

专业！！！！！

何德龙

AudioCAT 发表于 2014-4-17 18:01
所以说不要用简单的生活常识来解释音箱工作原理，更不要把阿基米德定律套到倒相箱里，阿基米德虽然谈的是浴 ...

那同样一个低音喇叭如何确定最佳的音箱深度呢，如果这个深度定的不准确是不是不能达到倒向的效果呢

AudioCAT

何德龙 发表于 2014-4-17 23:11
那同样一个低音喇叭如何确定最佳的音箱深度呢，如果这个深度定的不准确是不是不能达到倒向的效果呢

倒相管是否有效地工作，在保证导管内端口与后壁间距离足够的前提下，与箱体深度无关。调谐频率由箱体容积、导管直径和导管长度决定。但确实也要注意，导管内端口与后壁间的距离不能过小，至少要100mm以上吧，否则会造成导管气流不畅。调谐频率过低、单元位移体积较大时，这个间距还要增大。
箱体内腔宽高深比例牵扯驻波问题，这个比例不能随意定，应尽量选择对抑制驻波有利的优化比例。