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产品结构设计·音腔设计知识介绍

音腔结构的作用及组成 

  • 音腔的作用:

音腔可以在一定程度上调整SPEAKER的输出频响曲线,通过声腔参数的调整改变音乐声的高、低音效果对于音乐声音质的优劣影响很大。同一个音源、同一个SPEAKER在不同声腔中播放效果的音色可能相差较大,有些比较悦耳,有些则比较单调。合理的音腔设计可以使音乐声更加悦耳。

  • 音腔设计包括以下五个方面:后声腔、前声腔、出声孔、密闭性、防尘网等。

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 音腔对Speaker的影响 

  • 后音腔对声音的影响     

后音腔主要影响音乐声的低频部分,对高频部分影响则较小。音乐声的低频部分对音质影响很大,低频波峰越靠左,低音就越突出,主观上会觉得音乐声比较悦耳。一般情况下,随着后音腔容积不断增大,其频响曲线的低频波峰会不断向左移动,使低频特性能够得到改善。但是两者之间关系是非线性的,当后音腔容积大于一定阈值时,它对低频的改善程度会急剧下降, 如图所示:

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如上图,横坐标是后音腔的容积(cm^3),纵坐标是SPEAKER单体的低频谐振点与从音腔中发出声音的低频谐振点之差,单位Hz 。

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后音腔的形状变化对频响曲线影响不大。但是如果后音腔中某一部分又扁、又细、又长,那么该部分可能会在某个频率段产生驻波,使音质急剧变差,因此,在音腔设计中,必须避免出现这种情况 。

注:后音腔设计时,必须保证后出声孔出气畅通,即后出声孔距离最近的挡板距离应大于后出声孔径的0.8倍。后腔的容积尽可能大 。

  • 前音腔对声音的影响

前音腔对低频段影响不大,主要影响音乐声的高频部分。随着前音腔容积的增大,高频波峰会往不断左移动,高频谐振点会越来越低。前音腔太大或太小对声音都会产生不利的影响。同时,由于出声孔面积对高频也有较大的影响,因此设计前音腔时,需考虑出声孔的面积,一般情况下,前音腔越大,则出声孔面积也应该越大。    当前音腔过小时,还会造成一个问题,即出声孔的位置对高频的影响程度急剧增加,可能会给外观设计造成一定的困难。    结合设计的实际情况,一般希望前音腔的垫片压缩后的厚度在0.3~0.5mm之间。

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  • 出声孔面积对声音的影响

出声孔的面积(即在SPEAKER正面上总的投影有效面积)对声音影响很大,而且开孔的位置、分布是否均匀对声音也有一定的影响,其程度与前音腔容积有很大关系。一般情况下,前音腔越大,开孔的位置、分布对声音的影响程度就越小 。出声孔的面积对频响曲线的各个频段都有影响,在不同条件下,对不同频段的影响程度各不相同。当出声孔面积小于一定的阈值时,整个频响曲线的SPL值会急剧下降,即音乐声的声强损失很大,这在设计中是必须禁止的。当出声孔面积大于一定阈值时,随着面积增大,高频波峰、低频波峰都会向右移动,但高频变化的程度远比低频大,低频变化很小,即出声孔面积的变化主要影响频响曲线的高频性能,对低频性能影响不大 。 

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出声孔面积与高频谐振点的变化呈非线性关系,且与前音腔大小有一定的联系,如下图所示:

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横坐标表示出声孔的面积,单位mm^2。纵坐标表示高频谐振点变化的对数值 

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综上所述,前音腔、出声孔面积设计推荐值如上表。表中:

最小值表示当出声孔面积小于该值时,整个频响曲线会受到较大影响,音量会极大衰减。有效范围表示出声孔面积在此范围之内,一般能满足基本要求。

需要强调是:如果出声孔在前音腔投影范围内,分布比较均匀,且过中心,那么可以取较小值,否则应取偏大一些的值。建议在一般情况下,不要取有效范围的极限值。

  • 后腔密闭性对声音的影响

后音腔是否有效的密闭对声音的低频部分影响很大。

当后音腔出现泄漏时,低频会出现衰减,对音质造成损害,它的影响程度与泄漏面积、位置都有一定的关系,主要指箱体内部所构成的音腔或者泄漏孔对Speaker的性能或者声音产生的影响,如下页图示所示:声孔、前腔、内腔、泄  漏孔等等都会对NETBOOK的整体音质表现产生影响。

 一般情况下,泄漏面积越大,低频衰减越厉害。泄漏面积与低频谐振点的衰减成近似线性的关系,如下图:

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横坐标表示泄漏面积,单位mm^2。纵坐标表示无泄漏与有泄漏情况下低频谐振点之差

在同等泄漏面积情况下,后音腔越小,低频衰减越厉害,即泄漏造成的危害越大,如下图:

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综上所述,建议结构设计时,应尽可能保证后音腔的密闭,否则可能会严重影响音质。

合适的设计是:首先要用RubberRing,即环形胶垫(Poron或EVA等)把Speaker与箱体外壳密封起来,使声音不会漏到NETBOOK内腔,然后就是声孔、前腔、内腔的合理配合。

泄漏孔主要是NETBOOK无法密封位置的声漏等效而成的,泄漏孔以远离Speaker为宜,即NETBOOK无法密封的位置要尽量远离Speaker,Speaker单体背面的发声孔一定要自由敞开,且要与整个机壳的后腔相通,这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。

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  • 防尘网对声音的影响

相比于其他几个因素,防尘网对声音的影响程度较小,它主要是影响频响曲线的低频峰值和高频峰值,其中对低频峰值影响较大。

防尘网对声音的影响程度主要取决于防尘网的声阻值和低频、高频峰值的大小。一般情况下,峰值越大,受到防尘网衰减的程度也越大。

防尘网主要有两个作用,防止灰尘和削弱低频峰值,以保护SPEAKER。目前,我们常用的防尘网一般在250#~350#之间,它们的声阻值都比较小,基本上在10Ω以下,对声音的影响很小,所以一般采用SPEAKER厂家提供的防尘网差异不会非常大。因此从防尘和声阻两个方面综合考虑,建议采用300#左右的防尘网。

我们以往采用的不织布防尘网存在一个问题,由于不织布的不同区域密度不一样,因此不同区域声阻也不一样,可能会造成同一批防尘网的声阻一致性较差。但不织布的成本比防尘网低很多,因此建议设计中综合考虑性能和成本,

在高档机型中,尽可能不要采用不织布作为防尘网。

 Speaker箱体对NETBOOK的影响 

  • Speaker箱体的安装位置

因NETBOOK工作时,CPU与硬盘的产生很高的温度,同时也会产生振动。所以Speaker箱体安装位置尽可能远离硬盘,这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。同样,Speaker箱体的工作也会影响硬盘的损坏。

  • Speaker箱体的安装方式

在安装Speaker箱体时,与NETBOOK的接触部位需加橡胶圈、EVA等防震材料,防止产生共振。这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。

 音腔结构设计 

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腔体对扬声器性能的影响分析 

扬声器安装于机壳之后的结构见示意图

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由此结构,可得其等效线路图为

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其中:

Bl为机电转换系数;

eg为信号源的电压;

Re为扬声器直流阻;

Rg为信号源的内阻;

Sd为扬声器的有效辐射面积;

MAS为扬声器振膜与音圈的等效声质量;

CAS为扬声器振膜的等效声顺;

RAS为扬声器振膜的等效声阻;

MAR、RAR分别为扬声器振膜正面的辐射声质量及辐射声阻;

MAB、RAB分别为扬声器振膜背面的辐射声质量及辐射声阻;

MA1、RA1分别为扬声器支架背面开孔的等效声质量及等效声阻

                     (此部分声阻   也包括外加阻尼的等效声阻);

MA2、RA2分别为机壳正面发音孔的等效声质量及等效声阻;

MAL、RAL分别为扬声器正面与机壳之间由于泄漏而产生的声质量及声阻;

CA1为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺,CA1=V1/ρc^2;

CA2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺,CA2=V2/ρc^2;


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