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探寻箱子里的秘密:音箱主要构造大解剖

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小嘴猴 发表于 2020-6-3 12:38:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
音箱,作为整个音响系统的终端,它是音响系统极其重要的组成部分,因为它担负着把电信号转变成声信号供人的耳朵直接聆听这么一个关键任务。
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因此,通常人们通过对声音的主观感受来评价一个音响系统音质的好坏。然而,除了靠聆听效果这一感性的标准来甄别音箱之外,了解音箱的构造和发声原理也能帮助我们更好地了解音箱、以及衡量其优劣。
下面,“影音新生活”将带大家一起来了解一下音箱的主要构造。
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英国KEF Concept Blade发烧音响
随着音响市场的繁荣以及竞争压力的增大,很多音箱厂家都试图通过对音箱的组合零件或外观的多样设计来寻求新的突破。但不管其怎么变,音箱终究是音箱,其工作原理决定了音箱的基本构造——扬声器(喇叭单元)、箱体、分频器、吸音材料。
▍扬声器
扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件,然而对于音响效果而言,它又是一个最重要的部件。它是一种将电能转换为声能的电声器件。扬声器的种类很多,虽然它们的工作方式不尽相同,但其最终都是通过产生机械振动推动周围的空气,使空气介质产生波动从而实现“电-力-声”的转换。
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SCAN SPEAKER(绅士宝)高音单元
扬声器有多种分类:按其换能方式可分为电动式、电磁式、压电式、数字式等多种;按振膜结构可分为单纸盆、复合纸盆、复合号筒、同轴等多种;按振膜开头可分为锥盆式、球顶式、平板式、带式等多种;按重放频可分为高频、中频、低频、超低频和全频带扬声器等等。
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丹拿极品丝膜软球顶高音
其中,在不同换能方式的扬声器当中,电动式扬声器应用最广。其低音扬声器以锥盆式居多,中音扬声器多为锥盆式或球顶式,高音扬声器则以球顶式和带式、号筒式为常用。
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西雅士小口径中低音单元
电动式扬声器主要利用音圈与恒定磁场之间的相互作用力使振膜振动而发声。其工作原理如下:
电动式扬声器主要由磁体和振动系统两部分组成。其中磁体由磁铁和软铁心柱组成,而纸盆(振动膜)、定心支片、音圈和防尘罩等组成了振动系统。当扬声器的音圈通入音频电流后,音圈在电流的作用下便产生了交变磁场,Permanent磁铁同时也产生一个大小与方向不变的恒定磁场。
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由于音圈所产生的磁场大小和方向随音频电流的变化不断地在改变,这样两个磁场的相互作用使音圈作垂直于音圈中电流方向的运动,由于音圈和振动膜相连,从而音圈带动振动膜振动,由振动膜振动引起空气的振动面发出声响。
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输出给音圈的电流越大,其磁场的作用力就越大.振动膜振动的幅度也就越大,声音则越响。扬声器发出高音的部分主要在振动膜的中央,扬声器发出低音的部分主要在振动膜的边缘。如果扬声器的振动膜边缘较为柔软且纸盆口径较大则扬声器发出的低音效果较好。
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JBL大纸盆低音单元
▍箱体
既然音箱的发声部件是扬声器,那为什么还要使用音箱,而不直接拿扬声器听音呢?
这就要讲到箱体存在的必要性了,当一个扬声器在敞开的空间里振动,其振膜正面和反面的声波信号就会直接形成回路,被叠加抵消掉而传播不出去,造成仅有波长很小的高中频声音才可以被听到,这无疑就严重地影响到了真实声音的还原效果。
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AVANCE(皇冠)音响经典款式
因此如果要阻挡声音在回流中被叠加抵消,这就需要把音箱安装在一个无限大的刚性障板上来保证其振膜前后声音的互扰。而无限大的刚性障板是不存在的,闭合式的音箱箱体在一定程度上起到了相同的作用,保证了音波的正面的传输。
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另外,由于密闭后的音箱受到大气压的影响,其箱体是越大就越有利于低频声音的还原,所以,一般而言,音箱的容积是根据中低音单元的扬声器尺寸计算出来一个折中的数据。
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Paradigm(百里登)Prestige系列
箱体的材料:
当然,影响扬声器音质的不只是扬声器箱体的容积,如果构成扬声器箱体的材料产生微弱的板振动,也会使音质受到损害。目前,应用到箱体制作的材料一般以木质材料、无机材料和合成树脂材料为主。除了常用的材料之外,有的音箱也会采用玻璃、混凝土等特别的材料。其产生的声音也会有不同的效果。
▍分频器
分频器是一种可以将声音信号分成若干个频段的音响设备。我们知道,声音的频率范围是在20Hz—20kHz之间,如果仅靠一只扬声器来传送20Hz—20kHz这样宽频率的声音,这在技术上恐怕是很难做到的。所以,在通常情况下,为了保证再现声音的频率响应和频带宽度,高质量的放音系统会在专业范畴内采用高低音分离式音箱放音,而采用高低音分离式音箱放送声音时,就必然要使用分频器。
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分频器的作用:
分频器将高频信号送到高音扬声器中,将低频信号送到低音扬声器中,高、低频信号各行其道,尽可能大地利用了各自扬声器的工作频带优势,以保证不同工作频段的扬声器充分发挥作用。并且它还能克服不同频率声音扬声器振膜振动幅度不同所引起的切割失真,以及减少同一音箱中的不同扬声器之间产生的声音。
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就目前来说,功率分频(LC分频网络)和电子分频是最为常用的分频方式。
功率分频(LC分频网络)是采用电容、电感组成滤波网络,其特点是线路比较简单,使用比较方便,所以现在大部分的民用音箱都采用这种方式进行分频。但是,这种分频方式很容易会出现音频谷点,产生交叉失真,而且当分频器所涉及的“阶”数越多,线路就越复杂,所消耗的功率就会越大。此外,此类放大器如果在全频状态下工作,其失真就会加剧。
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而电子分频器则主要用于专业扩声系统以及主动式音箱当中,位于前级放大器和后级放大器之间,它的工作方式是先将弱信号进行分频,分频后再使用各自独立的功率放大器进行放大,然后再驱动喇叭单元。它的优点是能在功率损耗较大的情况下将衰减斜率做得很陡,令单元与单元之间衔接更完美。此外,电子分频器凭借其复杂的线路结构,成功地避免了音箱的失真问题,因此其成本更高。
当然除了以上两类分频器之外,也会有不同厂家或音箱爱好者会根据对声音效果的特别喜好,以及音箱结构的不同,设计出不同类型的分频器,在此就不一一列出了。
▍吸音材料
音箱内铺设吸音材料主要是为了减轻和防止驻波(驻波会在某个频点产生一个“峰”,使声音劣化)的产生,从而使声音不受驻波干扰,听起来干净、清晰。如果箱体和喇叭的安装位置已无法改变,填充吸音材料就是一个改善办法。
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吸音材料有多种材质,如果材料本身的密度和填充厚度不同的话,其吸音系数也是不尽相同的。吸音材料放太多会减小箱体等效容积,不放的会增加箱体产生驻波的可能性。至于放多少为宜,还得根据箱体单元的特性来试验决定。
并且不同的箱体结构,对吸音材料也有不同的使用方法,但它的影响主要集中在中高频部分。
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结语:尽管音箱的主要结构都相差不大,但其在市场上的价格却有着天壤之别。这取决于不同音箱厂家在音箱制造上心血投入的多少。扬声器的工艺、分频器的调整、箱体的制作、吸音材料的铺陈,以及设计师对声音的审美能力等不同直接影响音箱的声音表现。不同的厂家根据消费者的需求,以及自身对声音还原理念的不同,设计和制作出不同风格的音箱。

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