Loudspeaker Enclosures & Horns:
——What They Do, How They Do It
擋板、低音反射、優(yōu)化輸出、喇叭設(shè)計(jì)、張開曲率、方向性等其他關(guān)鍵特性。
在幾乎所有現(xiàn)代揚(yáng)聲器系統(tǒng)中，箱體內(nèi)包含構(gòu)成系統(tǒng)的一部分或全部驅(qū)動(dòng)器元件，并且它將一個(gè)或多個(gè)喇叭單元驅(qū)動(dòng)器的后輻射與前輻射分離。它還可以限制喇叭和壓縮驅(qū)動(dòng)器的后部輻射，以避免多余的聲能投向舞臺(tái)。
為什么將盆體的前輻射與后輻射分開？當(dāng)盆體驅(qū)動(dòng)器向前移動(dòng)時(shí)，它向大氣提供正壓力，表現(xiàn)為沖擊。當(dāng)它向后移動(dòng)時(shí)，則提供了負(fù)壓。而且它在快速重復(fù)這兩個(gè)動(dòng)作——比如在1kHz波長下每秒可達(dá)1000次。如果前后輻射能量彼此不分離，則每一個(gè)都會(huì)抵消另一個(gè)的輸出，因?yàn)樗鼈兿嗖?80度。
有幾種方法可以防止這樣的抵消。最簡單的是平板擋板，這種方法可以追溯到20世紀(jì)初。第一個(gè)擋板用來安裝盆體驅(qū)動(dòng)器，其目的是將前輻射與后輻射隔離開來。擋板越大，盆體驅(qū)動(dòng)器可再現(xiàn)的頻率范圍越低（當(dāng)然，處于其他因素限制的范圍內(nèi)）。
隨著頻率的降低，波長變長。如果擋板足夠大的話，它甚至可以將前面的正低頻輻射和背面的負(fù)輻射分開，從而阻止前后聲的抵消。
隨著時(shí)間的推移，很明顯，除了電影院的固定安裝案例，18 x 18英尺的擋板并不實(shí)用。接著，揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)師提出了一個(gè)無限擋板的想法，類似密封的箱體。它確實(shí)起作用了。
密封（左）和低音反射箱體。
20世紀(jì)60年代，隨著搖滾樂取代了聲樂團(tuán)體和大樂隊(duì)音樂，人們對(duì)揚(yáng)聲器產(chǎn)生了更多的輸出需求。低音反射箱體有助于滿足對(duì)功率、清晰度和低頻下潛的新要求。
低音反射箱體采用一個(gè)出口，該出口能捕獲盆體驅(qū)動(dòng)器的后部能量，并通過相對(duì)較小通常為管道式的導(dǎo)流裝置將其向外發(fā)送。這個(gè)解釋不是特別透徹（那些長波長是如何通過那個(gè)小端口的？）所以如果你不能完全理解它，不用擔(dān)心。它需要復(fù)雜的壓力動(dòng)力學(xué)方程來正確解釋。
低音出口可用于增加LF輸出，盡管端口的輸出與盆體的振動(dòng)壓力輸出相位上并不同步。
在現(xiàn)實(shí)生活中，“優(yōu)化出口低音反射箱體”是營銷手冊中多年來用來描述低頻揚(yáng)聲器的一個(gè)術(shù)語，聽起來非常好。
但是如果你測量它的相位響應(yīng)，它的端口能量會(huì)與直接輻射的能量在頻率范圍內(nèi)顯示出完全反轉(zhuǎn)。幸運(yùn)的是，在相同的頻率范圍內(nèi)，盆體驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)很小，大部分聲能可通過出口輸出。
事實(shí)上，測量出口調(diào)諧中心頻率的方法，術(shù)語中稱為Fb（驅(qū)動(dòng)器和箱體組合的諧振頻率），是將一個(gè)測量麥克風(fēng)放在盆體的頂部，并在高分辨率頻譜分析儀上查看響應(yīng)。
頻譜響應(yīng)會(huì)有一個(gè)明顯的下陷。下陷的中心頻率是箱體調(diào)諧頻率，下陷的深度大致表示箱體的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。即使是一個(gè)小的空氣泄漏也會(huì)減少下限的深度，下陷的深度應(yīng)盡可能深，以便最大限度地將能量傳遞到出口。不規(guī)則的形狀表示諧波共振，如振動(dòng)板。
一個(gè)牢固支撐的剛性箱體會(huì)比一個(gè)建造劣質(zhì)的箱體產(chǎn)生更平滑、更美觀的曲線（見下面的圖表）。通常，揚(yáng)聲器箱體應(yīng)盡可能堅(jiān)固耐用。振顫的箱體板材吸收的能量是浪費(fèi)掉的能量，而不是向外傳播。
下陷的最低點(diǎn)是箱體的調(diào)諧頻率。該外殼密封良好，支撐良好，由下陷的深度和光滑形狀可顯示。
低音反射出口的另一個(gè)用途是將盆體驅(qū)動(dòng)器的沖程限制在一個(gè)頻率，否則該頻率可能會(huì)因超出沖程而觸底。在這種情況下，出口更多地用于沖程控制而不是增加輸出。這會(huì)導(dǎo)致喇叭負(fù)載，它通常與低頻范圍內(nèi)的低頻反射式箱體相結(jié)合。
從影院揚(yáng)聲器開始，詹姆斯·B·蘭辛（James B.Lansing）等設(shè)計(jì)師制造了由成型木材制成的低頻號(hào)角揚(yáng)聲器，以增加系統(tǒng)的輸出。在早期，25W的放大器已經(jīng)是極限了，所以揚(yáng)聲器效率是一個(gè)非常重要的問題。
號(hào)角也用于高頻，通常用可鍛金屬鑄造。
Altec Lansing 511B多室喇叭。
后來，多層玻璃纖維材質(zhì)成為大多數(shù)制造商（不是所有制造商）的首選材料。一些高頻喇叭是由加工木材制成的，實(shí)際上是一種很好的材料，在車床上加工而成。另一方面，今天使用的其他喇叭材料包括塑料模塑件，如果拔模足夠短，有時(shí)會(huì)真空成型，與注塑相比，這是一種非常便宜的工藝，但只能用于薄材料。
聲學(xué)號(hào)角本質(zhì)上是一個(gè)變壓器。它的作用是將盆體或壓縮驅(qū)動(dòng)器的高壓和相對(duì)較小的輻射區(qū)域轉(zhuǎn)換為大得多的外部大氣區(qū)域，后者本質(zhì)上是低壓環(huán)境。
通過其張開角度，號(hào)角將喉部的高壓、高粒子速度振動(dòng)轉(zhuǎn)換為分布在口部相應(yīng)較大區(qū)域的低壓、低速粒子振動(dòng)，從而更有效地將波陣面與空氣耦合。
張開曲率——也就是設(shè)計(jì)師為號(hào)角設(shè)計(jì)選擇的曲線——用于以某種方式轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器的能量。有許多經(jīng)典曲線，如指數(shù)曲線、雙曲線曲線、圓錐曲線和其他曲線，每個(gè)曲線都有自己的特性。一些張開率有利于LF輸出，另一些有利于整體效率，還有一些有利于頻率響應(yīng)的均勻性或低失真。
所有張開曲率都顯示出一定的方向性。說“這是一個(gè)完美的張開曲率”絕非易事。設(shè)計(jì)師在選擇張開曲率和號(hào)角尺寸時(shí)，應(yīng)考慮如何更好地實(shí)現(xiàn)號(hào)角的預(yù)期性能。
號(hào)角與（壓縮）驅(qū)動(dòng)器的關(guān)系。
號(hào)角的設(shè)計(jì)可以是“直的”，也可以向前、側(cè)向、甚至向后折疊，然后再向前。折疊節(jié)省了箱體內(nèi)的空間，同時(shí)保持喇叭長度足夠長，以再現(xiàn)低頻。
折疊的一個(gè)缺點(diǎn)是，根據(jù)折疊的形狀和陡峭程度，超過一定頻率的能量會(huì)反射回自身并抵消。因此，大多數(shù)折疊喇叭的工作范圍有限，通常不超過兩個(gè)八度。
除了提高驅(qū)動(dòng)器向大氣的傳輸效率（通常高達(dá)10dB或更高）之外，聲學(xué)號(hào)角還提供了輻射能量角度控制的額外作用。可以選擇號(hào)角的張開角度來控制輻射到幾乎任何水平和垂直方向。我曾經(jīng)在舊金山看到一個(gè)采用360度的舊號(hào)角設(shè)計(jì)。壓縮驅(qū)動(dòng)器安裝在喉部露出的頂部。（它在語音尋呼方面效果很好。）
雖然給定的張開曲率能提供所需的覆蓋模式，但號(hào)角的長度和開口面積必須足夠大，以控制頻率疊加頻段附近較低頻率的波長。可惜大多數(shù)號(hào)角無法做到。在提供有效LF控制的范圍內(nèi)，它們就像一個(gè)迷宮，在更高的頻率下也是一個(gè)嚴(yán)重的妨礙。
號(hào)角設(shè)計(jì)是一場艱難的過程。我記得在商用號(hào)角上測試了一個(gè)專有的2英寸喉口驅(qū)動(dòng)器，并對(duì)擴(kuò)展高頻響應(yīng)的要求沒有得到滿足感到非常失望。沒有超過10 kHz的信號(hào)。當(dāng)我將驅(qū)動(dòng)器從號(hào)角上拔下時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)10 kHz以上的高頻響應(yīng)幾乎完全平坦到18 kHz（幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)測量麥克風(fēng)和分析儀仍在運(yùn)行），我才意識(shí)到號(hào)角開口對(duì)傳播驅(qū)動(dòng)器的高頻能量是多么有害。
Renkus Heinz ST4自供電揚(yáng)聲器的剖視圖。
號(hào)角的長期應(yīng)用領(lǐng)域例如音樂會(huì)揚(yáng)聲器，從中低音到高音范圍，現(xiàn)在已經(jīng)被大多數(shù)線性陣列所取代，它們使用了直接輻射的低音盆體驅(qū)動(dòng)器和較小的的中音盆體驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于低頻，它們通常以分開的一對(duì)排列，中頻則以四個(gè)陣列排列，高頻通常在波導(dǎo)的兩側(cè)各有兩個(gè)。現(xiàn)代的盆體、塑波和星形材料，由高強(qiáng)度磁體和耐用的音圈支撐，使得相對(duì)新一代的小型盆體驅(qū)動(dòng)器具有極高的聲壓級(jí)和功率處理能力。
在不同時(shí)期，出現(xiàn)了一些新穎的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法，通常以專利授權(quán)或?qū)＠暾埖男问匠霈F(xiàn)。它們在大程度上提供了性能優(yōu)勢，但很少有人知道。然而，創(chuàng)新是對(duì)人類思維想象力的致敬。看看專業(yè)音頻行業(yè)接下來會(huì)出現(xiàn)什么新趨勢，這將是一件有趣的事情。
