音箱箱体的材料

254969084 · 发表于 2016-1-7 07:46:24

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音箱箱体的材料
通常的音箱箱体都是木制的，但并不是我们通常所见的“树木”，这种使用原样的树木木料制作的音箱，我们称之为“原木音箱”。这种音箱箱体无论是品质还是外观都是无可挑剔的，但是由于如前面所说，音箱对于木料的密度是存在要求的。用于制造音箱的原木木料大都是橡木、樱桃木等高密度木料。普通的桦木、榉木等速生木料是不能用的。而橡木等木料价格昂贵，在多媒体音箱上使用未免过于奢侈了。所以，木质多媒体音箱往往使用一种称为MDF的木料，MDF的全称叫做“中密度板”，它是使用松软的速成木料切成薄片，然后加热后在高压下制成的压缩木板。它的密度远远高于普通的木板，而成本则比原木低得多。是最主要的音箱原料。
但是，中密度板虽然物美价廉，外观却太难看了，它不像原木木料有自然的木纹，只要刷上一层漆就可以了。中密度板必须在外面贴上一层PVC贴皮，这种贴皮既有木纹的，也有摩沙色的，由此就构成了多媒体音箱不同的色彩外观。但也正是这层PVC贴皮，所以一些多媒体音箱长时间使用后边角会磨损甚至脱落。因为毕竟是贴上去的，时间长了就会掉。特别是在北方，由于空气寒冷，生产中PVC粘性会下降，所以北方制造的音箱特别容易出这个问题，这和工艺无关，是难以克服的。
国内的多媒体音箱多是使用木质箱体。但其实在国际上，塑料箱体的多媒体音箱才是主流。
因为塑料箱体美观、质感好、易加工、耐用。但是对于制造音箱的塑料、要求它密度高、强度和韧性好。国内的音箱厂家大多在技术上还达不到这个层次。
在HI-FI音箱设计中,一些音箱甚至会使用水泥等材料来制作,以使箱体的谐振程度达到最小。国内一些多媒体音箱厂家也推出了使用大理石材料的古怪音箱。
不过材料只是一个方面，声学设计不好的话，什么材料也是没有用的。
为了尽量加大音箱箱体的声阻尼，一般在音箱内会加装吸音棉材料吸收音箱内的声波。在一些HI-FI音箱中甚至会在内部涂布沥青材料。不过在多媒体音箱中，出于成本考虑使用吸音棉的并不多，同时，由于国家长城安全规定对于音箱制造的规定，在带有功放的箱体内不允许使用吸音材料，以防止长时间工作后受热着火。
为了减小箱体谐振，对箱体的设计也有特殊的要求，一般来说就是要打上加强梁和加强筋，主要有三种——打在箱体正中的加强隔板（这种设计关系到箱体的声学设计，需要统筹考虑）、边脚的45度加强筋、大面积侧面内部的不规则形状加强筋（以改变箱体的共振频率，漫步者R501T音箱的低音炮就使用了这种设计）。使用了加强筋的音箱的稳定性明显好于没有使用的音箱，但由于工艺复杂，在低档箱体中很少使用。
我们前面论述的是密闭箱，但实际上，我们通常买到的多媒体音箱大都是带有一个开口的所谓“倒相箱”，那么，什么是倒相箱呢？先来说说密闭箱的缺陷——密闭箱的优点是声音清晰、效果好，但它的声音回放完全由正面的扬声器振膜来承担，这就造成当扬声器不大的时候，它的回放频率不会太低。而倒相箱就是为了解决这个问题而出现的。
所谓倒相箱，是根据声学中的亥姆霍兹共振原理设计的。具体的原理这里不作详细的阐述，简单的说，其理论依据就是当音箱箱体足够结实的时候，可以将箱体视为一个力学上的“刚体”（即不会产生型变的物体），此时，音箱内部的空气在扬声器背面振动的作用下会被压缩产生共振，此时在箱体上开一个口，并接上一根管子，空气就会在这根管子内高速振动而发声，就象音乐中号角的发声原理一样。这里我们特别可以看出，真正发声的是空气在箱体及管道里的振动，而不是扬声器，扬声器只是起到了一个“驱动力”的作用，就象扬声器上真正发声的是振膜而不是线圈一样。正因为如此，所以从倒相管里发出来的声音要比扬声器所发出的声音低得多而且与扬声器的大小无关，因为管道发声的频率要比振膜发声的频率低得多。
那么“倒相”是什么意思呢？倒相是指的经过箱体的反射，从倒相管里出来的声音相位与扬声器振膜正面声波的相位相同，即与扬声器背面声波相位相反，相位被“倒了过来”。但是要搞清楚的是，这些声波来源于空气的振动，而不应理解为扬声器背面的声波被“反射回来”（有不少文章在此问题上犯错误）。
正因如此，倒相箱与密闭箱相比，有如下的优点：体积较小、低频下限是密闭箱的0.7倍、灵敏度比密闭箱高3dB、声压较高。所以在多媒体音箱这种小体积音箱上，倒相箱使用的非常多。
但是，倒相箱对于声学设计的要求远比密闭箱高得多，因为倒相箱存在一个固有的问题，就是在回放频率接近箱体的固有频率时，倒相声波会与扬声器正面声波相抵消，从而导致声压急剧下降。具体表现为倒相箱尽管低频下限较低，但接近下限时声压下降极快，而且倒相箱的瞬态，即反应速度往往要比密闭箱差。这就导致倒相箱设计不好的时候，低音虽然比较低、但很容易混浊，音质很差。
国内的大多数多媒体音箱都是倒相箱，但是真正懂得倒相箱设计的厂家并不多，很多厂家只是在音箱上开一个口子加根管子就自以为是“倒相”了，其音质惨不忍睹。对于这种箱子，倒不如用一块海绵把倒相孔堵起来，可能倒会好一些。
一些音箱使用了特殊的双曲线倒相孔，例如漫步者的R501T音箱就是如此。这是因为为了取得好的低音效果，倒相管应该长一些，但长倒相管会在高速气流下产生摩擦声。双曲线管道的流体阻力最小，能够尽量取得高速气流和气流噪声之间的平衡。
关于倒相结构的其他思考
倒相结构在国内的多媒体音箱中非常普遍，但很少有设计的出色的。究其原因，关键就在于倒相结构对于音箱声学设计的要求非常高，但国内的音箱厂家有相当多的并没有足够的箱体设计实力（有些厂商甚至连一个懂得声学的工程师都没有），很多厂商其实只是从国外买到现成的音箱产品，然后直接进行箱体测绘仿造，然后再在外观上作一些变化而已。但由于所用的箱体材料、扬声器单元、功放电路等与原品截然不同，仅仅在箱体声学结构上的仿效根本是没有意义的。效果肯定不会理想。这样的厂家还不如老老实实作密闭箱，可能还会好一点。我们甚至可以这么说——国内的厂家，作倒相箱的，不说明什么，作密闭箱的，倒比较有可能当真有技术实力。
在常见的书架式多媒体音箱中，其倒相结构有两大类——前倒相式和后倒相式，低音炮则又多了一种侧倒相式。后倒相式的音箱数量最多，因为这种箱体设计比较小，也比较美观。但是，我们在今年第三期的评测文章里讨论过这个问题，后倒相式音箱在背面有墙，且离墙至少30厘米的情况下才是有意义的。离墙太远，倒相的声音根本听不到，太近又会形成驻波（声波在遇到阻挡物后反射并与原来的声波叠加，会在某些频率有相互抵消或增强的现象，实际表现为某些频率的加强或减弱）。这对于多媒体音箱来说，摆位要求太苛刻了。所以多媒体音箱还是使用前倒相为好。
音箱的近声场设计
前面我们说过，多媒体音箱的一个重要特点，就是它是一个半自由近声场音箱。为此，多媒体音箱就需要一些完全不同于普通的HI-FI等音箱的设计。其中也包括箱体的设计。近声场设计，主要的重点是两个方面，第一是高低音的方位分离问题，而是高低音的声相位不一致的问题。
除了同轴音箱和全频带音箱以外，在任何普通的音箱上，高音和低音必然是从两个不同的扬声器中发出的，在聆听者距离很近的情况下，就可以清晰的听出高音和低音是从两个不同的方位发出的，这就是高音音方位分离问题。
要解决这个问题，方法就是尽量的缩小两个扬声器的距离，最好的办法当然就是使用同轴扬声器，但同轴扬声器的制造工艺很复杂，并非多媒体音箱所能消受的。另一种常见的方法，就是在高音扬声器上制造与低音扬声器边缘紧密结合的月牙形缺口，这样的结构能够使高音扬声器与低音扬声器振膜的距离达到最小。例如漫步者S5.1的主音箱上就使用了这种设计。
高低音使用不同的扬声器，还带来另一个问题，就是由于高音扬声器是球顶扬声器，而低音扬声器是锥盆扬声器，所以相对来说低音扬声器的振膜比较靠后，这样高音扬声器发出的声音会比低音扬声器的声音先到达聆听者的耳朵，这样，在听到某一时刻的高音时，同时听到的低音却是上一时刻的，这就是声相位不一致的问题。
解决这个问题，可以调整音箱的分频器，但是多媒体音箱大多没有使用真正的分频器。惠威公司在M-200音箱设计上使用的办法是将音箱前表面向后倾斜，这样高音单元相对就靠后一些，声相位就统一了。不过总体来说，考虑到了多媒体音箱的近声场设计问题的产品在国内市场上非常少见。
与书架箱相比，X.1音箱的设计可算是五彩纷呈，不过无论是二分频式的还是三分频式的，X.1音箱的主音箱都是密闭箱，这是因为它的低音交由低音炮来完成了。而低音炮的设计就复杂多了。
最常见的低音炮大都是普通的倒相结构，一个大尺寸低音扬声器在正面，同时在侧面或后面开设倒相孔或是方向相反。这种设计结构最简单，而且功率大低音下潜深，但在实际上，正如前面所说，倒相箱要设计好并不容易，在低音炮上由于音域范围狭窄，尤其如此，基本上说，迄今在国内的X.1音箱中，还没见过一款采用这种设计而音质无可挑剔的产品。
一种比较复杂的设计，叫做地面增压设计，简单的说，就是将扬声器的正面对着地面。在理论上说，由于地面的反射作用，能够加深低音炮的低音下潜，而且可以增加声压3DB，同时，由于低音炮与地面之间存在低通滤波作用，会净化低音的音质。但是这种设计并不是简单的将低音炮对着地就行了的。扬声器距地面的距离需要根据扬声器的参数进行精确的计算，否则音质反会变差。而且使用这种设计，扬声器口径不能太小，音箱功率也不能太小，否则低音就没有力度，其结果就是低音炮是个非常巨大的庞然大物。这种设计目前只在漫步者使用8”喇叭的R501T低音炮上见过，不过这个低音炮尽管力度不如S5.1之类的产品，但就音质而言，的确是漫步者所生产的最好的低音炮。
针对电脑音箱的小体积低音炮音质很难做好的问题，惠威公司给出了一个新的解决办法，就是制造密闭式低音炮。惠威生产的所有X.1音箱上都使用了密闭式低音炮。密闭的结构当然对于提升音质有很明显的效果，这从我们上一期评测的M-20 4.1音箱就可以看出来。但是因为密闭箱在低音表现力上的先天不足，制造密闭低音炮需要非常好的扬声器单元作为支持。而纵观国内的多媒体音箱厂家，大概除了惠威有这样的底气，其他的就不多了。
在中低档X.1音箱中，还经常可以见到这样的一种设计——外表上看不到真正的扬声器，而只能见到一个倒相孔。扬声器被埋在音箱内部。这种结构称之为ASW音箱。其结构就是扬声器在音箱内部，振膜正面和背面被隔板隔成两个腔体，正面的是一个开有倒相孔的倒相腔体，背面则是一个密封的密闭式腔体（个别低音炮还有第三个腔体）。这种结构能够在很小的腔体内取得非常低的低音，而且瞬态很好。这也是为什么众多的使用小口径单元的低音炮采用这种结构的原因。但实际上这种音箱的声学结构设计要求比倒相箱更为严格，稍有不慎声音就很容易混浊。以前创新和漫步者的几款三腔高档低音炮在这种结构设计上作的比较令人满意，但大多数产品效果都不是很好。
前一段时间，创新和罗技推出了几款新的X.1音箱，其中采用了全新的设计思想，笔者个人以为，它们采用的设计是对于多媒体音箱最适合的低音炮结构。
创新在其高档音箱上使用的结构称之为SLAM结构。整体来看，基本结构类似ASW低音炮。也是双腔体结构，使用的是6”的低音扬声器。而与ASW不同的是，创新没有使用倒向孔，而是在相当于倒相孔的位置上安装了一个8”的空纸盆（即只有振膜没有音圈的扬声器）。这样的结构具有与ASW结构相同的低下潜和大功率效果，而空纸盆又减少了气流噪声并利用本身的固有频率起到了一个低通滤波的作用，是一种使用空纸盆倒相（又称被动辐射式音箱，是一种用空纸盆代替倒相孔的倒相式音箱）的ASW音箱。所以尽管创新的SLAM低音炮体积很小而且只用了6”的扬声器，但低音力度不亚于很多大体积低音炮而且声音极为纯净。
罗技在其最新的Labtec-424音箱（本刊上期曾有评测）上使用的结构更为特殊，罗技称之为“双音室被动反射式”设计。外观来看，与创新的SLAM结构颇为类似，只是罗技的设计中，扬声器背面的腔体是与前面的腔体连通的，也就是说，它的两个腔体都是倒相式腔体。这种结构实质上是一种使用空纸盆倒相的“双腔体带通音箱”。在同等的声音功率下，它的体积能够比创新的SLAM结构更小，反应也更灵敏。事实上，Labtec-424音箱所使用的低音炮极小，但发出的低音力度之强却几乎令人不能忍受。
这两种低音炮结构堪称是最有希望的设计结构，因为它们对用料的要求不高（创新和罗技的两款低音炮都非常轻），体积和功耗也很小，但低音效果却惊人的好。不过它们的结构复杂，特别是需要精心选择的空纸盆，对于大多数没有独立的扬声器生产能力的国内厂商来说，似乎勉为其难了。
总体来说，在音箱的箱体设计上，较复杂的结构在理论上能够有更好的声音表现，但这需要对声学精通的设计人员。对于大多数的国内音箱厂商来说，越是简单的箱子倒是可能会做得好一些。音箱箱体的结构就讲到这里，下面我们来谈谈音箱的灵魂——扬声器单元。

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