家用声学系统剖析:材料和声学设计

这是专门针对扬声器系统的一系列新文章。 由于主题非常广泛,因此我们决定创建一系列文章,以反映购买发言人时的选择标准。 这篇文章致力于车身材料的声学特性和声学设计。 这篇文章对于那些面对演讲者选择的人特别有用,同时也为想要在自己的DIY实验过程中创建自己的演讲者的人们提供信息。



据信影响扬声器声音的决定性因素之一是外壳材料。 PULT专家认为,这一因素的价值通常被夸大了,但是,它确实很重要,不能被注销。 决定扬声器声音的一个同样重要的因素(在许多其他因素中)是声学设计。

我警告您,在材料上并没有链接到像坦率的牛仔裤那样的商品,而是作为示例(我希望没有人受到伤害),所有内容都严格在主题的范围内。

材料:从塑料到花岗岩和玻璃


塑料-便宜,开朗,但能引起共鸣


塑料通常用于生产廉价扬声器。 塑料外壳轻巧,大大提高了设计人员的能力,由于采用了铸造,几乎可以实现任何形式。 不同类型的塑料的声学特性差异很大。 在生产高质量的家庭声学中,塑料不是很流行,而对于轻量化和设备移动性很重要的专业样品则是一种需求。

(对于大多数塑料,吸声系数从125 Hz时的0.02-0.03到4 kHz时的0.05-0.06)


如果您面临塑料制成的家用音响的机会,则有90%的机会,这对于不太熟练的用户来说是一个预算选择,或者是与MDF和刨花板类似物成本相当的样品。 当体积增加到60-90%时,厚度和密度不足的设备的塑料外壳将开始产生共振并发出嘎嘎声。 在高质量的扬声器中,通过计算出的厚度和合适的材料声学特性,“寄生”中频共振被最小化,但是,这种扬声器的成本几乎等于其他材料的类似物。 要想从预算有限的塑料扬声器中榨取足够深的深度,即使是令人惊讶的均衡也无济于事。


具有良好功能和诱人价格的家用音响“塑料兄弟会”的典型代表: 架子音箱JBL Jembe black

木头-从砍伐到金耳朵


由于其良好的吸收性能,木材被认为是制造立柱的最佳材料之一。
(木材的吸声系数取决于种类,从125 Hz时的0.15-0.17到4 kHz时的0.09)

用于扬声器生产的阵列和单板相对很少使用,并且通常在HI-End细分市场中有需求。 由于可制造性低,材料不稳定和成本过高,木制扬声器逐渐从市场上消失了。


有趣的是,要制造出满足最复杂听众要求的真正高质量的扬声器,技术人员必须在切割阶段选择材料,例如在生产声学乐器时。 后者与木材的特性有关,从树木生长的区域开始,一切都很重要,最后是存储木材的房间的湿度,温度以及干燥时间等。 后者的情况使DIY的发展变得复杂,在没有特殊知识的情况下,业余爱好者创建木制扬声器注定要通过反复试验来行事。


事实上,无论是否满足上述条件,此类音响的制造商都不会报告,因此,任何木制系统都需要在购买前仔细聆听。 来自同一品种的相同型号的两个扬声器很有可能会在声音上稍有不同,这对于某些要求苛刻,金耳朵丰满的听众来说尤其重要。


单位可以使用来自一系列有价值物种的色谱柱;其成本是天文数字。 你卑微的仆人听到的一切听起来都很棒。 但是,以我的主观务实的观点,它与价值不成比例。 有时,精心设计的由胶合板和MDF制成的外壳在音乐上也同样如此,但是对于许多发烧友来说,“不是树” =“不是真正的高端”,对于某些“不是树”状态,根本不允许这样做,或者室内设计会变质。


我相信我们目录中最好的木制系统之一是:
落地音箱Sonus Faber Stradivari Homage石墨 (价格对应)

胶合板-几乎是一棵树,如果不飞越北京


用于生产隔音罩的胶合板具有10到14层,并且在声学性能,尤其是吸声方面几乎与木材一样好,而它比木材便宜一些,加工技术更多,比刨花板和MDF更容易。 由于材料的结构,多层胶合板可以很好地抑制不必要的振动。

(12层胶合板的吸声系数从125 Hz时的0.1-0.2到4 kHz时的0.07)

像木材一样,胶合板用于相当昂贵的产品中,有时用于高端产品。 胶合板扬声器的成本不会比阵列扬声器低很多,而且质量相当。


在某些情况下,制造商宣布为“胶合板”的箱子由刨花板和MDF制成。 因此,具有胶合板或木箱的扬声器的低价格应引起注意。 许多小型的亚洲制造商会定期更改其名称并主要在网络上进行交易,制造出组合箱,其中包括几个小但引人注目的胶合板(木)元素,而主要部分是由刨花板制成。


在由胶合板制成的扬声器中,我尤其要强调这一点: 架子扬声器Yamaha NS-5000

刨花板-厚度,密度,湿度


刨花板的价格可与塑料媲美,但没有塑料外壳固有的许多缺点。 刨花板最重要的问题是强度低,材料质量足够高。


刨花板中的吸声是不均匀的,在某些情况下可能会发生中低频共振,尽管其发生的可能性低于塑料。 有效抑制共振可以使镀层厚度超过16 mm,达到所需的密度。 应该注意的是,与塑料一样,特定刨花板的性能非常重要。 重要的是要考虑材料的密度和湿度,因为不同的刨花板在这些参数上有所不同。 厚而致密的刨花板用于制作工作室监视器的情况并不少见,这表明在生产专业设备时需要材料。

值得注意的是,DIY兄弟会的同志可以使用密度至少为650-820 kg /m³(板厚为16-18 mm),湿度不超过6-7%的刨花板来制作扬声器。 不遵守这些条件将严重影响扬声器的音质和可靠性。


在家用扬声器值得的芯片选择中,我们的专家与众不同: Cerwin-Vega SL-5M

MDF:从家具到音响


如今,MDF(中密度纤维板,中密度纤维板)被广泛使用,其中,MDF是最常见的现代声学材料之一。


MDF普及的原因是材料的物理特性,即:

  • 密度700-800千克/立方米
  • 125 Hz时的吸声系数0.15-4 kHz时的吸声系数0.09
  • 湿度1-3%
  • 机械强度和耐磨性

该材料制造便宜,具有可与木材特性相媲美的声学特性,而板材对机械损伤的抵抗力则稍高。 MDF具有足够的扬声器外壳声学刚度,并且吸声对应于产生HI-FI声学所需的参数。


MDF和刨花板之间的视觉差异


在我看来,在MDF声学中,有很多出色的系统在价格/质量方面都是最佳的:

Yamaha NS-BP182钢琴黑 -书架
焦点合唱726-地板

铝合金-设计与精密设计


AS生产中最常见的金属是铝以及基于铝的合金。 一些作者和专家认为,铝制外壳可以减少共振,并改善高频传输。 铝合金的吸音系数不高,约为0.05,但是比钢的吸音系数好得多。 为了减少外壳的振动,增加声音吸收并防止有害的共振,制造商使用了夹心板,在两块铝板之间放置了一层高分子量聚乙烯树脂或其他低密度材料(如粘弹性)。


对于廉价的铝制扬声器,制造商通常不会依赖于设计而损害声音:因此,声学特性尚不理想。 有时,此类声学的用户会抱怨由于外壳吸声不足而产生的声音失真。 由于波被很好地反射和吸收的事实,因此外壳设计的精确计算,使用的发射器,滤波器的选择以及各个零件的连接质量在金属声学中非常重要。


在听起来不错的铝制扬声器中,声音给我留下了特别深刻的印象:

Canton CD 310白色高光泽度 (价格令人印象深刻,但并不高昂

以金条价格出售石材-花岗岩板


石材是生产隔音罩的最昂贵的材料之一。 无可挑剔的反射和振动共振现象的实际不可能使这些材料在特别苛刻的听众中广受欢迎。



大多数岩石具有稳定的吸声系数,例如,对于花岗岩,整个声音频率的吸声系数为0.130,而对于石灰石则为0.264。 制造商尤其欣赏吸音率更高的多孔岩石。

用石板制造DIY音响几乎是不可能的,因为这不仅需要在音响和石材加工方面有丰富的知识,而且还需要非常昂贵的设备(尚无人发布家用3-D石材铣床)。


为了生产串行扬声器,使用了花岗岩,大理石,板岩,石灰石,玄武岩等岩石。 这些岩石具有相似的声学特性,并且经过适当的处理成为真正的艺术品。 并非经常使用石盒来产生景观声学效果,在这种情况下,在原石上会形成一个空腔以容纳发射器,发射器中安装了紧固件(通常是定做的)。

石材有两个主要问题:成本和重量。 石头扬声器的价格可能高于其他任何具有类似特征的扬声器。 某些地板系统样品的重量可能达到40公斤或更多。

玻璃透明度和音质


原始解决方案是创建玻璃制成的扬声器。 只有两个公司Waterfall和SONY在此问题上取得了成功。 从设计的角度来看,这种材料很有趣,声学玻璃会产生某些问题,主要是上述公司已学会解决的共振形式,甚至还有参考选择。


透明奇迹的价格也很难让人负担得起;后者与低技术效力和高生产成本有关。

在这些令人印象深刻的玻璃样品中,我可以推荐: Waterfall Victoria Evo

声学设计-盒子,管子和喇叭


声学设计对于在扬声器中准确传输声音同样重要。 我将讨论最常见的类型(很自然地,可以根据特定的模型组合某些类型,例如,列的反相器部分负责低频和中频范围,而号角则用于高频)。

相逆变器-最主要的是管道的长度


反相器是声学设计中最常见的类型之一。 通过正确计算管道长度,孔截面和阀体体积,该方法可以获得较高的效率,最佳的频率比并增强较低的频率比。 反相原理的实质是在外壳的背面放置一个带有管道的孔,使您可以与扩散器正面产生的波同相地产生低频振荡。 在创建2.0和4.0系统时,通常会使用相逆变器类型。


为便于在创建自己的扬声器时进行计算,使用特殊的计算器很方便,我从链接中引用了其中一种。

在HI-END理念中,对于反相器系统存在极其激进的,毫不妥协的判断,我引用其中之一,但未加评论:

“当然,敌人1号是声音路径中的非线性放大元件(进一步,每个人,从教育的角度来看,都知道哪些元素线性度更高,哪些元素线性度更低)。 敌人2是低音反射。 低音反射被设计为挥霍,应该允许一个小的廉价扬声器在护照上写50 ... 40 ... 30,甚至20 Hz也会以-3dB的水平发生变化! 但是低音反射的较低频率范围不再与音乐相关,或者说,低音反射是一支唱自己旋律的管道。”

封闭式抽屉-棺材超低价


对于许多制造商而言,经典的选择是将封闭式扬声器箱放置在表面的普通封闭式盒子中。 这种声音对于计算很简单,而这种设备的效率却不高。 而且,由于不采用能够放大底部的附加元件的封闭系统(相变器,谐振器),在封闭系统中,箱体不建议使用明显低的扬声器,因此很难表示20至350 Hz的频谱。


许多音乐爱好者都喜欢封闭式,因为它的特点是频率响应相对平坦,并且再现的音乐资料具有真实的“诚实”传递。 大多数录音室监视器都是采用这种声学设计制作的。

带通(封闭的谐振器盒)-最主要的是不要嗡嗡叫


创建低音炮时,带通获得了分配。 在这种声学设计中,发射器隐藏在外壳内部,而盒子的内部则通过相逆变器的管道连接到外部环境。 发射极的任务是激发低频振荡,这要归功于相位逆变器的管道,其幅度会增加很多倍。


通过正确设计这种类型的设计,就不会出现诸如低嗡嗡声,嗡嗡声等寄生回声,这在这种类型的预算系统中并不罕见。

开放式房屋-没有多余的墙壁


如今是一种相对罕见的声学设计,其中外壳的后壁反复打孔或完全没有。 这种类型的设计用于减少影响扬声器频率响应的外壳元件的数量。


在开放式抽屉中,前壁对声音的影响最大,从而降低了身体其余部分引入失真的可能性。 当侧壁不宽时,侧壁的贡献(如果结构中存在)最小,并且不超过1-2 dB。

喇叭设计-困扰冠军的数量


喇叭声设计通常与其他类型组合使用(特别是用于高频发射器的设计),但是,也有原始的100%喇叭设计。


喇叭扬声器的主要优点是与灵敏扬声器组合使用时,音量较高。


出于以下几个原因,大多数专家对喇叭的声学效果并不怀疑:

  • 建设性和技术复杂性以及相应的高组装要求
  • 要创建具有均匀频率响应的号角扬声器几乎是不可能的(成本在10 kgbax或更高的设备除外)
  • 由于号筒不是谐振系统,因此无法校正频率响应(对于打算复制高音号筒的DIY制造商而言是负号)
  • 由于号角声学波形的特殊性,音量非常低
  • 绝大多数相对较低的动态范围
  • 给出大量特征性泛音(某些发烧友被认为是一种美德)。


在发烧友寻求“神圣”声音的过程中,对喇叭系统的要求最为严格。 这种倾向性的方法使古旧的号角设计获得了新生,现代制造商能够找到常见的号角问题的原始解决方案(有效,但极其昂贵)。

现在就这些了。 像往常一样继续进行,但是“摊牌”肯定会显示...对于未来,我将宣布:发射器,功率/灵敏度/房间的体积。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN401825/


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