喇叭音腔設(shè)計原理及與射頻天線的對比

關(guān)于喇叭的音腔設(shè)計，基本上我們停留在一個概念上，而沒有一套完整的理論指導(dǎo)。我們知道的音腔設(shè)計，往往是如下的理解：
1：要有音腔，起擴(kuò)音用，至于為什么要有音腔，則不明白。
2：音腔要求密封，若密封不好，則導(dǎo)致低音很差。
3：音腔孔不能開的太大，若開的太大，會導(dǎo)致音量變小。

以上三點(diǎn)是我們最常關(guān)心的，我們往往按要求去做，沒有問過為什么。

本人試著用射頻理論推導(dǎo)喇叭音腔設(shè)計：
對比天線與喇叭
???????????????????? 天線?????????????????????????????????? 喇叭
媒質(zhì)???????????? 真空?????????????????????????????????? 空氣
作用??????????? 電能轉(zhuǎn)換成電磁場能量????電能轉(zhuǎn)換成聲音能量
主要器件????天線??????????????????????????????????? 喇叭
附屬器件????天線自身及匹配電路????????音腔
原理??????????? 電磁波理論?????????????????????? ?震動波理論
目的????獲得最大的能量輸出，合適的頻響??最大的能量輸出，合適的頻響
結(jié)論????只有合適的天線和合適的匹配電路，才能獲得最大的能量和合適的頻響????只有高效的喇叭和合適的音腔，才能獲得最大的能量和合適的頻響

通過以上，我們基本上清楚，喇叭跟天線具有類似的功能，就是起能量轉(zhuǎn)換作用，其中喇叭是關(guān)鍵器件，它是電能到聲能的根本，但是附屬器件音腔決定了它的最大輸出功率和頻率響應(yīng)，接下來我們主要討論音響系統(tǒng)是如何獲得最大能量的。


先舉一個例子，我們用手拍空氣，對空氣做功基本上等于0，假如我們拿一把特別大的扇子，扇不動，對空氣做功也等于0。
對空氣做功其實(shí)就是對空氣發(fā)聲，假如這個頻率在我們能夠聽到的范圍內(nèi)，就是聲音了。
那么通過上面的例子可以說明，用手對空氣做功有一個極點(diǎn)，也就是說有一個最大值。我們用以下公式來看：
P?＝?F?×?V
?

P為功率，對外界做功的功率，F(xiàn)為力的大小，V為速度。
這個公式說明F太小，或者V太小，都不可能對外做功，只有兩個值乘積項(xiàng)決定對外的功率。

接下來我們看看喇叭是不是跟手一樣，就是一個振膜加一個動力線圈，振膜決定這個扇子的面積大小，動力線圈相當(dāng)于人的力。

因?yàn)槔鹊恼衲な遣豢赡茏兊?，除非換個喇叭，在喇叭振膜，電能信號的頻率一定的情況下，我們來描述這個音響系統(tǒng)應(yīng)該如何提高輸出能量：

對比P?＝?F?×?V公式，我們對喇叭提出一個具體對外做功的簡易公式。

因?yàn)镕正比振膜面積（S），所以寫成?F?＝?K?×?S，K為系數(shù)。
V由喇叭的動力線圈決定，動力線圈的動力由電場產(chǎn)生，動力線圈的阻力由兩部分產(chǎn)生，一是空氣對振膜的阻力（K×S），反對振膜震動，而是喇叭自身振膜的彈力反對振膜震動（Fz）。
對于音響系統(tǒng)來說K×S一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fz。這個原因如下。看一個音響系統(tǒng)，動不動就是100W之類的，而聲音大小也沒有多少，據(jù)說一個人一年高聲唱歌，產(chǎn)生的能量只能燒一壺水，可見聲音的能量還是很少很少的，絕大部分的音響系統(tǒng)，它的能量都消耗在喇叭上，發(fā)熱了。
所以空氣不能影響動力線圈，可以認(rèn)為V一定。

那么公式就成了P?＝?K?×?S?*?V
因?yàn)樾盘栆欢ǎ鹊恼衲っ娣eS也一定，若想改變P，則只能改變K，目的是提高K，其實(shí)K就由音腔決定，如下：
假如我們現(xiàn)在的空氣密度增加一倍，則K增加一倍，假如只對一部分空氣做功，則產(chǎn)生的力就能提升，這是因?yàn)榭諝鈩恿W(xué)原理dV?/?V?=?dF?/?F,也就是說在一定的空間內(nèi)對空氣做功，空氣體積的變化跟力的變化成正比。這個就是音腔原理，就是要劃出一部分空氣，提高K值，讓喇叭對這部分空氣做功，產(chǎn)生聲音，之后這部分能量再傳到整個空間中，在這兒音腔當(dāng)作了能量傳遞的中間環(huán)節(jié)。

以上合理的解釋了上面提到的第一點(diǎn)，為什么要有音腔，對于2，3都可以類似的分析，對于2，還需要分析聲音的相位問題，因?yàn)槔扔袃擅?，可以?dāng)作兩個音源來考慮，相位差180°，對于第三點(diǎn)，可以整合到第一點(diǎn)里，都是影響K值。

主要針對便攜式小音腔設(shè)計，比如手機(jī)，隨身聽之類。