喇叭音腔設計原理及與射頻天線(xiàn)的對比

關(guān)于喇叭的音腔設計，基本上我們停留在一個(gè)概念上，而沒(méi)有一套完整的理論指導。我們知道的音腔設計，往往是如下的理解：
1：要有音腔，起擴音用，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，則導致低音很差。
3：音腔孔不能開(kāi)的太大，若開(kāi)的太大，會(huì )導致音量變小。

以上三點(diǎn)是我們最常關(guān)心的，我們往往按要求去做，沒(méi)有問(wèn)過(guò)為什么。

本人試著(zhù)用射頻理論推導喇叭音腔設計：
對比天線(xiàn)與喇叭
天線(xiàn) 喇叭
媒質(zhì) 真空 空氣
作用 電能轉換成電磁場(chǎng)能量電能轉換成聲音能量
主要器件天線(xiàn) 喇叭
附屬器件天線(xiàn)自身及匹配電路音腔
原理 電磁波理論 震動(dòng)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
結論只有合適的天線(xiàn)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(guò)以上，我們基本上清楚，喇叭跟天線(xiàn)具有類(lèi)似的功能，就是起能量轉換作用，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，接下來(lái)我們主要討論音響系統是如何獲得最大能量的。


先舉一個(gè)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(dòng)，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(gè)頻率在我們能夠聽(tīng)到的范圍內，就是聲音了。
那么通過(guò)上面的例子可以說(shuō)明，用手對空氣做功有一個(gè)極點(diǎn)，也就是說(shuō)有一個(gè)最大值。我們用以下公式來(lái)看：
P＝F×V

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

接下來(lái)我們看看喇叭是不是跟手一樣，就是一個(gè)振膜加一個(gè)動(dòng)力線(xiàn)圈，振膜決定這個(gè)扇子的面積大小，動(dòng)力線(xiàn)圈相當于人的力。

因為喇叭的振膜是不可能變的，除非換個(gè)喇叭，在喇叭振膜，電能信號的頻率一定的情況下，我們來(lái)描述這個(gè)音響系統應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(gè)具體對外做功的簡(jiǎn)易公式。

因為F正比振膜面積（S），所以寫(xiě)成F＝K×S，K為系數。
V由喇叭的動(dòng)力線(xiàn)圈決定，動(dòng)力線(xiàn)圈的動(dòng)力由電場(chǎng)產(chǎn)生，動(dòng)力線(xiàn)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(dòng)，而是喇叭自身振膜的彈力反對振膜震動(dòng)（Fz）。
對于音響系統來(lái)說(shuō)K×S一般遠遠小于Fz。這個(gè)原因如下?？匆粋€(gè)音響系統，動(dòng)不動(dòng)就是100W之類(lèi)的，而聲音大小也沒(méi)有多少，據說(shuō)一個(gè)人一年高聲唱歌，產(chǎn)生的能量只能燒一壺水，可見(jiàn)聲音的能量還是很少很少的，絕大部分的音響系統，它的能量都消耗在喇叭上，發(fā)熱了。
所以空氣不能影響動(dòng)力線(xiàn)圈，可以認為V一定。

那么公式就成了P＝K×S*V
因為信號一定，喇叭的振膜面積S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，這是因為空氣動(dòng)力學(xué)原理dV/V=dF/F,也就是說(shuō)在一定的空間內對空氣做功，空氣體積的變化跟力的變化成正比。這個(gè)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(gè)空間中，在這兒音腔當作了能量傳遞的中間環(huán)節。

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(lèi)似的分析，對于2，還需要分析聲音的相位問(wèn)題，因為喇叭有兩面，可以當作兩個(gè)音源來(lái)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計，比如手機，隨身聽(tīng)之類(lèi)。