喇叭音腔設(shè)計(jì)原理及與射頻天線的對(duì)比

關(guān)于喇叭的音腔設(shè)計(jì)，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(dǎo)。我們知道的音腔設(shè)計(jì)，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(kāi)的太大，若開(kāi)的太大，會(huì)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(méi)有問(wèn)過(guò)為什么。

本人試著用射頻理論推導(dǎo)喇叭音腔設(shè)計(jì)：
對(duì)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(chǎng)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(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(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(guò)以上，我們基本上清楚，喇叭跟天線具有類(lèi)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(lái)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(gè)例子，我們用手拍空氣，對(duì)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(duì)空氣做功也等于0。
對(duì)空氣做功其實(shí)就是對(duì)空氣發(fā)聲，假如這個(gè)頻率在我們能夠聽(tīng)到的范圍內(nèi)，就是聲音了。
那么通過(guò)上面的例子可以說(shuō)明，用手對(duì)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(duì)外界做功的功率，F(xiàn)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(duì)外做功，只有兩個(gè)值乘積項(xiàng)決定對(duì)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)力線圈，振膜決定這個(gè)扇子的面積大小，動(dòng)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(gè)喇叭，在喇叭振膜，電能信號(hào)的頻率一定的情況下，我們來(lái)描述這個(gè)音響系統(tǒng)應(yīng)該如何提高輸出能量：

對(duì)比P＝F×V公式，我們對(duì)喇叭提出一個(gè)具體對(duì)外做功的簡(jiǎn)易公式。

因?yàn)镕正比振膜面積（S），所以寫(xiě)成F＝K×S，K為系數(shù)。
V由喇叭的動(dòng)力線圈決定，動(dòng)力線圈的動(dòng)力由電場(chǎng)產(chǎn)生，動(dòng)力線圈的阻力由兩部分產(chǎn)生，一是空氣對(duì)振膜的阻力（K×S），反對(duì)振膜震動(dòng)，而是喇叭自身振膜的彈力反對(duì)振膜震動(dòng)（Fz）。
對(duì)于音響系統(tǒng)來(lái)說(shuō)K×S一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fz。這個(gè)原因如下。看一個(gè)音響系統(tǒng)，動(dòng)不動(dòng)就是100W之類(lèi)的，而聲音大小也沒(méi)有多少，據(jù)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(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(dòng)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?hào)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(xiàn)在的空氣密度增加一倍，則K增加一倍，假如只對(duì)一部分空氣做功，則產(chǎn)生的力就能提升，這是因?yàn)榭諝鈩?dòng)力學(xué)原理dV/V=dF/F,也就是說(shuō)在一定的空間內(nèi)對(duì)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?jiǎng)澇鲆徊糠挚諝?，提高K值，讓喇叭對(duì)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(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(duì)于2，3都可以類(lèi)似的分析，對(duì)于2，還需要分析聲音的相位問(wèn)題，因?yàn)槔扔袃擅妫梢援?dāng)作兩個(gè)音源來(lái)考慮，相位差180°，對(duì)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(duì)便攜式小音腔設(shè)計(jì)，比如手機(jī)，隨身聽(tīng)之類(lèi)。