[原创] 倒相箱/倒相管探析 - 基础理论室 - 声学楼论坛

● 倒相箱原理并非“驻波”（波导）——而是“亥姆霍茨共鸣器”，两者有本质区别——前者（驻波）属于“分布参数系统”振动，产生“并联共鸣”；后者属于“集中参数系统”振动，产生“串联共鸣”。

● 倒相箱—— Phase-inverted Box （简称 PIB），倒相管—— Phase-inverted Pipe （简称 PIP）——故倒相箱的共鸣频率可称之为fop。

● 倒相箱——f = fop时（阻性），为“力阻控制区”，气流速度v与f无关；f＞fop时（感性），为“质量控制区”，加速度a与f无关；f＜fop时（容性），为“弹性控制区”，振幅A与f无关。

倒相箱“串联共鸣”fop时（力阻控制区），Rm为主导，v=F / Rm——故↑Rm，气流速度v ↓（F一定），则雷诺数Re↓（Re =ρv d /μ），“湍流”↓。

“↓湍流”——是倒相箱设计的主要难题之一，湍流可产生“气流噪声”/ ↑失真，↑能耗/↓效率——↓湍流，关键在于↓倒相管气流速度v。

● 与扬声器相同，倒相管空气柱也有Q值（品质因数/共振锐度）——圆形倒相管Qp最大，矩形倒相管Qp↓——相同面积，圆形倒相管“湿周长”最小，气流与管壁摩擦力Rm↓/ Qp↑；矩形棱角Rm↑/ Qp↓。

采用矩形或不规则形状的倒相管可以↑Rm，↓“气噪”——Rm↑，速度v↓，Re↓——但处理不当容易发生“转捩”，↑湍流（尤其输入功率PIN↑时）。

扬声器Q0↓，倒相管“气噪” ↑ ——实际上是因为Q0↓，扬声器“串联共振”效率↓（Q0＜0.5为“过阻尼”），则不得不↑输入功率PIN（一般大都采用“↓Q0 /↑ RMS”设计）—— ↑输入功率PIN，则I↑/ F↑（F=BIL），扬声器振动速度v↑，倒相管气流速度v↑（v=F / Rm），Re↑，易产生湍流。

B&W 600系列倒相管采用流线型设计，表面“凹孔”内空气阻尼D可↑Rm /↓气流速度v ——则湍流↓，噪声↓，失真↓。

● 倒相箱/倒相管的几何尺寸远小于低频声波波长——故“串联共鸣”fop时，气流会以很大的速度/强度从倒相管中“弹射”出来，但并不会形成冲击波——因为倒相管中气流速度v小于声速C0（Ma＜1）。

Ma＜1，则S↓/v↑（流体“连续性方程”）——S↓，则管径d↓；v↑，则p ↓（伯努利方程）——故d↓/ p↓/v↑。

实际上，综合采用“↑压强P /↑Rm”的方式，控制气流速度v以↓湍流——比单纯“↑Rm”更有效——d↑/ p↑/v↓，v ↓，则Re↓/湍流↓。

“双曲线”形倒相管——管径d逐渐↑，d↑/ p↑/v↓；管口d↑/S↑，则辐射阻Rr↑，v ↓——v ↓，则Re↓，湍流↓。

● 倒相管管径d↓——管壁粘滞层对气流速度的影响↑，则Rm↑/ v ↓；但d↓/ p↓/v↑，Re↑——故细管比粗管易产生“气噪”（湍流↑）。

倒相管管长L↑——管壁Rm↑，沿程损失↑，则v ↓，故短管比长管易产生“气噪”。

● 倒相管可采用“变压管”设计——“增压管”管径d逐渐↑，d↑/ v↓/p↑，则Re↓；但d↑，管壁Rm↓/ v↑/ Re↑——“减压管”管径d逐渐↓, d↓/v↑/p↓，则Re↑；但d↓，管壁Rm↑/v↓/Re↓。

故应综合Rm / v / p等因素考虑，才能化解矛盾，获得一种平衡——相对于均匀管，“变压管”Rm / v / p等不断变化，如果处理不当，更容易发生“转捩”，湍流↑。

●“声短路”（Acoustic Short Circuit）——振动方向相反的两列声波在空间相遇后相互抵消的现象，声压级SPL为零。

由两个相距很近，以相同振幅/相反相位（相差180°）的小球源组成的“声偶极子”可以产生“声短路”（尤其是低频）——“声短路”会导致电声转换效率下降。

由于“声短路”问题，一般扬声器系统都采用封闭式音箱结构（相当于无限大障板）——虽然避免了“声短路”——但却无法利用扬声器背面的辐射声能，效率低。

低频扬声器系统大多采用“亥姆霍兹共鸣器”（如倒相箱）改善低频响应，同时利用扬声器背面的辐射声能——但声辐射效率提升的带宽很窄，仅限于共鸣频率附近。

实际上，倒相箱共鸣频率之外——扬声器振膜正面与背面声辐射其它频率的声波，都可能会通过倒相管发生“声短路”。

“声短路”会导致辐射效率下降/低频响应变差——“声短路”还会影响到音质与音色（如结像力/解析度/声音质感/层次感/动态范围等方面）。

[此贴子已经被作者于2017-07-22 07:22:10编辑过]

主题：[原创] 倒相箱/倒相管 探析

主题：[原创] 倒相箱/倒相管探析