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用流体力学中的现象去理解音箱系统重放的问题

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发表于 2019-2-17 12:47 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
本帖最后由 甩袖汤 于 2019-2-17 12:49 编辑

以下这段文章准备同步发到胆艺轩全频论坛上。可那里才注册,新手不让发。

我根本不懂流体力学,只是借助于常识中流体运动中的现象来理解或解释音箱系统重放中的某些问题,当然可能全是不对的。


在这里发一个帖子是因为这里玩全频的比较多,而我弄房子后,会把手里的一些全频装起来。可能会参考各种全频单元的使用方法,以得到不同观点老烧们的参考意见。


流体力学,除了液体,也包括气体研究范畴,有流体动力学,也有流体静力学。从音箱系统重放来说,眼睛观察到的流体静力学中的很多现象更加能理解好音箱系统重放的问题。那么,我们用什么来观察和理解?用一个泳池中的水!把室内空气当做一个泳池中的水来理解声音从音箱系统传到人耳的状况。


一、基本常理:声音靠空气介质传播,如果真空,听不到声音的。另外,声波在空气中传播是疎密波。


二、人耳听到的声音,是疎密波传输到人耳的时候,疏密波在耳膜上产生压强变化大小,最终变为力让耳膜震动而让人感知到的。就好像你站在泳池中,不远距离跳进一个人,让水对周围产生推力,推力传到你的身体上被感知到一样。如果水是静止的,那对你身上只有静态的压力,平衡时你觉察不到变化。同样,音箱发出声音,一定要使空气流动起来产生疏密的力量感,你才可以听到声音。用这个理解低频,就特别直观了,实际上高音也差不多,但实际上低频更好理解,也是我们考虑音箱系统声音的关键。


三、流体力学中有一个质量守恒假设,或者说概念。就是一个与外界开放的空间,流进与留出的介质质量是相同的。如果封闭起来,那么,流体中的运动会遵循各等位面高低补齐(压强趋于稳定一致)的方向走。举个例子,你用手在泳池中向你对面一个人的方向推水,你手心刚刚将水推出去,马上,那推高了的水就向手背后面流回去了。也就是说,你想把水推远一点,但它没有像你想象的那样走得很远。对面的人根本没有感觉到你推的水到了他的身边。好了,理解到了这里,就能够理解障板的问题了。假如你的手是一个活塞,装在水中障板上上,活塞推出去的水不会直接流到后面水位较低的地方,那推出去的水就走向了对面的人,让他感知到了。这就是平面障板的情况。


四、窄障板怎么回事?平面窄障板其实和没障板差不多,好一点点而已。本质没差别。但林奎茨的H障板不同。我没有去到林奎茨网站上学习,不知道他是不是这样想的。但有朋友把林奎茨的H障板理解等效为平面障板,我觉得不够。林奎茨的H障板中的两翼,相当于流体的导流板,也就是说,低频推动的气流,沿着这个导流板向前冲出,有一定的方向性,低频气流在其向前方向,能冲到更加远方一些,而不是平面障板中,低频单元要推动障板前面更多的空气介质的质量。因此,单纯从声波绕到后面的长短距离来等效还是不够的。所以,林奎茨的H障板是能让疏密运动的空气传播到更远的方式,或者说,它能让整池的水能有更大动荡的范围。或者说,你能在更远的地方听到同样频率的低频声。所以,即便是后开口箱,同样的翼宽,H型可能仍然好于后开口子箱。


五、窄障板低频反装且反接的道理。低频用两个单元反向而装,且反接,其目的就是让障板前后的空气介质荡起来,形成整个空间的空气震荡。自然扩大了低频声波的传播范围。


六、无限大障板或者装在一个房间内墙上(屁股在另外一个房间)的喇叭,效果如何?我没有试验过,纯粹凭概念想象,还是要差些。因为这个房间内空气质量是不变的,喇叭纸盆运动只能压缩这个房间内的空气,是有阻力的。因此,让这个房间内空气荡起来就需要额外的力,所以,不如单元在一个房间内好。F0肯定会上升的。


七、非障板下的箱体系统是这么样的?箱体系统在一个房间内,箱外和箱内的空气处在同一个空间内,喇叭单元让内外空气反相分别压缩,才会让房间内的空气荡起来,效率肯定比障板要低。


八、障板分频系统的选择。我个人认为,以目前全频单元的素质,用障板系统的话,两分频已经足够了。即全频单元全频播放(或切掉人声以下的低频),外加超低。过去说低频单元质量好不不好,主要考虑到其中频的水准,如果低频只负责超低,则可选单元就比较多了。长冲程,超低部分比计较平坦就差不多,推出去的空气质量足够多,基本没问题。特别是在电分情况下,可以与全频分的比较清楚。我用声卡做分频,已经可以分得很好,也很容易调。


九、高效率与低效率单元系统的选择。我倾向于高效率系统,因为其他方面的投入减小很多。


十、低频单元尺寸?主要考虑谐振频率,Qts。冲程长,尺寸可小点,其实,同频率下声压大小主要是靠推动的空气量决定的。用电分后低频单元功率可调整,这就好做多了。所以,H窄障板,二分频电分,全频单元可以附加一个超高,是一个投入比较适当的方案。
发表于 2019-2-17 13:14 来自手机 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
强!很合理的方案
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发表于 2019-2-17 15:02 | 显示全部楼层 来自 浙江省温州市
学习了
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发表于 2019-2-17 20:41 | 显示全部楼层 来自 河南省洛阳市
好深奥哦,就像量子理论,如果能配个演示动画什么的或许看的会更明白一点,不过声音学确实是一门独特的科学,比如有种低音听不到,却能感觉到物体的振动?楼主不错的新思想、新观点、新探索。
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发表于 2019-2-17 20:48 | 显示全部楼层 来自 广东省广州市
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发表于 2019-2-17 21:32 | 显示全部楼层 来自 湖南省长沙市
很久没看到甩师傅啦,顶一个
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发表于 2019-2-17 21:49 | 显示全部楼层
甩师傅啊
这个贴赶紧做来前排拜读下
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发表于 2019-2-17 23:22 | 显示全部楼层 来自 湖南省株洲市
本帖最后由 tts43 于 2019-2-17 23:27 编辑

无限大障板或者装在一个房间内墙上效果如何?你会得到一个箱体体积和房间一样大的密闭箱。障板的效果在于开多少,而不在于档多少,挡只是为了解决声短路的不得已方式。你到林奎兹的网站去看,讲的都是扩散面。传统音箱的单向扩散,障板的双向扩散。虽然胆艺轩在几年前经历了全员大障板的时代,但是目前大品牌商业化的障板无一例外是窄障板,从jomo到静电。h型也不是必须的,只是调整实际响应的手法之一。你说到的h型冲出的情况,实际上类似于号角原理,但是号角对声音的集中,本质上是与林奎兹的观念完全相悖的,林奎兹的箱子,有些看起来像是加了一点点边条,但是整体看都干脆利落的放弃了想方设法增加障板宽度的胆艺轩流做法,也没有胆艺轩以前流行的大障板加号角的玩法。扩散和声短路是一对矛盾怎么处理才是最终问题。
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 楼主| 发表于 2019-2-18 00:08 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
本帖最后由 甩袖汤 于 2019-2-18 00:09 编辑
tts43 发表于 2019-2-17 23:22
无限大障板或者装在一个房间内墙上效果如何?你会得到一个箱体体积和房间一样大的密闭箱。障板的效果在于开 ...

关于无限大障板和闭箱,通常人们是从声波的相位上去理解。用相位相反抵消的方式去解释。所以,尽可能不让喇叭前后的声音相遇。
林奎茨强调扩散从他的作品中完全看得出来,比如高音向前和向后安装。水管箱的中低音单元向上。其实,他这个都不是新理论或者新做法。长岗铁男很多点音源无指向的箱子都是这个道理。高音用扩散的方式比较好理解,主要强调定位问题。但低音用扩散方式就比较难理解,或者说解释起来不容易说通。我对于低频,比较倾向于空气疏密振动传播的方式来解释。像泳池里的水浪,浪能到你身边,你就能感受得到。那么,如何能让房间内的空气荡漾起来,这就是关键。不要忽视室内空气等质量守恒的影响。比如房间有两个门,两个门没有锁的时候,快速开一扇门或关一扇门,另外一扇门一定会动。所以,障板前后的空气密度是相反运动越顺畅,整个房间内的空气荡起来的状态就会越好。这也是理解扩散的一种方法。所以,闭箱或无限大障板在这个时候似乎就有缺陷了。
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发表于 2019-2-18 00:38 | 显示全部楼层 来自 湖南省株洲市
甩袖汤 发表于 2019-2-18 00:08
关于无限大障板和闭箱,通常人们是从声波的相位上去理解。用相位相反抵消的方式去解释。所以,尽可能不让 ...

当然这些描述也可以。让整个房间的空气动荡,必定伴随着相互抵消。高音这个问题不突出,因为指向性强,难以做到相互叠加抵消。低音就不一样了。所以这个就是要解决的声短路问题。无限大障板的做法,旨在解决这个问题,却同时限制了高音的扩散。至于怎么平衡两者,只能说各有各的做法了,我的做法是低音装箱,是一种比较容易实现的方式。追求极限的会有更极端的方式。
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发表于 2019-2-18 10:17 | 显示全部楼层 来自 浙江省
低频真的没方向性  H形障板并不能让低频往前 只不过是加大了声短路的距离 所以低频损耗变低了
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发表于 2019-2-18 10:29 | 显示全部楼层 来自 浙江省温州市
频率越高,指向性越明显
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发表于 2019-2-18 10:37 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
phoexi 发表于 2019-2-18 10:17
低频真的没方向性  H形障板并不能让低频往前 只不过是加大了声短路的距离 所以低频损耗变低了

但是能让中频往前,所以这种设计有其弊端,林奎兹的音箱其实谈不上h型障板,中高音都是接近敞开的,和那些几乎整个做成后开口的不是一路的东西。
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发表于 2019-2-18 10:48 | 显示全部楼层 来自 广西南宁市
其实整个想法的问题还不止这个,包括全频加超低的做法也值得商榷,大单元首先不说能不能有效的发出高频,就算可以,由于分割振动的原因,也是接近中心点的小部分振膜主要发出高频,所以这种高频在后向的辐射效果就值得考虑了,毕竟单元后向有盆架和磁体阻挡,高频在这种阻挡下能否较好的向后发散?基于这个考虑,三分频就是底线。这还是在所谓的全频单元能较好的发出高频的前提下。本身能做到这点的单元就很少。另外林奎兹的作品在前级运用了非常复杂的频率补偿,没有补偿的情况下引起的频率峰谷怎么解决?可以靠布局解决一些,这个布局的位置也是需要决定的。总体来说,楼主的方案目前看来只限于想法,要真正做到定型还有很多问题要考虑。
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发表于 2019-2-18 10:55 | 显示全部楼层 来自 北京市
1 膜拜:首先给楼主点赞。用科学严谨的态度去发烧,在各种脑放神学黑科技充斥的hifi群里实为难得的清流。
2 汗颜:楼主的分析很专业啊,作为国内空气动力学学科top3的学校的本专业毕业生,我也只能勉强理解个大概。实在汗颜。
3 建议:箱子系统涉及到的专业:除了电磁等之外,和力学相关的有材料力学(喇叭,箱体,脚架的材质,结构设计),振动力学,空气动力学等,建议整体考虑会比较好。


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 楼主| 发表于 2019-2-18 13:12 | 显示全部楼层 来自 广东省
phoexi 发表于 2019-2-18 10:17
低频真的没方向性  H形障板并不能让低频往前 只不过是加大了声短路的距离 所以低频损耗变低了

低频没有方向性????
原来我也被这个说法影响了很多。现在,我仔细想过以后,认为这个说法是一种错误。我是这样理解。这句话这样说才对,就是人耳不能分辨低频来源的方向性。因为低频波长很长,人的两个耳朵之间的距离太短,两个耳朵处于低频波长差不多同一个位置,听到的声压强度是一样的,或者说相位几乎没差别,所以分辨不出。
但对于声音传播来讲,空气介质中用粒子之间传递力的角度来理解,声音传播方向是有的。高频有方向性,低频没有方向性的话?那么我们找到分界点的频率了么?没有。
而把声音传播理解为力的传递,那么方向性就有了。只是我们分辨不到来源的方向。
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发表于 2019-2-18 13:43 | 显示全部楼层 来自 上海市静安区
甩袖汤 发表于 2019-2-18 13:12
低频没有方向性????
原来我也被这个说法影响了很多。现在,我仔细想过以后,认为这个说法是一种错误 ...

学习了,楼主是真正的技术强人!理论上的东西不是很懂,但是从我实际经历上讲,曾经有过错误的把低音炮放在箱子后面,并且低音单元中轴线和箱子的低音单元中轴平行重叠了,导致单边箱子低频声音不正常,而把低音炮的角度调整倾斜一下声音就好了。还有,尤其是对于大口径低音单元的音箱来说,如果左右成内对角倾斜摆放的话,那么中间总有一个点的低频是薄弱的。我觉得这两个例子应该就是说明低频也是有方向的,并且会相互干扰,角度不对或者摆放不正确就会导致低频共振甚至相互抵消。
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 楼主| 发表于 2019-2-18 14:16 | 显示全部楼层 来自 广东省
本帖最后由 甩袖汤 于 2019-2-18 14:19 编辑
tts43 发表于 2019-2-18 10:48
其实整个想法的问题还不止这个,包括全频加超低的做法也值得商榷,大单元首先不说能不能有效的发出高频,就 ...

拜读过您的过程大做作。受益匪浅。
全频目前不高的价位,可以做到谐振频率在80左右。考虑为了让全频单元有一个好的状态,可以把全频单元用电分从120Hz左右低切。同样,超低的在120Hz高切。斜率高些,超低分割振动能影响到的声音已经发不出了。或者用强度高的盆,本身分割振动更小。12分贝斜率的电分可能弄不干净。我在数字调音台上做分频,设在120Hz,用两个调整点叠加(相当于斜率倍乘),低频通道几乎听不到男中音了。
林奎茨的电分,如果用模拟电分,可能做不到分得干净。
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 楼主| 发表于 2019-2-18 14:30 | 显示全部楼层 来自 广东省
本帖最后由 甩袖汤 于 2019-2-18 14:36 编辑
touchstones 发表于 2019-2-18 10:55
1 膜拜:首先给楼主点赞。用科学严谨的态度去发烧,在各种脑放神学黑科技充斥的hifi群里实为难得的清流。
...

我只是比较愿意用一种物理现象去解释另外一种物理现象。可能不对,需要证实,但我没有这个证实的理论能力。从空气动力学来讲,如果能把空气介质中的粒子进行染色,通过观察染过色的粒子运动,可能就很容易观察清楚。其实最简单的,用不同颜色的烟雾,如果能慢慢地注入空间,分层或以网格形式存在,然后向其发低频声,观察烟雾流动状态,就可以了解到一定程度。这个理解会比较直观。放在水池里面,如果有颜色的水在传递振动时,肯定会有运动方向。变动的地方,就是波到达的地方,换作声音,就是能听到声音的地方。只是,水介密度比空气大很多,频率用低于1Hz的振动力去模拟声频状态能看清楚。
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发表于 2019-2-18 14:35 | 显示全部楼层
从无限大障板引申一下,平常我们见到的封闭式的音箱,相对更吃驱动力,是不是也可以用这个理论解释一下呢?
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