音箱中的物理學(xué)知識論文
音箱中的物理學(xué)知識
“從生活走向物理，從物理走向生活”作為新課程的基本理念之一，體現(xiàn)了物理課程學(xué)習(xí)的方法和目標，在物理課程學(xué)習(xí)中具有重要意義。就本質(zhì)而言，物理學(xué)本來就來自于生活和生產(chǎn)的實際，只不過將生活和生產(chǎn)實踐中的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律進行了系統(tǒng)化和理論化的歸納和總結(jié)，使之更加趨于理性和成熟上升到理論化的高度。“從生活走向物理，從物理走向生活”就筆者理解包含兩層含義：其一，讓物理學(xué)理論指導(dǎo)生產(chǎn)和生活的實際，解決現(xiàn)實問題;其二，就教育本身而言，使學(xué)生將所學(xué)物理知識運用于解釋生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)象，從而使所學(xué)知識在實踐中得以檢驗，以加深對物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解，這也正好與新課改的宗旨相吻合，體現(xiàn)了新課程改革的目標和要求。
聲學(xué)是物理學(xué)的一個重要分支，從遠古開始人類就已經(jīng)開始對聲現(xiàn)象給予了高度的重視，發(fā)展到現(xiàn)代，聲學(xué)已成為一門獨立的科學(xué)，并逐漸形成了一整套完善的聲學(xué)理論體系，并在社會生活中發(fā)揮了重要作用。
隨著社會的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量大幅度提高，對于文化生活的要求也愈來愈高，就音響技術(shù)而言，從最初的電唱機，錄放音機發(fā)展到今天以激光技術(shù)為核心的CD、VCD、DVD，標志著音響技術(shù)從模擬信號向數(shù)字信號的革命性的飛躍，但無論傳統(tǒng)的模擬信號音響設(shè)備還是數(shù)字信號音響設(shè)備都離不開最終的重放單元──音箱。因此，筆者粗淺地談一談與日常生活密切相關(guān)的音箱的物理知識。
音箱又稱揚聲器箱，主要由揚聲器、箱體、分頻網(wǎng)絡(luò)等組成，是以改善音質(zhì)為目的的揚聲器系統(tǒng)。揚聲器是利用振膜(紙盆)的振動去推動空氣振動而發(fā)生的，聲波是縱波，在振膜向前推動的瞬間，振膜前的空氣由于被壓縮而變得密集，即產(chǎn)生所謂密部，振膜后面的空氣則變得稀疏，即產(chǎn)生疏部;在振膜向后振動的瞬間，前后空氣的疏密狀況正好相反。從物理專業(yè)術(shù)語的角度來講，從揚聲器振膜前面和后面所發(fā)出來的聲音，正好相位相反。在聲波低頻范圍內(nèi)，其衍射能力很強，后面的聲波可能衍射到振膜前方，由于相位相反，在前面某點會產(chǎn)生反相干涉現(xiàn)象而使聲波相互抵消而聽不到聲音的.現(xiàn)象，稱之為聲短路。而高音區(qū)即高頻聲波由于波長較短的緣故，很難發(fā)生衍射現(xiàn)象，因此，聲短路一般只發(fā)生在300HZ以下的低頻范圍內(nèi)。而音箱的箱體具有分割前后聲波不致使之抵消的作用，而且如果箱體設(shè)計適當(dāng)，還可能發(fā)出超過揚聲器單元本身的性能。
音箱的結(jié)構(gòu)和形式很多，但最常見的有兩種類型，即封閉式音箱和倒相式音箱。
一、封閉式音箱
這種音箱除揚聲器口外，其余全部封閉。于是，揚聲器紙盆前后被分成兩個互不通氣的空間。因為這種音箱具有良好的密封性能，因而揚聲器后產(chǎn)生的聲波很難發(fā)生衍射，從而有效消除了由于聲波的干涉所引起的聲短路現(xiàn)象。但這種音箱也存在明顯的缺點──由于箱體密閉，紙盆的振動會引起箱內(nèi)空氣反復(fù)壓縮和膨脹，因此箱體的材料必須具有足夠的強度，否則會產(chǎn)生板的振動而影響性能。
另外，封閉式音箱的紙盆后面是一個不大的密閉空間，這一空間的空氣會對紙盆的振動產(chǎn)生驅(qū)動力，類似于紙盆后串接一根彈簧，從而使揚聲器共振頻率提高，此彈力變化較復(fù)雜，所以增加了設(shè)計的難度。
二、倒相式音箱
在封閉箱的前面板上開一個附加的出音孔(又叫倒相孔)，并在倒相孔后安裝一個導(dǎo)聲管(倒相管)，便構(gòu)成了倒相式音箱。倒相管內(nèi)的空氣的作用與紙盆類似，形成一個附加的聲輻射器，通過合理設(shè)計倒相孔的大小，使箱內(nèi)空氣和倒相孔內(nèi)空氣發(fā)生共振，將聲波的相位倒轉(zhuǎn)180°，這樣從紙盆后面反射的聲波與通過倒相孔輻射出來的聲波與前面的聲波發(fā)生疊加。當(dāng)音箱的共振頻率等于或稍低于揚聲器的共振頻率時，倒相孔輻射的聲波與紙盆前面輻射的聲波呈同相疊加，即同相干涉，從而加強了低頻輻射。
倒相式音箱與封閉式音箱相比，具有明顯的優(yōu)點：
1.在封閉式音箱中，紙盆向后輻射的聲波被完全吸收，因而有近二分之一的輻射功率被白白損耗。而倒相式音箱則充分利用了揚聲器的后輻射聲波，因而大大提高了低頻輻射的聲壓級，擴展了低頻重放的下限頻率。
2.封閉式音箱在其共振頻率附近音盆振幅最大，故由定心支片等的非線性位移也最大。但倒相式音箱由于倒相孔空氣質(zhì)量的聲阻，在共振頻率附近音盆的振幅卻最小，使非線性失真也減至最小。
3.倒相式音箱的容積可以比封閉式音箱小，在相同的低頻重放下限頻率的條件下，倒相式音箱由于其原理上的優(yōu)勢使得其體積大約為封閉式音箱的60～70%。
由于上述原因，倒相式音箱被廣泛應(yīng)用于劇場、影院、專業(yè)監(jiān)聽音箱中，也廣泛用于高質(zhì)量的組合音響中。但倒相式音箱的缺點也不容忽視，例如它在音箱諧振頻率以下的低頻帶的輻射聲壓級比封閉式音箱衰減快，容易產(chǎn)生低頻“轟隆”聲，設(shè)計和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
高保真放聲的頻率范圍要求40～16000HZ，使用單只揚聲器重放整個頻率范圍的聲音是十分困難的，在技術(shù)實踐上幾乎不可能做到。因此，高保真音箱通常不只是單只揚聲器音箱，而是組合音箱，即采用幾只揚聲器單元的組合方式，每只單元工作在不同頻率范圍以給出均勻的頻率特性和指向特性。將揚聲器系統(tǒng)的整個頻率范圍劃分成幾個頻帶就是依靠分頻網(wǎng)絡(luò)(分頻器)來完成的。
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