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倒相式音箱 倒相式音箱又称低频反射式音箱，是目前使用较为广泛的一种音箱。 倒相式音箱的理论是A.L.Thuras早在1932年提出来的，到了1952年，B.N.Locanthi提出了振膜与倒相孔的气体互相作用的计算方式，推动了倒相式音箱的发展，而真正让倒相式音箱得到成熟的实用设计，是1961年A.N.Tniele运用Novak确定的简化模型，较细致的发表了许多实际性的设计方法，而后来的R.H.Small对倒相式音箱的全方法设计也发表更有实际性意义的文章。在几十年的发展过程中，倒相式音箱渐渐的成熟起来。 它和密闭式音箱的区别在于在音箱的面板上按装了一个倒相管，当扬声器工作时，背后辐射出的声波经过倒相管后辐射到前方，与扬声器前面的声波相叠加，然后共同向前辐射，使低频效果增强。 倒相式音箱的特点是：可以利用箱体和倒相管的共振，在扬声器的声压不变的情况下，扩展了低频，其低频可以扩展至扬声器共振频率的0.7倍。 倒相式音箱和重放同一频率的密闭式音箱相比，体积比密闭式音箱小70％，因此对功率放大器输出功率的要求比密闭式音箱低。倒相管可以减小低频下限频率附近的扬声器的振幅失真，但是倒相式音箱的瞬态特性较密闭式音箱差。 设计良好的倒相式音箱，能够在声音音量不下降的情况下，进一步扩展低频平衡重放时的下限频率 。我们知道，喇叭单元都有一个基本的共振点频率，在这一频率上，输出的声音将最大，同时失真也最大，如不加以控制，势必造成声箱低频带重放的不均匀度加大，平衡变坏，失真急剧增加。而制作合理的一个倒相式音箱，应能将喇叭基本谐振峰压低，使其变为左右分开的两个小峰，且两个小峰的大小相等，这样向低端扩展的小峰，也会使音箱的频响进一步向低扩展。显然，基本揩振峰压低后，失真也明显减少了，这是因为喇叭在这点上的振辐呈反共振状态，在该频率附近，振动的辐度变小所至。 要想利用倒相式音箱的这些优点，设计者必须要清楚的了解所选用的精心设计才能得到理想的重放效果，并不是随便开一个倒相孔就能成功。倒相式音箱对单元的Qo也有严格的要求，不取特定的Qo值就不能充分发挥出倒相式音箱的长处，同时调整的手续也比较复杂。 倒相式音箱虽然有效率高，低频特性好及体积小等优点，但也有不足的一面。主要在于设计制作调整难度较大，例如倒相孔不能只为了效率而开得太大，否则会形成峰值，同时倒相孔的长度也会对低频有较大的影响，设计不好容易产生低音太过沉重或速度变慢的问题，也可能会有气流声太响等问题。与密闭式音箱比较，倒相式音箱在低频段的瞬态特性较差，声音的表现有些混浊，由于倒相式音箱要利用喇叭背面的声波要在箱体内经过一段时间才反射出来，所以相位并不是十分准确的，同时反射出来的声波在速度上肯定比喇叭正面的直达声慢了一步，所以说倒相箱发出来的是一种“假”低频，没有密闭式音箱来的准确。 迷宫式音箱 迷宫式音箱顾名思义是其内部的结构较为复杂，好似迷宫一样。迷宫式音箱音箱是在喇叭单元的振动膜后面，制作了一条矩形截面的折叠反射管道，而同周围的介质相耦合，放声管道的截面积一般等于喇叭单元振膜的有效面积。这种结构形式的音箱与传统的密闭式音箱及倒相式音箱在设计时完全不同，这类音箱的设计要点主要有两个原则：一是要求迷宫式音箱在工作时应该有效的控制喇叭单元的基本共振频率fo；二是要求迷宫系统的放声管道能提升所设计的低频下限频率与能量。 迷宫式音箱实际上是把喇叭单元反面的声波经过一条长长的管道反射出来，而放声管道的长度是迷宫式音箱的设计焦点。设计合理的迷宫式音箱，在扬声器单元工作时， 辐射出的声波如与喇叭单元前面的声波相位相反，迷宫内的放音管道应该起抑制作用。当辐射出的声波与喇叭单元前面的声波相位一致时，迷宫式音箱的放音管道要起提升的作用，这是迷宫式音箱的主要出发点，如果设声管的长度为辐射声频率的1/2波长，则相位便会移动，等于180度，这时，迷宫式音箱放声管道的末端开口处所释放出的声波，就会与喇叭单元前面的发声处在同一相位，同样道理，如果设声管的长度为1/4波长，上式同样成立，且能缩短声管的长度，一般取偶数值，是设计迷宫箱的正确做法。如果取共振频率fo的3/4波长，或是其倍频的3/4波长时，输出的辐射就会降低，这是因为声管出口处的辐射波与喇叭单元后面的声波呈反相位关系所致。 迷宫式音箱虽然重放效果很好，但结构比较复杂，限制了它大量的发展。设计这种音箱要注意减少放音声管内的高频谐波振荡频率对迷宫系统所产生的频响特性不良的影响，因此应在声管内敷以吸音材料，并力求让音箱的各部位结构牢固可靠，避免内部管道的漏气现象产生。还要求放声管道的各部位截面积，不得小于所使用扬声器单体本身振动膜有效面积。 现在市场上可以见到的迷宫式音箱有英国产的TDL系列产品，是该厂的创始人John Wright设计开发的。John Wright认为倒相式音箱虽然在一定程度上提升了低频的辐射能量，但不能使低频下潜得很深。而传输线式（迷宫）音箱却可以做到这一点，我们知道，如果要听到20Hz的低频声音，房间的长度要达到17米左右，就算是1/2波长最少也要8米，一般家庭很少有这样的听音环境，用迷宫式音箱来产生这样的长度就能实现这样的感觉。 倒相音箱，是我们非常熟悉的技术，在多媒体音箱中，除了部分X.1音箱的卫星箱和极少几款2.0音箱采用了密闭箱设计外，大部分都采用了倒相技术。但是，从各方面的反应看，我们发现，绝大多数用户，特别是大部分的媒体，对于倒相技术缺乏正确的理解，甚至是做了完全错误的理解。 其中，一个历史悠久的错误认识，就是——“倒相音箱就是通过在箱体上开倒相孔，使扬声器背面辐射的声波经过箱体内部反射后向前辐射出来，与扬声器正面声波叠加，从而增强了低音效果”。相当多的媒体评测和技术文章都这样写，但是我就始终不知道，这些作者是否认真想过：如果倒相箱仅仅是为了将扬声器背面的辐射声波“反射”出来，那么为什么还要倒相管的存在？直接在箱体上开一个硕大的孔不是能获得更高的能量利用效率？其次，众所周知，倒相箱的低音下潜深度是结构接近的密闭箱的0.7倍，如果倒相孔所出来的仅仅是“扬声器背面的声波”的话，那么理应只是在响度上相对密闭箱增强，凭什么下潜深度也会增加？ 其实，这个问题早在我两年多以前的老文《揭开“金嗓子”和“鸭嗓子”的秘密》里就已经阐述过了，不知道是这些作者没有看过或是不能理解？也可能是我当年阐述的并不详细，那么这一次，我就用大篇幅来详细解释一下这个问题。 要说倒相箱的工作原理，必须从亥姆霍兹共振原理说起。当然，这个名词我当年也写过，而很多如上述文章的作者也会写这个名词，但什么是亥姆霍兹共振原理？一种常见的说法是“利用亥姆霍兹共振原理,在扬声器振动的时候减小振膜的阻力,增强低音效果”，倒相箱的确能够减小箱体内的气垫效果，从而降低回放的最低频率，但这和“亥姆霍兹共振原理”没有任何关系。 亥姆霍兹（H·von·Haimuhuozi），是德国19世纪伟大的物理学家和生理学家，我们大学所学的力学三大基本守恒定律之首的“能量守恒定律”就是他最大的科学成就。而亥姆霍兹共振原理，则是亥姆霍兹在声学领域的著名成就之一。 首先，建立一个由理想刚体构成的密闭空腔，这个空腔就叫做“亥姆霍兹共振腔”，在空腔的表面开一个面积相对于空腔表面积很小的孔，在孔上插入一根空心刚体管道，组成的结构就称为“亥姆霍兹共鸣器”。 对于一个亥姆霍兹共鸣器而言，当其内部空气受到外界波动的强制压缩时（无论强制力施加于空腔内的空气还是管道内的空气，施加的外力是来自声波还是腔体振动），管道内的空气会发生振动性的运动，而空腔内的空气对之产生恢复力（换句话说，共振腔内的空气是一个“空气弹簧”）。在声波波长远大于共鸣器几何尺度的情形下，可以认为共鸣器内空气振动的动能集中于管道内空气的运动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有关。这样，这个共鸣器是由管道内空气有效质量和腔体内空气弹性组成的一维振动系统，因而对施加作用的波动有共振现象，其固有频率是 公式中f0是亥姆霍兹共鸣器的最低共振频率，c是声速，S是管道的截面积,d是管道的直径，l是管道的长度,V是空腔的容积。在强度为一定的振动作用下,在这个频率时，管道内空气的振动速度达到最大。 这，就是所谓的“亥姆霍兹共振原理”。 亥姆霍兹共鸣器是一种高效率的声能转换装置，它既可以在内部设计吸音材料，成为“共振吸音结构”，在管口处具有相当强大的消耗接近f0频率的外界声波的吸音能力，或者，也可以通过驱动其内部空气，将微小的振动转换为强度很高的声波从管口传输出去。 由于这是一种不需要任何独立能源，完全依靠外界振动激发的高效率声能转化装置，所以亥姆霍兹共鸣器的应用范围很广，作为吸声装置，其最典型的应用就是音乐厅、电影院吸音墙的微结构，而作为扩声装置，其最典型的应用就是各种乐器的共鸣箱。 回到倒相箱的设计上来，由亥姆霍兹共振原理，我们就可以清晰的认识到，在倒相箱上，从倒相管传出来的，并不是真正的“扬声器振膜背面的辐射声波”，而是因为倒相箱体内的空气在扬声器振膜背面的振动下被强制压缩，从而产生谐振，这种振动推动着倒相管内的空气发生高速的亥姆霍兹共振，剧烈而高速的管道空气振动在管道出口也就是倒相口处用力推动箱体外的空气，从而产生了强大的声波。实际上可以认为，此时，倒相口成了一个虚拟的扬声器振膜。而管道本身的规格决定了这个“第二扬声器”的各项参数（这也就是为什么需要一个倒相管而不是直接开口）。 在倒相箱中，倒相声真正的发声源是倒相管内高速振动的空气，扬声器此时只是起了一个驱动器的作用，虽然振动的最初来源是扬声器，但发声的却不是它。这就如同在普通的扬声器上，真正主动振动的，其实是扬声器内部的音圈而不是看得见的振膜。但发声的却是振膜而不是音圈。 实际上，真正最有可能从倒相管中直接“反射”出来的并不是低音，而是扬声器背面发出的中高音，在倒相箱箱体中填充吸音棉的目的之一就是为了衰减扬声器的中高音背面辐射（这和密闭箱有所不同，密闭箱填充吸音棉主要是为了虚拟无限大障板），有些箱子，例如惠威的T200A干脆将高音单元直接放到了独立空间内或放到了箱体外头。 倒相箱的设计是非常有学问的，要经过设计者根据扬声器的参数进行精细的计算，一般来说，扬声器确定了，箱体的容积、倒相管的长度、截面积也就基本确定了。不过在此基础上也可以做一些微调，如果加长倒相管的长度或减小倒相管的截面积，就可以降低谐振频率一些，但此时气流摩擦声也会明显增大，对倒相声的利用效率也会降低。 现在回过头来说，为什么倒相箱的最低频率比密闭箱要低？为什么倒相箱的效率比密闭箱高？为什么倒相箱的瞬态不如密闭箱？这都和倒相箱的结构和原理直接相关。 密闭箱本身由于箱体内部的密闭空气在受到压缩时，实际相当于一个“空气弹簧”，所以它在控制扬声器振膜的非线性位移，减小扬声器的失真的同时，也提高了扬声器的最低谐振频率。而倒相箱由于是一个开放的亥姆霍兹共振腔，所以不会发生类似的现象，而且，由于亥姆霍兹共振的存在，它可以将扬声器在接近扬声器最低谐振频率时的振动加以高效转换，使之分解为在该频率上下两个频率范围上较小强度的谐振，使得音箱能够在本来扬声器工作效率很低的频率乃至低于扬声器最低谐振频率的频率下发出可闻的声音（倒相管能输出的最低频率要低于扬声器的最低谐振频率）。这就使得倒相箱的最低回放频率能够明显低于密闭箱。 而倒相箱的效率要高于密闭箱，这就是非常好理解的。因为倒相箱充分利用了扬声器背面的振动能量，而不是将其在箱体内部消耗掉。加上亥姆霍兹共鸣器的高效率转换作用，这些能量能够充分转化为对外辐射的声音。所以其将电能转换为声能的效率要远远高于密闭箱。 但反过来，倒相箱的瞬态是明显低于密闭箱的，这是因为倒相口所辐射的声波，虽然与扬声器振膜所辐射的声波同频同相，但二者存在明显的时间差。也就是说，无论扬声器起振还是停振，都会有一个“慢半拍”的声音跟着搅和，自然瞬态就会比较差了。 倒相箱的箱体形状和倒相管的形状没有一定的严格要求。但是，一个理想的亥姆霍兹共鸣器应该是由一个球形的亥姆霍兹共振腔和一个圆管型的管道组成的。如果采用变形的形状，就多多少少会出现一些不好的影响。 很多倒相音箱回放的声音很闷，很乱，造成这种情况的原因就是箱体内谐振的空气在大动态振动时，由于箱体的特殊形状导致在箱体内部的多次反射中产生了大量的奇次谐波，这些奇次谐波产生了复杂而混乱的共鸣，这就是箱体设计不良的典型结果。 而倒相管的形状，虽然在理论上不影响回放的效果。但实际上，非圆形的倒相管，例如方形、条形等等，由于存在尖锐的棱角，会由于气流的高速运动产生剧烈的摩擦声。而有些倒相管采用了特殊的双曲线设计，就是因为双曲线管道在流过高速气流时，发生的摩擦最小，所以比较适合做一些超低频调谐的倒相管。 有些产品，如惠威的第二版T200A，采用了双倒相管的结构。双倒相管在理论上，等效于一个长度相同而截面积等于两个倒相管之和的大倒相管。在声学设计上二者没有任何区别。但使用双倒相管可以避免使用不安全的超大口径倒相管，另外，有时会将两个倒相管置于不同的箱体面上，以获得全面的低音扩散效果。 不过，有些音箱，使用的两个倒相管长度是不同的，这就不是双倒相管结构了，而是带通调谐结构，这里我们就不谈了。
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