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发表于 2010-5-29 22:16
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号角喇叭的一些工作原理
高效率并不是号角喇叭的唯一优点,它具有一些其它扬声系统不具备的独特优点,仍然有存在的理由,并坚持不断地推出新产品。
号角式扬声器所运用的是最基本的物理概念,它的工作原理正好与我们的耳朵相反。外耳道的直径是从外向里逐渐缩小的,声压也会随之逐渐增加。这种结构可以帮助我们听到更细微的声音。耳聋助听器发明之前,听力不佳的人曾经把一个号角放在耳朵上以放大声音,这就是最原始的助听器。基于同样原理,用两只手掌放在耳朵旁边,也可以提高听力。
穴居的原始人就已经懂得:用手围成一圈放在嘴上,声音可以传得更远。古希腊和古罗马人对此有了更深刻的了解,他们的半圆形剧场实际上就是一个庞大的号角:舞台相当于号角的喉部,演员相当于振膜。在这样的剧场里,即使坐在剧场的最后一排(与舞台相距113米),也可以清晰地听到演员的轻声细语。在中国,天坛的寰丘和回音壁也利用了同样的原理,制造出奇妙宏伟的声音效果。
号角喇叭的声音是由安装在号角喉部的振膜产生的。振膜在工作时需要克服因号角形状而增高的空气压力,所以在相同功率的驱动下,安装在号角上的振膜的振幅会比安装在音箱里时小,减小的程度取决于号角的尺寸和形状。由此,我们可以推导出这样一个命题:振膜的振幅减小得越多,声音的强度就越高。
这个命题似乎是矛盾的,因为我们通常认为振幅越大,声音就越大。但这是一种误解。利用能量守恒定理可以说明这个问题:施加在喇叭单元上的电能将等于辐射的声波所携带的能量与因摩擦而造成的能量损失(会转换成热量)之和。运动部件的行程变短时,这些部件与空气摩擦而造成的能量损失会降低,更多的能量将被转换成有效的声能,或者说,号角所产生的机械阻力会提高电-声转换的效率。对于高效的能量转化机构来说,高的机械阻力是必不可少的条件。这就好像是一个赛跑运动员,把他穿着平底的皮鞋在光滑的跑道上时的情况和穿着钉鞋在正式跑道上的情况相比,后者的能量转换效率显然更高。
除了能提高效率之外,行程变短的另一个好处是使瞬态响应得到改善。与安装在音箱中的喇叭相比,号角喇叭的行程会减小到无号角时的1/10,运动速度则将因之而增加10倍。如果要在相同的时间内从静止状态启动而达到这一速度,加速度也必须增加10倍,其结果是所吸收的能量将增加100倍。
因此,号角喇叭具有非常快速的瞬态响应,它所驱动的空气几乎没有惯性,这种快速启动和刹车能力是非号角喇叭无法实现的。当驱动信号过去之后,振膜会极其迅速地恢复中立位置,讨厌的残余振荡可以得到有效的抑制。因此,号角喇叭的解析力特别好,音乐细节特别丰富。 |
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