系统设计

本文首发于微信公众号「声学号角」 在扬声器系统的开发过程中，基于Thiele-Small参数的线性仿真（Linear Simulation）已经是大家的家常便饭。然而，当我们需要评估系统在大功率下的表现——比如音圈在大动态下的直流偏移（DC Offset）、功率压缩以及总谐波失真（THD）时，往往需要构建复杂的有限元模型。 是否存在一种更轻量、更便捷的方式，能够快速评估箱体设计与单体非线性参数的匹配度？ 今天分享的这款【扬声器系统失真仿真工具】，或许就是你桌面上那个缺失的效率拼图。相比于我之前的版本，本次更新重磅加入了对倒相箱（Vented Box）和无源辐射器（Passive Radiator）的支持。 01 核心功能：从单体到系统的非线性预测 这不仅仅是一个简单的频响计算器。它的核心逻辑是引入了扬声器单体的非线性参数——、、，结合具体的箱体声学负载，通过数值计算求解扬声器在时域下的非线性微分方程。 它能帮你解决什么问题？ • 大信号频响预测： 考虑了功率压缩后的真实频响，而非基于1W/1m的简单线性推导。 • 位移安全评估： 精确计算音盆的峰值位移（），预防打底风险。 • 稳定性分析： 预测大动态下的直流偏移（），评估系统的动态稳定性。 • 失真分析： 输出2-5次谐波失真及总谐波失真曲线。 • EQ 预研： 提前模拟 DSP EQ 对位移、频响和失真的综合影响。 02 界面与操作流：极简，但专业 工具采用绿色免安装设计，下载解压即可运行，无广告无插件。 第一步：线性参数与箱体设置 目前支持三种主流箱体： • 封闭箱 (Closed Box)：设置较大容积即等效为无限大障板（Free Air）。 • 倒相箱 (Vented Box)：经典设计，优化低频效率。 • 无源辐射器 (Passive Radiator)：针对紧凑型低音系统的优化。（注：当前版本暂未引入PR本身的非线性，仿真失真可能略低于实测，可作为理想参考） Tips: 系统内置了默认案例（10L容积的倒相箱/PR箱），初次上手可以先运行案例体验流程。 第二步：导入非线性参数 这是仿真的灵魂所在。支持导入 Klippel LSI 模块导出或 FEA 仿真的数据文件。 数据格式说明：第一列为位移(mm)，后续分别为*、、。* EQ 预研： 提前模拟 DSP EQ 对位移、频响和失真的综合影响。 第三步：一键运行与结果分析 点击“运行仿真”，工具将快速求解并生成可视化的分析图表。 1. 非线性参数检查 在仿真前，直观地检查导入的 、 曲线形态，确保数据源的准确性。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 在扬声器单元选型与音箱系统开发的初期，打开 LEAP、Comsol 等大型仿真软件建模耗时耗力。 今天分享一款专为电声工程师打造的“瑞士军刀”级仿真工具。它体积小巧、无需安装，却能以极高的效率完成从单元 TS 参数到复杂箱体系统的快速评估。 01. 核心功能：全类型声学结构覆盖 对于系统工程师而言，能够在一个界面下快速对比不同声学结构的低频表现至关重要。这款工具打破了常规简易软件的局限，深度支持以下五大主流箱体结构： • 无限大障板 (Infinite Baffle) • 闭箱 (Sealed Enclosure) • 倒相箱 (Vented/Ported) • 无源辐射器箱 (Passive Radiator) • 带通箱 (Bandpass) 只需输入单元的 Thiele-Small (TS) 参数，软件即可基于集总参数模型（Lumped Parameter Model）进行实时运算。 02. 深度仿真：不仅是频响，更是可靠性 本工具支持多维度的物理量计算，帮助工程师在开模前规避设计风险： 1. 系统阻抗曲线 (Impedance)： 快速确定谐振频率 或 ，评估功放负载能力。 2. 音圈位移 (Cone Excursion)： 结合 预判在大动态下的机械安全性，避免拍边或打底。 3. 倒相管风速 (Port Velocity)： 这是倒相箱设计的核心痛点，和气流噪声密切相关。 4. 无源辐射器位移： 针对蓝牙音箱等便携设备，精确计算 PR 的线性冲程需求。 03. 有源系统模拟：集成 EQ 与滤波器 现代音箱设计离不开 DSP 调音。本工具的另一大亮点是集成了EQ 与滤波器模块。 你可以在仿真阶段直接加载 Peaking EQ、Low/High Shelf 以及不同阶数的 High/Low Pass Filter。这意味着你可以直接模拟出“单元+箱体+DSP”后的最终系统响应（Total System Response），这对于有源音箱（Active Speakers）的初始架构定义极具参考价值。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 对于每一位和声音打交道的工程师来说，Genelec（真力）这个名字几乎等同于“标准”和“精准”。从赫尔辛基的广播公司到洛杉矶的顶级录音棚，那只标志性的、拥有圆润曲线和浅号角的音箱，已成为全球无数专业音频工作者最信赖的耳朵。 但Genelec的成功并非偶然，也非营销的胜利。它建立在对声学物理原理近乎偏执的追求和持续不断的技术创新之上。今天，我们就以声学工程师的视角，层层剥茧，深入探究Genelec背后那几项让它立于不败之地的核心技术：DCW、MDE和SAM。 芬兰之声：始于对“真实”的承诺 故事始于1978年的芬兰。两位好友Ilpo Martikainen和Topi Partanen，怀着一个纯粹的目标——为芬兰国家广播公司（YLE）创造一款前所未有的有源监听音箱，要求是：极致的精准、一致性和可靠性。他们的第一款产品S30，不仅满足了YLE严苛的要求，也开启了Genelec作为专业监听标杆的传奇历程。 从创立之初，Genelec的哲学就从未改变：忠实地再现原始信号，不添加任何色彩，也不遗漏任何细节。 这份对“真实”的承诺，是理解其所有技术创新的基石。 核心技术一：DCW™ (Directivity Control Waveguide) 指向性控制波导技术 DCW是Genelec最具辨识度的技术之一，也是其声音哲学的核心体现。它远非一个简单的“浅号角”，而是一个与高音单元、箱体无缝集成，经过精密计算的声学控制界面。 解决的问题： 传统方箱设计的音箱，在声学上存在一个固有缺陷：高频和低频的指向性不匹配。高音单元的指向性随着频率升高而变尖锐，而中低音单元在接近分频点时指向性较宽。这导致： 离轴响应染色： 在主听音轴以外的位置，频率响应严重失真。 分频衔接不畅： 在分频点附近，声功率响应（Power Response）出现突变，破坏了声音的平滑过渡。 房间反射干扰： 不受控的离轴声能会激发更多的早期反射，这些反射声与直达声叠加，造成梳状滤波效应，模糊了声像定位和细节。 DCW的声学原理： DCW通过其独特的曲面设计，实现了以下几个关键目标： 匹配指向性： 它精确地控制高音单元的辐射角度，使其在分频点处的指向性与中低音单元完美匹配。这确保了无论在轴向还是离轴，从高到低的频率过渡都极为平滑、自然。 优化声阻抗： 波导结构改善了高音单元振膜与空气之间的声阻抗匹配，相当于为高音单元提供了一个“扩音器”，提高了辐射效率，从而降低了振膜的位移量，显著减小了非线性失真。 控制早期反射： 通过形成一个宽阔且一致的听音区域，DCW将声能更多地集中在直达声路径上，有效减少了来自桌面、调音台、墙壁和天花板的早期反射声能。更少的有害反射，意味着更清晰的声像和更真实的声场。 核心技术二：MDE™ (Minimum Diffraction Enclosure) 最低衍射箱体 如果说DCW解决了单元前方的声波控制问题，那么MDE则将这一理念延伸到了整个箱体。你所看到的Genelec标志性的圆润外观，正是MDE设计的直观体现。 解决的问题： 声学衍射（Diffraction）。当声波遇到障碍物（如音箱的尖锐棱角）时，会产生“二次辐射”，形成新的声源。这些衍射波会干扰原始声波，导致频率响应上出现不必要的峰谷，并“拖尾”声像，使其定位变得模糊不清。 MDE的声学原理： 物理学告诉我们，声波在平滑的曲面上绕射时，其能量和相位的变化最为平缓。MDE正是基于这一原理，通过流线型的箱体和圆滑的边缘设计，最大程度地消除了导致衍射的尖锐不连续面。 MDE与DCW是相辅相成的。DCW平滑地将高音单元的声波引导至箱体表面，而MDE则确保了声波从箱体表面到自由声场的过渡同样平滑。这种从内到外的协同设计，共同造就了Genelec音箱极为干净、精准的频率响应和针点般的声像定位能力。 核心技术三：SAM™ (Smart Active Monitoring) 智能有源监听技术 拥有了DCW和MDE，Genelec音箱本身已经是一个性能卓越的声学工具。但工程师都明白一个残酷的现实：房间，是监听链条中最大、也最不可控的变量。 尤其是低频驻波，能在听音位造成±15dB甚至更夸张的峰谷。 SAM技术，就是Genelec为解决“房间问题”给出的终极答案。 SAM vs. Devialet SAM：目标迥异 在讨论Genelec SAM之前，有必要将其与另一个知名的“SAM”——Devialet的SAM（Speaker Active Matching）进行区分。 Devialet SAM： 其核心目标是优化音箱本身。它通过对市面上数千款无源音箱进行建模，实时控制功放输出，以校正音箱单元的相位和冲程限制，让特定的无源音箱发挥出超越其物理极限的性能。它的战场，在功放和音箱之间。 Genelec SAM： 其核心目标是优化“音箱+房间”这个系统。它假定Genelec音箱自身已足够线性，其核心任务是测量、分析并校正房间声学对监听声音的破坏。它的战场，在音箱和你的耳朵之间。 Genelec SAM如何工作？—— AutoCal™ 自动校准 SAM系统的核心是GLM (Genelec Loudspeaker Manager) 软件和一支经过校准的测量麦克风。其工作流程堪称典范： ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 今天，我们任何一位声学工程师在设计音箱时，都会熟练地打开音箱设计软件，输入Fs, Qts, Vas这几个参数，然后一条精准的低频响应曲线便跃然屏上。我们似乎已经忘记了，在没有这套“魔法咒语”的年代，设计一个出色的音箱，更像是一门依赖经验、直觉甚至运气的“玄学”。 从“玄学”到科学的转变，源于两位相隔半个地球的工程师——澳大利亚的A. Neville Thiele和美国的Richard H. Small。他们的故事，是声学史上一次典型的“思想接力”，最终彻底改变了低频扬声器的设计范式。 TS参数的原始论文如下，长按识别二维码即可查看和下载： 第一幕：澳洲广播工程师的“统一标准”难题 故事的起点，要追溯到上世纪50-60年代的澳大利亚。 主角A. Neville Thiele是澳大利亚广播委员会（ABC）的一名高级工程师。他的工作面临一个非常实际且棘手的挑战：ABC在全国各地有大量的录音棚和监听室，他需要为这些地方配备性能一致的监听音箱。 在那个年代，扬声器和箱体的匹配设计没有统一的理论指导。工程师们大多采用反复试错的方法，耗费大量时间和材料去制作原型箱，通过实际听音和测量来逐步优化。这种方式不仅成本高、效率低，而且最终产品的性能高度依赖于设计师的个人经验，难以复制和标准化。 Thiele对这种低效的现状感到不满。凭借其深厚的电气工程背景，他敏锐地观察到一个现象：一个装在箱体里的扬声器，其低频响应曲线的数学形态，与教科书里经典的电滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫滤波器）的响应曲线惊人地相似！ 这便是那个划时代的“Aha!”时刻。 Thiele大胆提出假设：我们是否可以将这个复杂的“扬声器-箱体”声学系统，完全等效成一个标准的、可用公式描述的高通滤波器电路？ 1961年，他将自己的研究成果发表在了澳大利亚本土的《Proceedings of the IREE Australia》期刊上。在这篇名为《Loudspeakers in Vented Boxes》的论文中，他首次系统性地用滤波器理论阐述了倒相箱的设计方法。他定义了一系列的“校准”（Alignments），本质上就是不同类型的滤波器响应。 然而，由于当时学术交流的局限性，Thiele的开创性工作在很大程度上仅限于澳大利亚国内，并未在国际音频工程界引起广泛的关注。一颗足以引爆革命的种子，暂时被埋在了南半球的土壤里。 第二幕：美国博士生的“思想发现” 时间来到70年代初，舞台转向了悉尼大学。 一位名叫Richard H. Small的美国人正在这里攻读他的博士学位。在研究过程中，他偶然读到了Thiele十年前发表的那篇论文。 Small立刻意识到这篇论文的巨大价值。Thiele的工作为低频设计提供了一个坚实的理论框架，但它还不够“好用”。原始的理论对于普通工程师来说，依然有些晦涩和复杂。 Small的天才之处在于，他不仅看懂了Thiele的理论，更看到了将其“产品化”和“普及化”的道路。他的核心贡献可以概括为三点： 1. 系统化与简化：Small将Thiele的理论进行了扩展和提炼，最终总结出了我们今天所熟知的Fs、Qts、Vas等一系列核心参数。他将复杂的滤波器理论打包成几个易于测量和理解的参数，极大地降低了使用门槛。这套参数，就是后来被冠以两人姓氏的“Thiele-Small参数”。 2. 严谨的验证：他建立了完整的测量方法，让任何一个实验室都能精确地测定一个扬声器单元的T/S参数。这使得理论可以落地，从纸面走向实践。 3. 全球化的推广：最关键的一步，Small在1972年到1973年间，将他的研究成果以一系列论文的形式，发表在了国际上最具影响力的《Journal of the Audio Engineering Society》(JAES)上。 通过JAES，T/S参数的革命性思想迅速传遍了全球的音频工程界。从JBL、EV到KEF，各大扬声器制造商开始将T/S参数作为其低音单元的“身份证”，设计师们终于有了一套通用的语言和设计工具。 第三幕：一场跨越时空的合作 Thiele和Small并非在同一个实验室里并肩工作的伙伴。他们的合作更像是一场跨越十年的思想接力。Thiele是奠基者，他提出了革命性的“滤波器类比法”；Small则是集大成者和推广者，他将理论打磨成锋利的工具，并让全世界都认识到了它的威力。 将这套参数命名为“Thiele-Small Parameters”，正是为了同时向这两位先驱的卓越贡献致敬。 A. Neville Thiele (左) 与 Richard H. Small (右)。他们的工作，让音箱设计从艺术创作演变为一门精确的工程科学。 T/S参数的出现，其影响是深远的： • 设计可预测：设计师可以在不动用一块木板、一颗螺丝的情况下，通过计算预测出最终产品的性能。 • 效率最大化：它催生了大量高效率、小体积的低音炮设计。我们今天能享受到紧凑而强劲的低音，T/S参数功不可没。 • 行业标准化：它为扬声器制造商和音箱设计师提供了统一的沟通平台和评判标准。 结语：站在巨人的肩膀上 从Thiele在澳洲广播公司的苦恼，到Small在悉尼大学的灵光一闪，T/S参数的诞生并非一蹴而就。它是一个关于“发现问题、跨界思考、传承与普及”的完美故事。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 作为声学工程师，我们致力于打造“完美”的声音。我们用最先进的仿真软件设计单元，用Klippel测试非线性失真，用Soundcheck保证产线一致性。然而，当一个在消声室里频响曲线近乎完美的音箱，被放到真实的房间里时，我们精心雕琢的声音往往被“最后一公里”——房间声学特性——无情地扭曲。 这正是房间声学校正（Room Acoustic Correction, RAC）技术诞生的原因。它不是玄学，而是一门深度融合了物理声学、数字信号处理、优化算法乃至心理声学的交叉学科。今天，我们不谈消费级产品的“一键优化”，而是深入底层，硬核拆解RAC技术，探讨其原理、挑战与未来。 一、问题的根源：房间“染色”的物理本质 在我们开始“校正”之前，必须清晰地定义问题。房间对声音的“染色”，本质上是房间冲激响应（Room Impulse Response, RIR）在时域和频域上的具体体现。 当音箱发声后，听者听到的不仅仅是直达声，还包括了经过墙壁、天花板、地板及室内物体一次或多次反射后的反射声。 1. 频域影响： • 驻波（Standing Waves）/ 房间模式（Room Modes）: 在低频段，声波波长与房间尺寸相当，形成驻波。这会在特定频率上产生巨大的能量峰（波腹处）和深谷（波节处），导致某些低音异常轰鸣，而另一些则神秘消失。这是RAC技术最主要想解决的问题之一。 • 梳状滤波（Comb Filtering）: 直达声与早期反射声的相干叠加，导致频响曲线上出现一系列等间隔的峰谷，如同梳子一般。 2. 时域影响： • 早期反射声（Early Reflections）: 影响声音的清晰度、音色和空间感。 • 后期混响（Late Reverberations）: 能量衰减的过程，即RT60。过长的混响会使声音变得浑浊不清。 • 模态振铃（Modal Ringing）: 驻波在时域上的表现，即特定低频的能量会拖得很长，产生“嗡嗡”的尾音。 二、RAC的核心原理：一场“求逆”的数字游戏 RAC技术的基本思想，从信号处理的角度看，异常简洁：如果我们能测得系统的传递函数，那么只需设计一个该函数的“逆系统”，将两者串联，理论上就能得到一个平坦的响应。 用公式表达即： Htotal(z)=Hsystem(z)⋅Hfilter(z)≈1 其中： • Hsystem(z) 是包含了音箱自身响应和房间响应的总系统传递函数。 • Hfilter(z) 是我们希望通过DSP施加的校正滤波器。 这个过程通常分为三步： 1. 测量（Measurement）: 在听音位放置测量麦克风，播放扫频信号或MLS（最大长度序列）等测试信号，录制包含了房间信息的响应。 2. 分析（Analysis）: 从录制的信号中计算出系统的冲激响应和频率响应。 3. 校正（Correction）: 基于分析结果，计算出一个“逆滤波器”，并加载到DSP（数字信号处理器）中，对所有播放的音频信号进行实时处理。 该图展示了信号从源头出发，经过DSP处理、物理播放、被房间影响，再由麦克风拾取并分析，最终计算出校正滤波器的完整闭环过程。 三、硬核挑战：为什么“完美校正”只是幻象？ 理论很丰满，但现实很骨感。在实践中，实现理想的“逆系统”面临着诸多挑战。 1. IIR vs. FIR：工具的选择与妥协 • IIR（无限冲激响应）滤波器: 本质上是参数化均衡器（PEQ）。它的优势是计算量小，延迟低。常用于针对性地“压平”房间模式造成的几个关键频响峰。但它的缺点是会引入相位失真，只能校正幅频响应，无法校正时域问题。 • FIR（有限冲激响应）滤波器: 优势在于可以同时校正幅频和相频响应，实现线性相位，从而能在一定程度上改善时域特性（如模态振铃）。但其代价是巨大的计算量和不可避免的延迟（Latency）。这种延迟表现为“前振铃”（Pre-ringing），是FIR滤波器实现非因果校正的必然结果。 对于工程师而言，选择IIR还是FIR，本身就是一场在校正精度、计算成本和延迟之间的权衡。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 想象一个场景：一个大型体育场馆或剧院项目，你需要铺设长达百米的扬声器电缆。供应商给你提供了 4mm²、6mm² 甚至 10mm² 的线材选项。你的第一反应是不是“不差钱，上最粗的”？毕竟，我们从教科书里学到的知识是：线材越粗，电阻越小，功率损耗越低。 同时，一个古老的“经验法则”可能在你耳边回响——“阻尼系数（Damping Factor）必须大于20，才能保证对低频的控制力！” 但这些，就是全部的真相吗？ 今天，我们就来深入剖-析一篇来自顶级品牌 L-Acoustics 的硬核论文——《Demystifying the Effects of Loudspeaker Cables》，它用严谨的模型和无可辩驳的实测数据，揭示了长距离扬声器电缆背后，被我们长期忽略的电磁学迷雾。 准备好了吗？让我们一起看看现代专业音响系统中，线缆选择的真正关键是什么。 Part 1：告别“阻尼系数”崇拜 在很长一段时间里，“阻尼系数 > 20” 几乎是评判功放与音箱系统搭配是否合格的金科玉律。理论上，高阻尼系数意味着功放的低输出阻抗能像一个“刹车”一样，有效控制住扬声器单元因惯性产生的多余振动，带来更“紧实”的低音。 然而，L-Acoustics 的论文首先就向这个传统观念发起了挑战。 1. 被忽略的音圈内阻：早在1967年，Augsperger 就指出，在讨论系统总阻尼时，不能忽略扬声器音圈自身的电阻。一旦把音圈电阻考虑进去，你会发现，即便功放的阻尼系数从20提升到640，对系统“总阻尼系数”的提升也微乎其微。 图注：从上图可见，当功放阻尼系数超过20后，系统总阻尼系数的增长已趋于停滞。 2. 现代功放的进步：如今的专业功放，输出阻抗已经低至 0.01Ω。相比之下，几十米长的电缆电阻，已经远远超过了功放自身的输出阻抗。此时，再纠结于功放那一点点输出阻抗的变化，无异于“捡了芝麻，丢了西瓜”。 结论：在现代专业音响系统中，功率损耗（Power Loss） 才是比阻尼系数更值得我们关注的核心问题。而这个损耗，远非一个简单的直流电阻那么简单。 Part 2：真正的“高频杀手”：集肤效应与电感效应 论文的核心，是建立了一个更精确的电缆复阻抗模型，它引入了两个在音频高频段至关重要的电磁学现象。 图注：在音频频段，扬声器电缆可以被简化为一个与频率相关的电阻R(f)和电感L串联的电路。 1. 集肤效应 (Skin Effect) 这是一个反直觉的知识点。当交流电频率升高时，电流会趋向于在导体的“皮肤”表面流动，而不是均匀分布在整个截面。这意味着，频率越高，电流能有效利用的导体截面积就越小，从而导致电缆的有效电阻随频率升高而增加。 更关键的是论文指出的一个事实：线材越粗，集肤效应出现的起始频率越低，效应也越显著！ 图注：颠覆认知的集肤效应。在10kHz时，无论是4mm²还是6mm²的线缆，电流都只在导体表面薄薄一层流动。更粗的6mm²线缆，其“空心化”程度甚至更严重。 这个效应告诉我们：想通过无限加粗线径来降低高频损耗，收益会迅速递减！ 2. 电感效应 (Inductive Reactance) 扬声器电缆本质是一对平行（或双绞）的导体，它天生就是一个电感。交流电通过时，变化的磁场会产生感抗，这个感抗与频率和电缆长度成正比。 它是造成高频功率损耗的另一个主要原因。电缆越长，感抗越大，对高频信号的扼制作用就越强，你的高音就越“暗淡”。 Part 3：仿真与实测：当理论照进现实 L-Acoustics 的工程师们没有停留在理论，他们用大量的声学实测数据，完美验证了他们模型的准确性。 发现一：长度是损耗的主宰 毫无疑问，电缆越长，整体SPL损耗越大，高频滚降越严重。在150米的4mm²线缆上，高频的衰减可以达到惊人的 8-10dB。 图注：长度是决定功率损耗的首要因素。 发现二：线径的“边际效益递减” 这是最“值回票价”的发现。当线缆长达150米时，从 6mm² 更换为 10mm²，在高频区域带来的改善不足1dB！考虑到成本的巨大差异，这笔投资的性价比极低。这背后，正是“集肤效应”在作祟。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 引言：为什么是线阵列？ 对于每一位专业音频工程师来说，线阵列扬声器（Line Array Loudspeaker）都是一个无法绕开的话题。从大型体育场馆、音乐节现场到剧院礼堂，我们总能看到它们标志性的“香蕉”形态高悬空中。 但线阵列的成功绝非偶然。它究竟解决了传统点声源扬声器系统的哪些痛点？它又是如何利用基本的物理原理，实现对声场覆盖范围和均匀性的精准控制？ 本文将从第一性原理出发，系统性地剖析线阵列扬声器的核心技术，内容涵盖从物理模型、关键设计参数到工程实践的完整链路，旨在为专业声学工程师提供一份深入且实用的参考。 一、 核心原理：从声波干涉到圆柱波 线阵列的理论基石是声波的干涉原理（Interference Principle）。当多个声源同时辐射声波时，在空间中的任意一点，总声压是各个声源在该点产生的声压的矢量和。 相长干涉（Constructive Interference）：当波峰与波峰、波谷与波谷叠加时，振幅增强。 相消干涉（Destructive Interference）：当波峰与波谷叠加时，振幅减弱甚至抵消。 线阵列正是通过精确排布多个扬声器单元，巧妙地利用干涉原理，在需要的区域（观众区）形成相长干涉，而在不需要的区域（天花板、地面）形成相消干涉，从而实现能量的有效投射。 1.1 理想线声源 vs. 离散单元阵列 在理论上，一个无限长、连续振动的“线声源”会产生一个完美的圆柱形波阵面（Cylindrical Wavefront）。而实际的线阵列，就是用有限数量的、离散的扬声器单元来尽可能地模拟这个理想模型。 为了让离散单元阵列的表现趋近于理想线声源，必须满足一个关键条件，即****惠更斯-菲涅尔原理更斯-菲涅尔原理的应用：阵列中相邻单元的间距 d 必须小于所要重放的最高频率声波的波长 λ，通常要求 d < λ/2，以避免栅瓣（Grating Lobes）的产生。我们将在下文详细讨论这一点。 1.2 圆柱波的魔力：-3dB vs. -6dB 传统点声源（如单个音箱）辐射的是球面波，其声压级（SPL）遵循平方反比定律，距离每增加一倍，SPL衰减6dB。 而理想的线阵列在近场（Near Field）区域内产生的是圆柱波，其能量在垂直平面上受控，不会像球面波那样向所有方向扩散。因此，其SPL随距离的衰减率仅为3dB每倍距离。 这意味着，线阵列可以将声音能量更有效地投射到远场，极大地改善了远距离听众的听音体验和整个场地的声压级均匀性。当然，当距离足够远，进入远场（Far Field）后，圆柱波最终会转变为球面波，衰减率也回归到6dB。近场到远场的转换距离 Lf 大致可以由公式 Lf ≈ L²f / c 估算，其中 L 是阵列长度，f 是频率，c 是声速。 二、 设计的艺术与科学：决定性能的关键参数 一个线阵列系统的性能，由几个核心参数的精密权衡所决定。 2.1 单元间距 (d)：避免栅瓣的关键 如前所述，当相邻单元的间距 d 大于半个波长时，除了主瓣（期望的覆盖方向）外，会在其他角度出现同样强大的“栅瓣”，导致能量浪费和严重的声干涉。 f_alias = c / (2d) 这个公式给出了在给定间距 d 下，不产生栅瓣的最高频率（混叠频率）。例如，若要让一个阵列在高达10kHz的频率下都有效工作，其单元中心间距必须小于 344 / (2 * 10000) = 1.72cm。这对于中低频单元来说很容易实现，但对于高频单元则是巨大的挑战，也因此催生了下文将要提到的高频波导技术。 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 在音箱设计中，扬声器单元与箱体构成的系统具有特定的谐振特性。谐振特性直接影响音箱的低频响应特征和总体音质表现。本文将深入探讨封闭式和倒相式音箱的谐振特性，并给出详细的计算公式及推导过程。 一、扬声器单元基本参数 扬声器单元在音箱设计中通常用以下几个关键参数表征： Fs (扬声器单元自由空气共振频率)：扬声器单元在自由空气环境中自身振动的共振频率。 Vas (等效顺性容积)：扬声器单元悬挂系统的柔顺性（顺性）等效于一个特定容积空气的柔顺性。 Qts (扬声器单元总品质因数)：扬声器单元机械品质因数（Qms）与电气品质因数（Qes）的并联组合，表示单元的阻尼特性，定义如下： 其中， Mm：移动质量（振膜、音圈等的等效质量） Rm：机械阻尼 Re：音圈直流阻抗 Bl：磁通量密度（B）与音圈长度（l）的乘积 二、封闭式音箱的谐振频率计算公式 封闭式音箱中，扬声器单元安装在一个密闭的箱体内，箱体内的空气弹性与扬声器悬挂系统的弹性共同组成一个新的谐振系统，其谐振频率（fc ）可用以下公式表示： 其中： fc：封闭式音箱谐振频率 fs：扬声器单元自由空气共振频率 Vas：扬声器单元等效顺性容积 Vb：音箱内部有效容积 可以看出，箱体容积越小，谐振频率越高，低频响应变差；反之，箱体容积越大，谐振频率越靠近单元自由空气共振频率，低频响应越好，但箱体尺寸过大会导致扬声器驱动力不足，低频控制感减弱。 三、倒相式音箱谐振频率计算公式与倒相孔设计 倒相式音箱是在箱体上开设倒相孔（Bass-reflex），箱体内空气和倒相孔共同构成一个亥姆霍兹（Helmholtz）谐振器。这种结构利用箱体谐振增强低频响应，改善低频效率，具体计算公式如下： 倒相式音箱的谐振频率（箱体和倒相孔共同决定）可用亥姆霍兹谐振频率公式表达： 其中： fb：倒相式音箱箱体谐振频率 c：声音传播速度（常温约为343 m/s） S：倒相孔截面积（单位：m²） Lport：倒相孔长度（单位：m） Vb：音箱内部有效容积（单位：m³） 为了获得理想的低频响应，通常需要使箱体谐振频率 fb略低于音箱系统（箱体+扬声器单元）整体谐振频率，该整体谐振频率推荐值可用 Thiele-Small 参数确定的经典经验公式计算： 实际设计时，通过调整倒相孔的长度 Lport或截面积 S，可精确调节音箱的谐振频率 fb。 四、倒相孔气流速度和失真控制的公式 为了避免倒相孔气流湍流及噪声，通常限制倒相孔气流在最大功率下的气流速度： vport：倒相孔内最大气流速度（单位：m/s，推荐不超过17 m/s） Xmax：扬声器单元最大线性位移（单位：m） Sd：扬声器单元有效振膜面积（单位：m²） f：扬声器最大位移对应频率（单位：Hz） S：倒相孔截面积（单位：m²） 设计音箱时，通过增加倒相孔截面积或调整倒相孔长度，可有效降低倒相孔气流速度，减少气流噪声和失真。 五、小结与实际设计建议 通过以上公式和推导，可以看出： 封闭式音箱：容积越大，低频响应越好，谐振频率越低，但箱体尺寸增加。 倒相式音箱：通过调整倒相孔尺寸，可在较小箱体内获得更好的低频响应，但设计更复杂，需精确调校倒相孔尺寸与长度。 在实际设计音箱时，需综合考虑扬声器单元参数、箱体容积约束、倒相孔尺寸等，精确计算谐振频率，优化音箱性能。

本文首发于微信公众号「声学号角」 IEC最新颁布了IEC 60268-23:2023的标准。规定了适用于电视机、内置扬声器的显示器和其他具有类似声学特性的音频设备（例如平板扬声器）的声学测量方法。 电视机、内置扬声器的显示器意味着大的声音辐射区域，这会导致复杂的声学指向性。这些设备对声音质量的物理评估提出了新的挑战，涉及短时间内的综合测试、结果的可重复性和实用诊断。 该标准定义了近场和远场评估以及代表典型用户应用的声学区域中产生的直达声和反射声的统计评估。同时，该标准提供了一个框架，用于定义有意义的最大 SPL 输出和相应的输入值。 横向和纵向指向性测试 可以在自由场或模拟自由场环境进行标准测试（如消音室）。 也可以在代表客户最终使用的典型现场环境的听音室中测试，需要规定房间体积、房间形状、房间混响时间、收听位置、安装条件等。 在这个房间里提供可重复和可再现的数据。不过不同听音室测得的数据可比性有限。 一般电视和监听音响系统是在没有任何额外挡板的情况下测量的。当然也可以在模拟用户实际使用时的安装方式，比如下图中的立式安装或壁挂式安装。 测试距离按产品和使用场景，如1米/2米等。 近场和远场的传递函数测试 关于如何定义听音窗口，分离直达声和反射声等等都有详细的说明。 如果想查阅IEC 60268-23:2023标准文件，请公众号后台回复“IEC23” 感兴趣的朋友可以自行详细研究和学习。

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — CBT扬声器阵列的简要历史 CBT代表Constant Beamwidth Transducer恒定波束宽度换能器。这个概念是在1970-1980年代美国军方海军研究实验室在ASA（美国声学学会）上发表论文提出来的，用于军用水下换能器的研究。 “New approach to a constant beamwidth transducer”(恒定波束宽度换能器的新方法) “Array shading for a broadband constant directivity transducer”（宽带恒定指向性换能器的阵列阴影） “Experimental constant beamwidth transducer”（实验恒定波束宽度换能器） 这项研究描述了一种球面形式的曲面换能器，具有宽带且与频率无关的波束宽度和指向性，几乎无旁瓣。 该理论在2000年开始由D.B. Keele推广应用于扬声器阵列，论文发表在AES（音频工程学会）上。 在2016年，Keele因在超过45年的时间里对提供宽带恒定覆盖性能的扬声器和扬声器系统的杰出贡献和研究而获得AES金奖。 下面是Keele老爷子的官方网站，汇集了他对扬声器的研究工作。感兴趣的可以学习下，相信会收获不少。 http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/ http://www.dbkeele.com/ 论文地址 http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/papers.htm “The Application of Broadband Constant Beamwidth Transducer (CBT) Theory to Loudspeaker Arrays”（宽带恒定波束宽度换能器（CBT）理论在扬声器阵列中的应用） 将CBT概念推广到圆弧线阵列和环形曲面阵列，并应用于扬声器系统。 “Implementation of Straight-Line and Flat-Panel Constant Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Arrays Using Signal Delays”（使用信号延迟实现直线和平板恒定波束宽度换能器（CBT）扬声器阵列） 通过使用信号延迟，将CBT概念扩展到直线和平板阵列。 “Full-Sphere Sound Field of Constant-Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Line Arrays”（恒定波束宽度换能器（CBT）扬声器线阵列的球面声场） ...