LEAP5高通开口式箱体设计.docx

1、LEAP5高通开口式箱体设计指南 2高通开口式箱体关键词：开口式箱体设计快速设计列线高功率分析开口线性分析系统曲线理解箱体布局编辑在该例中，一个基本的高通开口式箱体将被设计。它将在各种功率水平上被模拟，来图解在程序中可使用的非线性模拟的性能。快速设计将被用来获得初步设计的标准。然后将讨论生成的系统曲线。目标：一个开口的高通式箱体使用15 英寸（380 毫米）与空气相通的低音扬声器。快速设计这一实用程序将被用来为箱体选择一个通用的列线以及某些启动参数值。设计将在各种功率水平下被模拟来阐述大信号特性。该结果将与实际测量相比较。初始的规格说明书是：-Transducer : TL160IA -Box

2、 Model : Ported Highpass -Shape: Rectangular -Filling: None -Port: Air Vent -Power: 0.1W to 100W 喇叭在任意的设计被模拟前喇叭模型必须已经存在于喇叭库文件中。假如情况并非如此，我们必须先创建喇叭条目。在该例中，将需要一个LTD 模型的喇叭，同时它已经在Tutorial.LTD 库中被准备。开始新设计如果你还没有安装程序，现在开始吧。按照贯穿随后页面每一步的指示执行。假设程序安装在C:。然而，假如你安装在其它的驱动盘上，当执行文件操作时你需要为安装选择合适的驱动器。首先我们将创建一个新的设计并将它保存

3、在Tutorial-2 文件夹。 选择File | New （新建）菜单项。现在输入你的创建信息。 选择Graph | Notes 菜单项。在Personal （个人）区域输入你的姓名，在Company （公司）区域输入你的公司名，以及一个如本例中所示的Project（工程）名。点击OK（确定）来关闭Notes 对话框。现在我们将设计保存在Projects-Enclosures 文件夹下已存在的Tutorial-2 文件夹中，并且命名为Tutor-2 。位于Projects-Enclosures 下的Tutorial-2 文件夹中。在文件名区域输入Tutor-2 并且点击Save（保存）。 选

4、择File | SaveAs( 另存为)菜单项。现在我们将图表框中的一个最大化。 在图形窗口中点击最大化按钮你的屏幕应该看起来与下面的视图相似。当图形按钮最大化时，一系列Graph 的选择按钮成排显 选择Edit | Transducer Parameters( 喇叭参数)菜单项Transducer Parameters （喇叭参数）对话框显示如下。在该例中，TL1601A 喇叭将被使用，并且它位于TUTORIAL库中。示。你可以通过点击工具栏下面的一个按钮来切换不同的图形。记住在选择按钮水平列上的图形的名称-在左边的窗口中选择TUTORIAL 库。-在右边的窗口中选择TL1601A 喇叭。-

5、启用Graph（图表）对话框。你可以在曲线图中观察到该驱动的多个特征，或者在喇叭上双击（CTRL+E ）也可以显示其参数。-点击Exit(退出)来关闭对话框。选择Utilities | Quick Design （快速设计）菜单项。Quick Design( 快速设计) 对话框具有在我们希望构建的喇叭类型和低音扬声器参数基础上快速获得箱体设计参数的能力。喇叭数据可以被手动输入或从当前所选的LTD 库中取出。为此，在执行任何设计任务之前选择喇叭喇叭库是很重要的。对于箱体的声损耗一般假设必须被指定。因为在该例中没有使用填充材料，将使用10.0 的额定Qb 数值。假如包含有填充材料，Qb 的值为5

6、到7 会更恰当。-选中Use File（使用文件）选项。-在列表框中选择Tl1601A 喇叭。-在Qb 域输入数值10.0。-选择Vented Highpass( 高通开口式)模型。三个不同的列线组框显示在对话框的底部。这些包含了在你的选择和数值基础上的三种可能列线的Vab 箱室体积和Fp 开口频率值。随着每个选项和数值被执行，在这些列线框的值将被计算。- Quasi 3rd Butter worth - Sub-Chebychev/Bessel - Extended Bass Shelf 这是我们提供的三种可能列线的名称。列线的类型将被改变，这取决于模型的类型和喇叭的Qts，我们将Vab 数

7、值的单位改成cuFt. -点击三个Vab 区域上小的单位按钮直到出现Ft为止。注意三种列线的Vab 和Fp 的数值。它们分别在25-32Hz 以及在4.8-9.3cuFt 变化。我们可以通过点击Graph 图表框来观察每种选择的响应曲线的外观。-点击Graph（图表）框。你可以通过使用图表右边的小按钮来调整刻度因子。三条曲线中的每一条都是被标签和颜色标记的。这些曲线都可以被转入到Guide Curve(指引曲线)库，通过点击显示线条样本按钮。-点击Red线条按钮。这里显示了一个对话框。可以选择你希望保存曲线列线位置的曲线条目。-选择条目#1 来保存该曲线。-点击OK(确定)来关闭对话框。对于给

8、定的三条可能的曲线，人们注意到Quasi 3rd Butterworth 具有最平滑的响应外观。对于一条曲线的选择，这里存在多个可能的标准。和我们不久将看到的真实响应一样，它将导致详细的模拟很少匹配这种高度单一的预测。我们选择该列线来开始设计。-点击Parameters(参数)图表框。我们将需要两个关键参数来生成列线，Vab 为4.8Ft 以及Vab 为32Hz 。注意显示在这里的这些数据。-点击OK(确定)，关闭对话框。我们现在必须为设计选择箱体的类型。选择Model | Vented Highpass( 高通开口式)选项。选择Edit | Enclosure Parameters( 箱体参

9、数)菜单项。我们已开始准备好箱体的尺寸。对于该例，我们将在一个无限障板区域内分析设计。因为不涉及到衍射，这对于计算是最快的。它对于我们低频大信号分析是不重要的。箱体本身可以通过使用箱壳/箱室组选框Volume (体积)编辑区域里的目标按钮来描述。-点击Volume ( 体积)按钮。一个简单的长方形箱体将被使用。我们需要选择产生所需的4.8Ft净体积值的尺寸。我们希望使用In(英寸)和cuFt(立方英寸)作单位，因此我们要改变单位。我们假定壁厚为3/4 英寸而占用面积为0.35Ft。-在列表框里选择Box（箱体）形状。-点击Length 单位到In(英寸)。-点击volume 单位到Ft。-启用

10、External Dims(外部尺寸)。-在Wall Thickness （壳厚度）区域输入0.75 -在Depth(深度)区域输入18.0 -在Width( 宽度)区域输入22.0 -在Hight(高度)区域输入28.0 -在Occupied（占用）区域输入0.35 我们得到的净体积值约为4.8Ft。-点击OK(确定)，关闭对话框。Domain( 空间范围)选项应该已经被修正。因为我们没有使用任何的填充材料，所以箱室中Vfill % 的数值是0。- Vfill 中输入0.0。开口本身可以通过使用Port（开口）组选框Fp 编辑区域里的目标按钮来描述。-点击Fp 目标按钮。首要任务是指定开口的

11、面积，因此我们将再次使用一个目标按钮，不过这次是Sp 区域的。-点击Sp 目标按钮。一个简单的圆将被用于开口。一个标准的4 英寸的ABS 管被计划，它的OD 数值为4.5 英寸。该材料的厚度为1/4 英寸。我们希望使用英寸作单位，因此我们改变单位。-在列表框里选择形状Circle( 圆)。-点击Length（长度）单位到In(英寸)。-点击Area （面积）单位到In。-启用External Dims（外部尺寸）-在Wall Thickness( 壳厚度)里输入0.25。-在Diameter 里输入4.5。净体积显示为12.5In。-点击OK(确定)，关闭面积对话框。我们现在回到Port Pa

12、rameters(开口参数)对话框。对于面积Sp 区域里显示的数据为12.5In 。现在我们必须输入想要的开口频率，同时核对Vfill 的数值为0,因为我们不打算填充开口。-在Fp 输入32.0。-在Vfill 输入0.0。注意到开口Lp 的实际长度作为4.1 英寸来计算。这得到我们32Hz 的调谐频率。我们同样输入开口的长度同时开口的频率将被计算。Vfill 和Dfill 允许你模拟在开口内部填充材料的模型。通常对于一个标准的低音-反射应用，我们不希望在传统的开口内部填充材料。这将只会降低开口的有效性。然而，存在特殊的情况，比如对于传输线路和绝热模型这些是很有用的。-点击OK(确定)，关闭开

13、口对话框。余下的任务是设置喇叭。-点击黄色喇叭文件夹按钮。选择TUTORIAL file. 选择1601A 条目。点击OK(确定)关闭。箱体的尺寸现在已被完成。现在我们可以移至Layout Parameter( 布局参数) 对话框。箱-点击OK(确定)，来关闭Model（模型）对话框。-选择Edit | Layout Parameters( 布局参数)对话框。箱体布局显示与下页中视图类似。注意到出现了两个来源：喇叭和开口。我们将放置喇叭在障板的中央，但是我们需要将移动开口到喇叭上方的某个位置。-选择/在开口上点击（将在线框上被提取）-在Position Edit Cube 上移动鼠标并且突出V

14、ertical （垂直方向）。-按下鼠标左键同时移动鼠标到右边。-调整开口的位置直到它位于喇叭上方障板的中央。通常想要的位置显示在前页中。注释：如果你在操作3D 编辑控制上有困难，可求助于参考手册。你可以通过旋转场景来观看整个布局。当你在喇叭上点击时，它将变成透明的，并且你可以看见开口的内部长度以及喇叭的后部。-点击OK(确定)来关闭对话框。 选择Edit | Analysis Parameters( 参数分析)菜单项。（F10） 该对话框控制了设计的许多分析参数。这里的大多数参数值都应该是可接受的值。核对每个喇叭功率是W，同时启用所有的参数选项。-在Power/Spk（功率/喇叭）里输入.

15、。-启用所有的选项。- 点击OK(确定)来关闭对话框。我们现在保存设计到磁盘从而来保持/更新我们的改动到目前为止。 选择File | Save （保存）菜单项(或使用CTRL+S)。 选择Edit | Calculate （计算）菜单项(F9)。分析的进程显示在屏幕底部状态栏右下部区域。这里有几个分析阶段，它们取决于模拟的复杂度。在该例中我们选择Infinite Baffle （无限障板），它在无限平面内安放箱体的障板。因此不需要反射 分析。这将大大加速分析因为衍射分析非常耗时。该分析在几秒内完成。 选择Graph | System Curves(系统曲线)菜单项（F4）。系统曲线是由系统分析

16、生成的数据曲线。在该设计中我们将起用所有的曲线。- 点击Show All(全部显示)按钮。 - 点击OK（确定）来关闭对话框。 点击SPL 曲线图选择按钮。 选择Scale | Auto 或Up/Dn 项来观察较低的曲线。你的屏幕现在看起来一定很像下面所显示的视图。这里有五条SPL 曲线显示在曲线图上。两条在95dB 水平附近而另外两条更高。我们将从较低曲线讨论开始。两条较低的曲线给出了在基本解析点处的响应以及总体的功率响应。在该例中基本解析点是轴上每隔1 米处。然而它可能分布在空间的任意位置。功率响应给出了设计产生的总功率，与半空间范围有关。注意到在较高频率处由于喇叭的指向性功率响应下降。在

17、较低频率处伴随功率和同轴响应等同辐射是不定向的。在很低频率时可以观察到功率响应和同轴响应之间的一些差异。这是由于在开口/喇叭和不同轴位置的强烈抵消造成的。 选择Scale | Auto 或Up/Dn 菜单项来观察较高的曲线。你的屏幕现在看起来应该与下面的视图很相似。三条较高的曲线是由喇叭的两条近场压力曲线和开口随同箱室压力响应曲线构成的。近场SPL 是在表面和膜片中央直接形成的压力，也就是在空气出口，压力位于开口出口。在低频处箱室内部的各个位置表现了一个恒压特性。在高频处存在有反射。对于一个高通开口箱体，我们可以看到箱室响应有一个与开口近场响应相似的形状。尽管在总体水平上多少有些偏高。喇叭的压

18、力响应在开口共振（32Hz ）处显示了一个窄哑点,在那里另外两条曲线达到最大值。近场喇叭的响应在较高频率处的梳状滤波应归于膜片交叉处的抵消。然而，这些抵消被假定在固定的点。现实的喇叭不是固定在这些频率，并且可以被预测来显示其变化。 点击Impedance(阻抗)曲线图按钮。 阻抗图表框显示如下。事实上有两条曲线在该曲线图上，两者是等两条同的。一条曲线是喇叭的阻抗而另一条是箱体的总阻抗。因为这里只有一个单一的喇叭，所以曲线是相同的。然而，对于更复杂的箱体，这里可能会有许多不同的阻抗曲线。 点击Excursion(振幅)曲线图按钮。 喇叭和传感器的振幅显示在随后的页面中。开口中的空气振幅多次高于喇

19、叭的。它直接遵循于喇叭面积Sd 和开口面积Sp 的比率。在这种情况下Sd 是In而Sp 是.In。这个比值是 ：。在很低频率处同样数量的喇叭转移的空气必须也穿过开口。因为开口的面积小于喇叭。开口内部的空气运动更高。这个运动的比率因数等于Sd/Sp 的比值。喇叭开口的空气必须移动次，这远远大于喇叭表面的空气。 点击Velocity （速率）曲线图按钮。 速率曲线显示在上页。这里我们再次清楚地看到开口中空气的线速度远远高于在喇叭中的。如果是相同数量的空气通过更小的区域，它将移动地更快。 点击Volume( 体积)曲线图按钮。气流体积的曲线图显示如下。这是每秒钟通过喇叭或开口的空气体积。正如我们预料

20、的一样，该曲线图显示了两个源在很低频率处的气流体积是相同的。这就是为什么空气在通过更小开口时的速度更快的原因。在该例中，喇叭开口的流体必须移动11 次。这就产生了对于大信号的潜在问题，在那里开口中大量的流体必须以极高的速度移动。记住到目前为止分析都是在1W 的驱动功率下完成的。它对于开口在不同驱动功率级上的特性也有意义。这些结果的对比将给我们在开口线性上的大体认识。如果你确实关注了先前的同轴SPL 响应曲线，你将会注意到响应结果并没有像在先前快速设计中所选择的列线那样所预料地出现。我们将列线保存在Guide Curve( 指引曲线)库中，同时我们将使用它与完整的模拟结果进行直接的比较。 点击R

21、atio （比率）曲线图选择按钮响应曲线保存了在整个整个快速处理中单位为Ratio( 比率)处理过程，因为它是一个无量纲的传递函数。响应如下所示，显示了Quasi -3rd（准第三序）序列线传递函数。如果希望在SPL 曲线图上显示该曲线来与详细设计模拟进行比较，我们需要将单位改为SPL 同时将曲线向上调整到适当的刻度上。 选择Graph | Guide Curve(指引曲线)菜单项（F6）。-点击条目#1 Left Vert 列表单同时将单位改变到SPL。-点击条目#1 颜色列按钮并将它改变到黑色。-点击OK(确定)来关闭对话框。你将迅速看到曲线从Ratio( 比率)曲线图上消失。 点击SPL

22、 曲线图选择按钮。列线现在以94dBsql 水平级显示在SPL 曲线图上，如下页顶部曲线图所示。这是由于比值由10V/V 变成1.0Pascal,它等于94dBsql。我们将提升1dB 来更好地匹配我们的详细模拟。 选择Processing | Unary Math Operations （一元数学运算）-在列表框中选择Guide Curves(指引曲线)条目#1。-选择Magnitude Offset(量级偏移)运算。-在编辑区域输入1.0dB. -点击Execute(执行)按钮。-点击Exit(退出)按钮关闭。响应列线现在显示在下页的较低曲线图中。我们观察到同轴响应峰值在接近80Hz 处，

23、同时在100Hz 和500Hz 之间有一个波谷。响应并没有出现像快速设计预测的平面，这是一个非常典型的结果。由快速设计提供的分析是过分简单化的。它使用传统经典的扬声器传递函数近似值方法。隐含在分析中的是假设喇叭阻抗上升是完美匹配的，计数器有方向性的上升以及膜片高频质量衰减。但这并不能保证对于任意特殊的喇叭来说都是正确的。在大多数情况下将不是，在有些情况下差异是实际存在的。由快速设计提供的列线预测必须在粗糙近似值的前后关系中观察到。这些近似值在有些情况下是有用的，而在其它情况下又是没有用途的。在多数情况下，它能够对原始体积和开口调谐频率做出简单的推测。设计能够通过试验和误差分析来改善直到合适的响

24、应被实现。如果我们希望降低曲线弯点出的波峰特性，我们可以降低开口共振频率。这可以通过增加开口长度实现。既然一个8 英寸的长管在整个原型结构中是可用的，我们将仅仅将长度改变到我们预制可用管的长度。 选择Edit | Enclosure Parameters( 箱体参数)菜单项（F3）。-点击Fp 区域的目标按钮。-在开口Length（长度）里输入8.0 英寸。-点击OK(确定)来关闭Port Parameters(开口参数)对话框。我们看到开口的共振频率已改变到25.6Hz 。我们现在再次运行分析来观察变化。-点击OK(确定)来关闭Enc 对话框。 选择Edit | Calculate( 计算)

25、菜单项。带有更长开口的SPL 响应结果曲线如下所示。拐点处的波峰已经下降，曲线的形状与快速设计响应的列线有很大的差异。拐点现在看起来很圆滑同时在低频处的响应高于定位响应的列线。既然在低频处的响应是更激烈的，我们或许可以来尝试减少箱室体积。这将降低在低频处的响应并且将使拐点附近的区域变得紧凑。为了减少箱室的体积我们将箱体的深度由18 英寸调整到15 英寸。 选择Edit | Enclosure Parameters （箱体参数）菜单项（F3）。-点击Vab 区域的目标按钮。-在Depth(深度)区域输入15.0 英寸。-点击OK(确定)来关闭Volume Parameters( 体积参数) 对话

26、框。现在的净体积约为3.9Ft ，开口的共振频率提升到28.5Hz 。 点击OK(确定)按钮来关闭Enc 对话框。既然我们现在已经改变了箱体的尺寸，我们必须再次打开Layout Parameters( 布局参数)对话框来获得这些改变。我们不需要在这里作任何的调整，但是为了能获得箱体参数的尺寸变化必须再次保存布局。当Layout Parameters( 布局参数)对话框关闭时，辐射和衍射模型被构造。任何时候我们在外部改变箱体和喇叭，布局参数都必须被再次访问。如果不是这样，EnclosureShop 将会提出一些警告信息并拒绝执行分析。 选择Edit | Layout Parameters( 布局

27、参数)菜单项（F5）。-点击OK(确定)按钮关闭（ENTER）。 选择Edit | Calculate( 计算)菜单项（F9）。新的更小箱室的SPL 响应结果如下所示。极低频率处的响应相当接近于快速设计的列线。弯点再一次保持了显著的差异。40Hz 时模拟在列线的下方而80Hz 时它在列线的上方。到目前为止根据简略地研究，我们可以产生合理的推测：没有Vab 或Fp 数值的综合存在时，将允许响应来匹配预测列线达到任意高的精度。该测试点将图解说明调整箱体设计难度来匹配一个特别要求的列线。在大多数情况下这是不可能的。喇叭和箱体将化合成一个高阶的系统，它能被适当地调节来复现一个低阶的列线。一旦喇叭被选定

28、，定义响应的许多参数都固定，并且超越了我们仅通过调整箱体来改变它们的能力。我们将保存设计到磁盘以便保持/更新我们的改动到该点。 选择File | Save 菜单项（CTRL+S） 大信号分析到目前为止我们已执行的所有分析都运行在1W 的功率水平下。为了观察到该设计在大小信号级上如何发挥其功率特性，我们将在0.1W,1W,10W 以及100W 四个驱动功率下分析该设计。为了在不同功率水平的分析作准备，我们将关闭极坐标分析。这将减少曲线的数目并且促进更易于复制曲线作为一个简单的块。 选择Edit | Analysis Parameters( 参数分析)菜单项。-在Power/Spk 里输入0.1。

29、-不选中Horz 框。-不选中Vert 框。-点击OK(确定)来关闭对话框。现在我们在0.1W 功率水平下运行分析。 选择Edit | Calculate( 计算)菜单项（F9）. 现在我们将会有一系列在0.1W 功率水平下的System Curves （系统曲线）。我们复制这些曲线并将它们粘贴到Guide Curves（指引曲线）库。我们在第一条曲线上编辑名字来指示该0.1W 分析。 选择Graph | System Curves(系统曲线)菜单项。-点击/选择曲线#1。-按住SHIFT 键，同时选中#17(全选). -点击COPY（复制）按钮。-点击OK(确定)关闭对话框。我们现在已经将这

30、17 条曲线复制到Clipboard( 剪切板)。我们将它们粘贴到Guide Curves( 指引曲线)库。 选择graph | Guide Curves(指引曲线)菜单项（F6）。-点击/选择条目#3。-点击PAS（粘贴）按钮。-在曲线#3SPL 名称上附加例如”0.1W”的文本。-点击OK(确定)关闭对话框。现在我们将0.1W 曲线集保存在Guide Curves( 指引曲线)库中。我们现在将驱动功率调整到1W, 再次运行分析，然后同样地复制/ 粘贴1W 的曲线。 选择Edit | Analysis Parameter( 参数分析)菜单项(F10)。-在Power/Spk（功率/喇叭）里输

31、入1.0。-点击OK(确定)关闭对话框。 选择Edit | Calculate( 计算)菜单项（F9）。 选择Graph | System Curves(系统曲线) 菜单项(F4)。-点击/选择曲线#1。-按住SHIFT 键，同时选中#17( 全选). -点击COPY（复制）按钮。-点击OK(确定)关闭对话框。我们现在已经将这17 条曲线复制到Clipboard( 剪切板)。我们将它们粘贴到Guide Curves(指引曲线)库。 选择graph | Guide Curves(指引曲线)菜单项（F6）。-点击/选择条目#21。-点击PASTE （粘贴）按钮。-在曲线#21 的SPL 名称上附加例如”1.0W”的文本。-点击OK(确定)关闭对话框。现在我们将1.0W 曲线集保存在Guide Curves(指引曲线)库中。我们现在将驱动功率调整到10W, 再次运行分析，然后同样地复制/粘贴10W 的曲线。 选择Edit | Analysis Parameters( 参数分析)