入門 -- 喇叭的低音反射孔

有些喇叭箱體上有開個孔，人稱之為低音反射孔，
怎麼會是反射孔呢？不應該是噴射孔嗎？
可以想想，若那個孔是用來發出聲音的，那開大點不是更大聲？
徹底點，全開呢？等於沒有箱體，不是最大聲？
我們都知道，沒箱體，低頻正面波與背波合在一起，音量反倒是大幅衰減到幾乎沒有...
那個孔，不是用來發出聲音的啦～

之所以提這個，是因為常有人說，某對喇叭的反射孔在背面，貼牆低頻會更嚴重...
這似乎很直覺，但，真是如此嗎？
這得先搞懂那個孔是做啥用的。
之前提過訊號反射這件事 http://records2ear.blogspot.com/2013/01/blog-post_17.html

反射孔這名字便是由此而來，
喇叭發出聲音時，單體的二面都會有音波，背面的波就在箱體內傳遞，
當傳到那開孔內的管子時，大半的振幅都會反射回去，只有小部分會穿過管子由孔傳出箱外。
可以想想，你在家聽音樂怕吵到鄰居不就會關起門窗，倘若只開個小縫，在窗外聽的音量就很小，
所以說呢，那個孔傳不出多少聲音啦～

事實上，這種開孔式喇叭的設計就是為了盡量利用背波的能量，
基本原理請看 http://en.wikipedia.org/wiki/Bass_reflex

最極端的形式便是傳輸線式喇叭，也就是在箱內做一條截面積相同的管道讓背波穩定的傳遞，最後到箱外出口便有相當大的阻抗差異，這背波又反射回去，經過同樣的路徑傳到單體去，
倘若正巧這時是下一個週期波的開始，那麼便等於利用這背波推單體一把，藉此讓低頻能更延伸。

一般的開口式，利用的是另一個原理，如同我們對著瓶口吹氣會聽到某個頻率的聲音，
那聲音便是這瓶子的共振頻率，這與箱體容積有關，
設計成共振頻率是單體能力的下限便能補足低頻。


那共振頻率怎麼算？
http://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_resonance

v:音波速度
A:開口截面積
Vo:箱體容積
L:開口長度

因此，要頻率低，也就是fH越小
那麼A必須要小，Vo或是L必須要大
也就是開口要小，容積要大或是開口管要長

照這公式來看，倘若，縮小開口面積呢？
那麼A會變小，頻率也就變低。

這與我們常聽見的，用泡綿縮小開口面積，低頻會比較少，二者是否一致？
例如Kyle家http://records2ear.blogspot.tw/2012/06/kyle.html
紅：不塞，藍：塞

這圖可以看得出來，塞孔後，30Hz以下，確實比較高！
也就是說，不塞時可能共振頻率在50Hz，塞了共振頻率降低，40~60Hz就大減。

這又回到這題一開始談的，開口並不是噴射孔，並非開這孔讓低頻多些出口而音量增加，
而是這開口會影響低頻響應。

那麼，最極端的，完全塞住呢？也就成了密閉箱體式，
這就沒有共振頻率可言，也就少了利用箱體共振延伸單體低頻這效果，
因此聽來低頻音量較低，另一方面也沒有箱體共振慢一拍的現象，聽來也就比較乾淨快速。

再來的問題會是，能不能用小小的箱體容積，搭上小小的開口截面積，或是長長的開口深度就能達成相當低的低頻？

我們可以想個極端的例子，倘若是個針孔般大小的開口，那，這與密閉式有啥差異嗎？

想來應該沒啥用處，

這就帶出，開口截面積會有邊際效應遞減這種狀況發生。

來個數值分析吧，以廖老哥這個仿Onken的箱體為例，

內部尺寸約61x91x52cm，側面那兩排開口為5Wx91Hx38D，
固定所有數值，只變動孔深，可得這圖，縱軸為共振頻率，橫軸為孔深

可以看出孔深的效應逐漸趨緩，效應最佳之處便是曲線的斜率最高處，約莫等於這箱體設計的38cm，可見得，Onken可是有設計過的勒～不是亂湊個數字算數哪～
我們可以想見，這箱的深度大概也是為了配合孔深。

若變動孔截面積，可得這圖，縱軸為共振頻率，橫軸為截面積

看來約略成線性。
綠色是原設計截面積910平方公分，洋紅是截面積減半，共振頻率由50Hz左右壓低到35Hz。

二者同時變動，朝上軸是頻率（0~100Hz)，右前軸是孔深(0~50cm)，右後軸是截面積(0~1500cm平方）

要讓頻率低，孔深必須到25cm以上效果比較明顯，截面積則是接近線性。

這裡 http://www.phys.unsw.edu.au/jw/Helmholtz.html
提到孔截面積與長度之間的關聯

The extra length that should be added to the geometrical length of the neck is typically (and very approximately) of 0.6 times the radius at the outside end, and one radius at the inside end).

實際上，倘若開孔是圓形，孔長得要多個1.6個半徑才能達到預期的效果。

以老哥這個箱子為例，開孔截面5*91cm，約略等於半徑3cm的一連串圓，
那麼若扣除3*1.6，那孔深有效長度為33.2cm，如此得共振頻率52.7Hz。

這隱含著，孔截面積越大，則有效的孔長更小，共振頻率更高，
以喇叭這應用而言，這倒不構成任何問題，喇叭是想要小箱體、小截面積、大孔長以得較低頻率。
另一方面，孔截面形狀呢？
似乎瘦長孔會比圓孔的有效長度多些吧？

Wiki有本書 http://en.wikibooks.org/wiki/Engineering_Acoustics/Bass_Reflex_Enclosure_Design
談怎麼設計。

相關討論在此 http://www.miaofoundry.url.tw/phpbb/viewtopic.php?f=4&t=595&start=0