LEAP_EnclosureShop:声场空间

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Enclosure Modeling 07:Domain Space. EnclosureShop提供了几种不同类型的声场,可以在其中模拟音箱箱体。其中包括:无限障板、全空间、半空间、四分之一空间和八分之一空间。这些声场之间的差异由它们的边界反射来定义,在某些情况下,还由音箱的限制位置来定义。当在各个声场中进行模拟时,音箱的响应将发生变化。

无限障板

在该区域中,音箱凹进无限平面中,障板与该平面齐平。辐射只产生在平面上方的半空间(2π)声场中,如下图所示。

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由于箱体的侧面和背面都在辐射场之外,因此不涉及衍射。所以,分析速度非常快。

三维布局编辑器(下图)从前面和后面显示设置。箱体的面板固定在无限障板的平面内,箱体的其余部分显示在其后面。

LEAP_EnclosureShop:声场空间

下图展示了在无限障板域中模拟的音箱的响应。应该注意的是,水平和垂直极性曲线图是相同的,因为在这个例子中只有一个以Z轴为中心的扬声器。此外,声学响应仅在±90度之间的域的前半部分产生。

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全空间

在这个域中,音箱周围没有任何边界。在所有方向上辐射产生一个全空间(4π)声场。这个域通常被描述为无回声的,因为没有来自任何方向的反射。

由于音箱的所有侧面都在辐射场内,衍射发生在音箱的整个箱体周围。

三维布局编辑器(下图)在消声室的环境中显示了该域,如覆盖有楔形块的房间墙壁所示。这为音箱表面提供了逼真的可视化和声学反射。

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应该注意的是,在3D显示器中绘制了几个曲线箭头,这些箭头显示出了极坐标模拟路径的位置。目标对象指示基本模拟点(原点)的位置。图中还显示x、y、z轴。

下图显示了全空间模拟和之前的无限障板模拟的轴上响应。在1kHz以上,响应几乎没有差异。因为在高频时,扬声器本身变得有指向性,并且域之间的变化是不相关的。

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全空间模拟(Full Space)和无限障板模拟(Infinite Baffle)的轴上响应

请注意,在600Hz时,响应会出现上升或波动。这就是箱体本身开始充当障板的地方的指向性,导致响应接近与无限障板模拟中相同的水平。箱体上扬声器的形状、尺寸和位置将控制该区域的响应。

然而,在较低的频率时,全空间响应出现显著降低。低频辐射在箱体周围扩散到两倍的可用空间。

比较这两种模拟曲线表明,响应曲线的形状在很大程度上取决于环境。低频区和高频区之间的相对声压级差直接受到域的影响。

下面显示了全空间域的水平极坐标图和垂直极坐标图。在全空间域中,声音能在箱体周围360°辐射。从这些图中可以清楚地看出,箱体后面几乎没有高频输出,而在低频时,响应是全向的。

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半空间平面

在这个域中,音箱有一个类似于无限障板的单平面边界,但这里的箱体位于平面上方,而不是凹进平面中。辐射在平面的一侧产生半空间(2π)声场。

由于箱体在辐射声场内,衍射发生在音箱的整个箱体周围。

通常,模拟点(或接收点)的位置可以在边界平面上方的任何位置。

然而,当接收点位于地平面的表面上时,会出现一种称为地平面的特殊配置。音箱通常朝向接收点位置倾斜。

这两种配置如下所示。在接收点位于平面上方的一般情况下,由于来自平面的反射而产生多路径辐射。其结果是频率响应曲线上的某些频率被抵消。

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在地平面布局中,由于接收点位于边界上,因此没有反射。这两种配置会产生截然不同的响应。

三维布局编辑器在下面的地平面配置中显示此域。边界绘制为一个大平面。模拟目标位于平面的表面,箱体与目标成一定角度。这将得到扬声器的轴向响应。

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请注意,所有辐射都在平面上方。因此,可以预料垂直极坐标图对平面下方的负角度没有响应。水平极坐标位置出现在平面的表面上。

下图显示了地平面模拟和上一次全空间模拟的响应曲线对比。除了大约6dB的差异之外,曲线具有几乎相同的走势。事实上,地平面半空间配置非常接近消声响应,但只是放大了+6dB。

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由于要求箱体成一定角度以允许扬声器与目标同轴,因此可以预计高频响应与轴向响应相似。此外,由于目标直接位于边界的表面上,所以辐射声压级加倍。

地平面配置的水平极坐标图和垂直极坐标图如下所示。现在声音能在音箱周围水平方向360°辐射,但如预期的那样,垂直方向只有0-180°。

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下面的三维布局编辑器显示了以更通用的方式配置的半空间域,其中目标模拟点位于平面上方。音箱不是倾斜的,而是简单地平放在平面上。接收目标与扬声器直接位于轴上。

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下图显示了常规半空间模拟和先前全空间模拟的响应曲线对比。在低频时,半空间曲线比全空间曲线高6dB,正如从2π与4π的声场大小差可以预期的那样。在中频时,半空间响应中有两个明显的谷点。这些是边界反射的结果。

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在3kHz以上的频率时,响应曲线几乎相同。这是扬声器指向性较强的区域,并且不会将任何显著的辐射指向平面。因此,反射最小。

下面显示了一般半空间配置的水平和垂直极坐标图。同样,声音可在音箱周围水平360°方向辐射,但垂直方向只有0-180°。请注意,垂直方向上轴向位置产生在约20°处。

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四分之一空间

在此域中,音箱有两个边界平面:一个在箱体下方,一个在箱体后方。辐射产生在两个相交平面之间的四分之一空间(π)声场中。

由于音箱在辐射声场内,衍射发生在音箱的整个箱体周围。

通常,模拟点(或接收点)的位置可以在边界平面内的任何位置。

三维布局编辑器在下面显示此域。边界绘制为大平面。音箱必须位于两个平面内。

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下图显示了“四分之一空间”模拟和上一个“全空间”模拟的响应曲线对比。在低频时四分之一空间曲线比全空间曲线高出近12dB,可以从π与4π的声场大小差异中预料得到。在中频时,四分之一空间响应中有三个明显的谷点,这是来自两个边界反射的结果。

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在3kHz以上的频率时,响应曲线几乎相同。这是扬声器指向性较强的频段。因此,来自边界的反射最小。

下面显示了四分之一空间域的水平极坐标图和垂直极坐标图。现在水平辐射角在±90°之间,垂直辐射在0-90°之间。同样,垂直方向的轴向位置为约20°处。

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八分之一空间

在此域中,音箱有三个边界平面:箱体的下面、后面和一侧。声波被辐射到三个相交平面之间的八分之一空间(π/2)声场中。这就类似一个房间的角落。

由于音箱在辐射声场内,衍射发生在音箱的整个箱体周围。

通常,模拟点的位置可以位于边界平面之间的任何位置。

三维布局编辑器在下面显示此域。边界绘制为大平面。音箱必须位于所有三个平面内,如下图所示。模拟点位于与所有三个平面相距不同距离的空间中,并与扬声器在轴向上。

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下图显示了八分之一空间模拟和上一次全空间模拟的响应曲线对比。低频时,八分之一空间曲线比全空间曲线高出近18dB,正如从π/2与4π的声场大小差所预料的那样。在中频时,八分之一空间响应曲线中有明显的峰谷。它们是来自三个边界平面反射的结果。

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与中频和高频相比,响应曲线的总体走势显示出更明显的低频。减小域空间通常会增加低频响应,但不会显著改变高频响应。

下面显示了八分之一空间域的水平极坐标图和垂直极坐标图。现在,水平和垂直辐射区域都位于0-90°之间。在这些极性响应曲线中存在更多的峰谷。

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现在将箱体旋转大约45度,并将其向下倾斜,如下面的3D布局所示。模拟点也向外移动了45度,并降低到底部平面上。

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下面图表显示了此新配置的响应中的变化。在180Hz处有一个较大的谷点,但在较高频率处的响应有所改善。

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三个边界的存在产生了一个严重反射的声场。辐射区域中几乎任何位置的响应曲线都不同。通过改变音箱的位置和模拟目标点的位置,可以观察到许多不同走势的响应曲线。

  • 本文由 发表于 2023年10月16日
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