你想知道的无源辐射器音箱知识都在这里
可能说起无源辐射器音箱，大家会比较陌生，其实现在市场上比较火爆的智能音箱大多就属于无源辐射器音箱。因为现在的便携式音箱，体积小，又要求比较好的低频，无源辐射器音箱就是不错的选择。下面就无源辐射器音箱的设计及其与开口的区别展开来讲讲。
像密闭箱一样，无源辐射器音箱的箱体是完全密封的，只有一个腔室。然而，与密闭箱再无其他相似之处了，因为无源辐射器音箱也有一个或多个悬挂的振膜，这些膜片会随着低音扬声器自身振膜的运动而振动。这些振膜被称为“无源辐射器”或“被动盆”，因为它们在没有驱动系统的情况下辐射声波。事实上，你把低音扬声器拆下磁路组件，就可以把它变成无源辐射器了。
与开口箱不同，无源辐射器有顺性和偏移限制 。然而，如果顺性和偏移限制足够大，那么无源辐射器的功能将非常类似于开口箱的风管。注:一般情况下，一个无源辐射器应该能够推动2倍低音扬声器可以排开的空气体积。如果无源辐射器的直径与低音扬声器相同，这意味着它将需要一个大于2.5倍的Xmax。
无源辐射器音箱的原理与开口箱相似 ，这意味着他们之间具有许多相同的优点，如扩展低频响应和快速截止速率，如下面的第一个图所示。无源辐射器音响的一个显著特征是，在无源辐射器本身的谐振频率上，响应中存在一个缺口或凹陷。这产生了一个比开口箱更陡峭的初始截止率，不幸的是，在无源辐射器谐振附近的瞬态响应减小。注：无源辐射器的谐振频率通常至少设置在箱体截止频率以下一个倍频程。
无源辐射器音箱具有独特的相移。它在低频开始增加，非常类似于一个开口箱。然而，相移在无源辐射器谐振附近突然减小，导致整体相移减小，并假设上升幅度与一个密闭箱相似(见上图第二幅图)。理论上，总的相移为450°是可能的，但很少看到相移大于270°。这意味着由扬声器产生的声波通常滞后不超过四分之三波长。然而，无源辐射器共振时相位的急剧变化揭示了前面提到的瞬态响应的减弱。
无源辐射器音箱是如何工作的?
低音扬声器的振膜运动时使无源辐射器膜片产生振动响应。然而，无源辐射器产生的声波落后于低音扬声器，产生了相移。在低音扬声器的共振频率以上，无源辐射器的声波与低音扬声器的声波具有相同的相位，因此它们相互增强。在箱体谐振频率以下，无源辐射器阻尼低音扬声器，使低音扬声器的振膜位移非常小，而无源辐射器的膜片达到最大位移。
这种对低音扬声器的阻尼作用会使箱体谐振频率附近的电阻抗显著降低。降低阻抗有一个不好的副作用，它会导致音圈温度升高，因为此时音圈会从放大器中获得更多的电流，随着温度的升高，它的电阻(Re)也会增加。这进而影响到低音扬声器的许多特性，如其电Q (Qes)、电机强度(BL)和效率(ŋo)。结果表明:非线性失真随温度的升高而逐渐增加。
在箱体谐振频率以下，被动式辐射器声波的相移迅速达到180°，与低音扬声器声波的相移不一致。这产生了快速的第4- 5阶(24- 30dB/oct)低频截止速率，可以保护低音扬声器免受过度位移。然而，在无源辐射器本身的共振频率上，相移常常会产生抵消，从而在响应中产生一个缺口，如图所示。有点像开口箱的地方在于：相移可以开始“卸载”低音扬声器，使其容易在超低频下过度偏移。幸运的是，无源辐射器悬架的顺性和位移限制从来没有让低音扬声器完全“卸载”，所以这个问题不像原理类似的开口箱那么令人担忧。
无源辐射器的最大振幅：
无源辐射器的最大振幅类似于鼓纸的最大振幅如上图所示，参考计算方法如下式 ：
a = √（c^2 － b^2）
式中: a 为 无 源辐射器的最大振幅，单位为mm;
c 为无源辐射器Ｒ环拉直后的最大长度，单位为mm;
b 为无源辐射器Ｒ环的宽度，单位为mm 。
无源辐射器的有效振动质量：
对于无源辐射器音箱，其无源辐射器的有效振动质量在设计中是非常重要的参数，参考计算方法如下式：
式中: 2.7 为常数
Mo 为无源辐射器的有效振动质量，单位为 g;
Mms 为扬声器含空气负载的等效质量;
Sd 为扬声器的有效振动面积;
So 为无源辐射器的有效振动面积;
Vas 为扬声器的等效容积;
Vb 为音箱的最大腔体容积;
Fo 为扬声器的最低共振频率;
Fb 音箱腔体的最低共振频率; ρo 为空气密度 1.29kg /m^3。
无源辐射器音箱与开口箱比较：
我们知道无源辐射器音响和开口箱（倒相箱）之间有很多相似之处。它们都以相似的方式扩展低频响应，并且都具有相似的快速低频截止速率。我们也知道一些不同之处。无源辐射器音箱低音扬声器在超低频从来没有完全“卸载”，与开口箱相比无源辐射器音箱在无源辐射器共振频率处有一个独特的缺口（上图右），可以减少该频段的瞬态响应。还有哪些相似之处和不同点?
无源辐射器音箱通常比类似的开口箱的低频输出稍高，原因有二。首先，无源辐射器的面积通常比风管口大得多，因此它产生较低的风速。第二，被动辐射器不需要像风管那样克服空气粘度摩擦。这两个原因都可以减少被动辐射器的损耗。
无源辐射器避免了与风管有关的许多问题。例如，一个无源辐射器可能安装在装风管的箱体里，比如因为所需的风管太长。此外，无源辐射器避免了由于空气通过风管产生的噪音、风管“管道”共振以及反射的内部高频声波和驻波（有时会从风管口逸出）而导致的风管“声染色”。
另一方面，无源辐射器音箱通常比开口箱更难设计和制作。通常最大的困难之一是找到一个合适的无源辐射器。当找到它时，它的参数通常必须由设计师测量，因为很少有制造商提供完整的规格参数。
音响产品空间辐射(RE)整改案例分享
某音响产品的空间辐射(RE)测试不通过整改案例分析，下图-1是产品的空间辐射(RE)测试数据，产品在空间辐射测试时150MHZ~300MHz频段有较多的谐波干扰数据超标，导致产品EMC空间辐射测试不通过，如下图1，这是一个典型的时钟电路干扰波型:
干扰机制及原因分析
结合以上测试数据分析，导致辐射测试不通过的主要原因可能是产品电路设计中晶振或时钟信号之间的通信形成的干扰，在电路设计中晶振和时钟信号之间都要有匹配电路等措施;在电路中晶振及其相应时钟信号由于其周期特性，会因时钟边沿速率过快引起信号完整性和电磁兼容等问题，成为PCB的主要骚扰源，并产生较多谐波干扰，导致空间辐射测试超标。通常情况下，当PCB电路设计中有品振及时钟信号电路时，晶振线路布线设计时是否增加匹配电阻和去耦电容，或只加了去耦电容未加匹配电阻，以及时钟信号线上是否有增加匹配电阳及去耦电容对产生EMC河题，造成EMI干扰会很大，对EMI测试结果也有很大的影响。匹配电阻在电路设计中作用有阻抗匹配和减缓信号上升沿的作用。阻抗匹配因PCB上的布线都有一定阻抗，会因布线问题产生阻抗失配，引发信号的完整性产生电磁干扰即一般会采用源端串联一个电阻的方式进行匹配来保证信号的质量。减缓信号上升沿匹配电阻与电容的低通滤波电路，为反映信号响应速度，从而影响高频干扰，匹配电阻的取值最好在20~100Q之间，也可在确保信号质量的前提下其值越大越好。去耦电容主要应用于信号电路设计中，完成去耦、振荡/同步及时间常数的作用，振荡/同步:包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于振荡/同步。在PCB布局设计时，若要保证时钟电路有足够的去耦电容，就必须保证去耦电容的选取要满足预期的应用。自谐振频率需要考虑抑制时钟的谐波，通常我们都要考虑原始时钟频率的五次谐波。同时在高频电路中会因回路电感的影响，需要在PCB上放置有效容性的去耦电容来达到良好的去耦效果。在实际应用中通常采用大电容滤低频，小电容滤高频的原则来选取去耦电容值。
解决思路分析
结合以上原因根据测试数据和产品设计分析，可能是功放MCLK时钟信号干扰，我们整改时先将功放的MCLK时钟信号断开，测试时干扰仍然存在，测试数据变化不大，可以判断跟MCLK时钟信号关系不大;再次查看原理图，发现产品的是12.288MHz有源晶振，如上所述，有源晶振在没有匹配电路的情况下很有可能产生干扰，成为干扰源，于是怀疑是该晶振干扰，将晶振电源断开，150Mhz~300Mhz时钟干扰频点现象消失，基本可以确定是该有源晶振造成谐波干扰。在对该晶振部分电路进行近一步检查分析，发现该晶振下方没有铺地，附近的地面积也较少，这样该有源晶振本体产生谐波频率干扰，在没有相应的匹配电路和地回路的情况下，无法通过匹配是电路和大面积的地回路进行有效的去耦和滤波，导致造成EMC测试严重的谐波频率干扰，空间辐射测试不通过。
整改方法及对策
经以上分析，于是我们增加了如下对策后测试通过，整改对策如下图2，整改后测试数据如下图3所示:
1.在X1有源晶振外壳与周边增加接地连接;
2.C31位置滤波电容增加接地连接，15pF改为33pF电容;:
3.将功放I2C MCLK时钟信号R3位置电阻33Ω电阻改为100Q磁珠，靠近X1晶振位置12C MCLK信号引脚串600Q磁珠。
总结
对于这种典型的有源晶振、时钟信号整改，我们需要先了解其干扰机制和原理，定位其干扰路径、分析其受干扰电路或模块，找到问题原因所在，才是解决问题的关键。一般的处理方法如屏蔽、接地、旁路、去耦、阻抗调整、电容滤波等都是解决有源晶振、时钟信号谐波干扰的有效手段。往往我们在整改过程中，只有找到干扰途径和干扰源，才能采用最简单的方法、最低廉的成本来达到最有效的测试结果，通常情况下使用的整改方案越简单，实现起来就越容易，也越容易达成解决问题、降低成本的目的。
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