低音炮漫谈

boyfbi

低音炮作为AV系统中核心的配置，现在已经被越来越多的烧友所共识。有些烧友在低音炮上的预算甚至超过了总预算的50%，可以见其对低音炮的推崇备至。但现在书刊以及网络上介绍低音炮相关内容的文章确是屈指可数。大部分都是介绍寥寥，更不乏一些枪手的文章，有些技术文名词还是编造出来的。

       于是自己有了写一篇关于低音炮的文章，配合实践来深一步的讲述低音炮的基本原理。希望和大家一起温故而知新。

       低音炮的形式主要分为两种，一种是密闭炮，一种是倒相炮。其它的形式都是这两种形式的等效变形或者组合。如另外两款常见形式——无源辐射器和带通箱。

       密闭炮是常见的一种炮，因为它设计成本低，对喇叭参数的要求不高。密闭炮的原理很简单，就是用箱子把喇叭的前后两个辐射面隔开，在箱体内填充适当的吸音材料，把喇叭后面的声辐射全部吸收，来阻止低频扰射，从而提高低频段的声压。




      密闭炮有两种基本结构，就是AS（气垫式）以及IB（无限大障板式）。区别在于箱体相对的大小。具体量化是根据α的大小来划分的，α是喇叭等效容积与箱体实际容积的比值。α大于3是气垫式，小于3则是无限大障板式，也就是气垫式的箱体小于无限大障板式的箱体。由于气垫式低音炮的截止频率F3较高，箱体相对又小，所以在低音炮领域，应用的不如无限大障板广泛。

       在音箱领域有人做过实验，在20平方听音室中，为了产生105dB的声压级，当截止频率F3为40HZ、规定的二次谐波失真为3%时，密闭箱的体积至少要65L。但是很多人也包括很多媒体，在描述密闭炮时，不管什么结构经常喜欢用气垫二字，这是一个人云亦云式的错误。举个例子，一个12寸的密闭炮的低频截止频率F3为25hz，如果是气垫式的话，那喇叭的共振频率就要为13hz左右，这样的喇叭很难被使用。而无限大障板式的低音炮由于F3可以做的相对较低，所以应用很广泛。

       一些密闭炮利用喇叭自身的性能，就可以获得不错的低频下潜，例如MK；一些密闭炮则由于箱体较小的原因，需要EQ对低频段加以补偿来获得足够的声压，例如Revel。但是加了EQ会导致喇叭的振幅加大，而带来额外的非线性失真，另外EQ也会改变低频的滚降曲线，使瞬态变差等等。只是由于人耳对超低频失真的容忍度很大，所以造成了这种影响并不是很明显，这也是很多低音炮厂家经常用到的一个原理。

       密闭炮的优点是瞬态特性好，在同等F3下低频更加丰满，量感更足。与主箱容易融合，优秀的密闭炮在听交响乐时会有很不错的表现。

       缺点是效率差，对箱体结构的强度要求高，要求功放板要有较大的功率余量，由于在F3附近喇叭的振幅最大，所以在F3及半个倍频程处失真较大。

       来看一个实例，低音炮是MK的一款密闭炮，从曲线上可以看出在低频段声压上升曲线比较缓慢，这是密闭炮的典型特点。




       接着来看一下失真曲线，可以明显看到在F3处失真是很大的，随着频率的上升，失真随之减少。在50HZ以下失真小于20%人耳都不易查觉，所以这款炮算是一款合格的低音炮。


       再来看威力登的一款密闭炮，这款炮的失真就明显的比MK要好得多。但是和同价位的倒箱炮来比，20HZ以上的频率失真还是太大了。



       对于密闭炮来讲，我们要清醒的认识。在F3附近频率的声压厂家吹得越大，失真也越大，特别是平价炮，失真曲线惨不忍睹。

[ 本帖最后由 boyfbi 于 2008-7-27 19:56 编辑 ]

boyfbi

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倒箱炮是最常见的一种，特别是在多媒体领域，几乎是清一色的倒箱炮。这是由于倒箱炮与密闭炮相比，在箱体容积接近的情况下，可以获得更低的F3。由于利用了扬声器后面的声辐射，所以发声的效率也要比密闭炮高出不少。一般来说，同款喇叭做出的炮理论上倒箱结构要比密闭结构高出3dB的声压。另外在低频F3处的声压主要以倒相管为主，所以F3处的非线性失真要远小于同规格的密闭炮。




我们来看一下倒箱炮的工作情况，主要分为三个阶段。

      第一种情况：当信号频率F<Fb时（Fb是箱体谐振频率），喇叭锥盆的辐射与倒相管的辐射反相，使声压总输出大大降低，失真非常大。

     

      第二种情况：当信号频率F=Fb时，引发亥姆霍兹共振。锥盆的辐射振幅大大减弱，声压主要由倒相管口辐射，所以，此时喇叭的谐波失真大大减小了。但由于以管道辐射为主，使倒相炮的瞬态响应比密闭炮稍差（因为在信号结束后，要过30-40ms，管道才停止发声）。正因为在时，倒相炮会以管道辐射为主，所以倒相管的开口面积以及形状对低频的影响就显得尤为重要。



      第三种情况：当信号频率F>Fb时，锥盆与倒相管是同相辐射，效率提高。一般在F>2Fb时，增强作用会明显减弱。此时，信号频率提高了，波长变短，管道辐射将越来越不明显；此外，锥盆往后辐射的声波也大部分被箱内的吸音材料吸收了。



所以，倒相炮实质上是使频段的声压增加及处扬声器谐波失真减少。

      通过以上分析，可以明显的看到，倒箱管在整个炮的工作系统中占有相当高的地位。倒相管的开口形状、面积与fb这个频段的表现息息相关。我个人认为，对于低音炮来讲，倒箱管的开口面积最小要为喇叭有效辐射面积SD的25%，优秀的低音炮开口面积应该在SD的35%以上。还有很重要的就是开口形状，根据流体力学，在容器开口管道内流动的液体（空气在自由空间内低速流动时与液体有着相似的特性，低速是指流动速度远远小于声速）受压缩所损失的能量，与管道的开口形状以及位置有着密切的关系。


       管道开口处受压缩而损失的能量He=Ke*V2/2G，Ke是损失系数，可以看到图3的损失系数最大，原理由于篇幅所限就不多说了。结论大家都耳熟能详，就是倒箱管的开口处要圆滑，最好呈喇叭状。


      具体来看下面的实例，这是一款SVS的倒箱炮。可以看到它的曲线上升得比较快的，这是典型的倒箱炮的曲线。



      接着来看一下它的失真曲线，可以很明显的看到低频F3处失真非常小，在F3-2F3之间的失真有些稍大，这是由于倒箱管所引起的失真，由于失真度很小，所以这是一款相当不错的低音炮。


      再来看它的另外一款更高档的倒箱炮的失真曲线，可以看到由于倒箱管设计得相当合理，所以在F3-2F3处的失真非常小，可以说是一款顶级的倒箱炮。




     倒箱炮的优点是低频F3下潜较深，低频更有力度，效率高、低频失真小。

     缺点是瞬态特性稍差，设计的难度相对较高，对喇叭的参数要求严格。

[ 本帖最后由 boyfbi 于 2008-7-25 23:04 编辑 ]

boyfbi

无源辐射器其实是倒箱管的一种变形，它的特性原理与倒箱炮是很相似的。优点是杜绝了倒箱管带来的声压缩而产生的失真，缺点是瞬态特性要比倒箱炮要差。倒箱炮是通过调节倒箱管的口径和长度来改善低频。而无源辐射器是通过调整辐射器的重量来改善低频，世界上做得最好的无源辐射器厂家是美国的POLK AUDIO，在国内知名度最高的是骄阳。下面我们就以骄阳为例来探讨一下。

       骄阳炮素以小体积大声压低下潜著称，它是怎么实现的呢？这一部分要归功于无源辐射器的先天优势，在倒箱炮的设计中，我们知道F3以及开口管道面积不变的情况下，箱体越小倒箱管就越长，长度与箱体缩小比例的倒数成正比。但倒箱管的长度是有限制的，不能大于FB处波长的1/12之一，但像骄阳这么小的箱体，要保证足够的开口面积与低频下潜，倒箱管将会长达将近2米，甚至会更长，这显然是不能使用。不过无源辐射器解决了这个问题，前面说过它只用增加辐射器的重量就可以改善低频的下潜，当然前提是主动喇叭要有足够的驱动力。

看一下它的曲线，很明显低频的上升速率要比倒相箱陡，这就是无源辐射器的典型曲线。


再看下它的失真曲线，由于箱体过小所以在低频处的失真比同等级的倒相炮要大许多。



无源辐射器的优点是没有风噪的干扰，低频较倒相炮丰满，低频可以潜的更深。缺点是瞬态特性稍差。


另外骄阳低音炮有个很有意思的特点，就是在大动态的时候会跳着移动，这是因为它的主推动喇叭与无源辐射器是以对称形式分布在箱体的两个面上。

由于主推动喇叭和辐射器是同向运动，同时两个锥盆的重量也不一致，这样在大动态时作用在一条直线上的两个作用力点的动量不一样，就使动量大的那个点要先翘起来，所以就形成了跳跃。当然，骄阳炮跳跃的前提是大质量锥盆和小质量箱体。

[ 本帖最后由 boyfbi 于 2008-7-25 22:39 编辑 ]

boyfbi

带通箱是密闭炮与倒相炮的结合，最简单的是两腔四阶带通低音炮，其它的还有三腔、四腔、五腔的。

带通低音炮做的比较好的就是BOSE，通过复杂的设计可以使两只6.5寸低音发出不错的低频效果，但由于腔室太多，所以瞬态特性差。

由于带通低音炮并非主流，10寸以上的炮很少见，大多应用于多媒体领域，所以就不做太多的探讨。


PS：花了半天的时间来整理思路，写了这么一篇低音炮漫谈，主要写的是每种炮的特点，以及基本原理的介绍。

虽然稍微浅显了一点，但对于加深对低音炮原理的认识还是有一点帮助的。

等过段时间会写一篇内容较为专业的关于低音炮方面的文章，可能会选择在期刊上发表，过后也会发在坛子里。

[ 本帖最后由 boyfbi 于 2008-7-25 22:56 编辑 ]

华韵

请继续[s:20]

leiqihau

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等待下文[s:6]

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很好的教材[s:20] [s:20]

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先顶一下，再慢慢欣赏。

superwave

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soundlover

请问这是你做的测试吗？
“低频段声压上升曲线”你的意思是由低向上测试吗？

boyfbi

原帖由 soundlover 于 2008-7-26 00:22 发表
请问这是你做的测试吗？
“低频段声压上升曲线”你的意思是由低向上测试吗？

数据是采用国外的权威测试数据，国内还没有人或者机构进行过这样的测试。

引用数据的目的是为了更好的说明问题，所以隐去了产品的型号。

由低向上你是指什么，测试信号的内容还是强度？

[ 本帖最后由 boyfbi 于 2008-7-26 00:58 编辑 ]

soundlover

原帖由 boyfbi 于 2008-7-26 00:43 发表


数据是采用国外的权威测试数据，国内还没有人或者机构进行过这样的测试。

引用数据的目的是为了更好的说明问题，所以隐去了产品的型号。

由低向上你是指什么，测试信号的内容还是强度？

为何M&K的有型号？

很想知道那个权威机构？采用什么测试标准？可以贴出原文吗？

不明白你说的“从曲线上可以看出在低频段声压上升曲线比较缓慢”是指什么？低频段声压上升曲线比较缓慢是好还是坏？望赐教！

[ 本帖最后由 soundlover 于 2008-7-26 03:38 编辑 ]

boyfbi

原帖由 soundlover 于 2008-7-26 03:00 发表


为何M&K的有型号？

很想知道那个权威机构？采用什么测试标准？可以贴出原文吗？

不明白你说的“从曲线上可以看出在低频段声压上升曲线比较缓慢”是指什么？低频段声压上升曲线比较缓慢是好还是坏？望赐教！ ...

呵呵，上传了一张没有修改的图，但现在发图权限已经用完，等明天回来再改。

声压曲线在低频段或者说在F3附近的曲率的变化也就是上升曲线的本意。

上升的缓慢与快各有优缺点，通常来说，曲线上升的慢其瞬态特性就较好，但低频的下潜量不够；上升的快瞬态特性就差，低频下潜的量感十足。

但这只是笼统的说，具体的好坏还要结合箱子的实际参数来确定，但总体上是这么一种情况。

通常来说曲线上升速度是：密闭炮<倒相炮<无源辐射器<带通箱，瞬态特性刚好反过来。

另外每种炮也有差别。密闭炮中Qtc=0.5瞬态特性最好，但低频下潜不够，低频出不来；Qtc=1.2瞬态要差不少，低频很足但混浊，适合于小环境，例如车内使用。Qtc=0.7是密闭炮中最好的响应曲线，各方面兼顾的很好。

倒相炮中以SBB4平坦响应校正瞬态特性最好，很接近密闭炮，但箱体较大；C4不平坦校正瞬态特性最差，但低频的下潜最深，可惜比较混浊，箱体也大。

无源辐射器与倒相炮类似。

衡量带通箱瞬态好坏的指标与Qbp与Qts的相对比值有关，也与阶数有关，关系比较复杂，AV领域应用的也不是很多，就不多讲了。

NOTHING

专业！ 加精华[s:20]

由乱美

学习了，顶一个！这种文章看了会有收货，而不像我们某些版主所写的所谓评测[s:6]