自制超重低音(2)


我们所寻找的10"或12"扬声器需要有较大的振动幅度,可以带动更多的空气振动,但是它同时还需要装备有足够强劲的音圈和磁场系统以保证灵敏度达到要求。同时其还必须拥有一个很低的谐振频率,低等效容积和低Q值,这样一来,它才既能够装进一个相对较小的外壳当中,又能够提供准确和足够深度的低音下潜。经过一番挑选,我们认为了Peerless出品的 XLS10 (830452)和XLS12 (830500)基本符合我们的要求。根据它们的型号您应该可以看出,前者为10"扬声器,而后者为12"的。我们最终选择了10"扬声器XLS10。那么为什么选择它呢?还有我们的30升有效容积音箱是怎么设计的呢?别急,下面您就将看到。

实际上,将音箱外壳设计成密封式的并不利于低音效果的还原,因为它会使得滚降幅度达到12dB/oct,在-3dB点(F3, fsb)之下。这就意味着声压级会在-3dB点之前迅速衰降。但是实际上滚降在很大程度上决定于外壳的响度与扬声器Q值的乘积,Q值越低则滚降幅度越低。不过密闭型外壳也有一些优点,刚好可以适用于我们今天的设计。例如低Q值的扬声器在小型密闭外壳当中往往可以提供高速和准确的响应,从而可以为追踪音频变化提供帮助。除此之外,密闭外壳可以阻碍空气流动,从而对于限制纸盆在低频范围内的振动幅度也有一定的作用。将XLS10装入30升容积外壳意味着总质量因数,即扬声器的Q值和外壳结合的参数要下降到0.3。而通常这个参数在0.5到0.7之间才是理论上在密闭型音箱中准确还原低频分量的指标。因此在这个音箱当中F3值应当达到78Hz而同时需要一个非常低的Q值,这样频率范围才能向下扩展到需求的范围,同时频率响应曲线的斜率也要下降到-6db/octave以下。

 

 为了证实XLS10能够在密闭音箱中达到其它一些需求,我们还需要进行模拟计算,不过这次是针对电源输入功率的预计。我们需要的声压级是20Hz 100dB。而XLS10的额定输入功率是300瓦。但是这个数值意味着如果我们不调整扬声器最大振幅的话,根本达不到设计的要求。显然扬声器需要工作在最大振幅之下。下面两张图片分别说明了在300瓦输入功率下频率与声压级和振幅的关系:

 

在第二张图片上可以看到,在频率到达30Hz点时扬声器已到达线性工作的最大振幅,在20Hz时振幅达到17.4mm,已经越过了线性工作范围。因而为了确保扬声器线性工作,总质量因数必须达到0.3,然而此时XLS10无法在密闭30升音箱中在20Hz时达到100db声压级。同样也可以试用60升音箱,将音量加倍,或者使用15升音箱,将音量减半,得到的结果时相同的。显然下一步我们需要试用的是带有导向孔的音箱外壳,在同等音量下,看一看能否得到更理想的结果。

一个带有导向孔的,或者叫做低音反射音箱具有通过调谐孔扩展低频响应范围的功能。这个调谐孔和扬声器协调工作以使之达到更低的频响范围。实质上当从调谐孔(即导向孔)发出的声波与从扬声器发出的声波在频响范围或更低的范围内是同相位时,这样就起到了将低频分量输出放大的作用,同时,由于这种放大作用的存在,可以使得扬声器工作幅度的下降得以实现。不过缺点是,当这个声波与扬声器振动的声波发生180度的反相时,理论上声波将被全部衰耗掉,而实际上也将受到很大的衰减,这就使得扬声器振幅必须加大。而另外一个缺点就是这种方式提升了谐振频率的阻抗,这使得声圈的工作温度大大增加,同时有可能引入谐波失真。幸好在我们的工作过程中,XLS10扬声器没有遭受到这些不利因素的困扰,其通风性能良好的四层全铝音圈使得上述因素的影响降低到了最小。

将XLS10装入30升有效容积的外壳意味着导向孔的最大直径将受到限制,因为其大小必须符合外壳尺寸的要求。当然如果是一个较长的导向孔可以通过弯曲的方式置入外壳之内,但是这样会增加设计的复杂程度。除去端口的长度我们还需要使用加倍扩张的导向孔来防止端口引入的噪声带来的影响,因为这个噪声对于声压级的影响非常强烈,有可能使得整个设计前功尽弃。为了得到一个平坦的频率响应曲线,我们建议将导向孔输出的频率调谐在25Hz为佳,此时系统的频响曲线如下图所示:

 

显然这个曲线已经比上一页中采用封闭式音箱时的频率响应曲线好了不少。曲线显示导向孔音箱可以提供更低的频率输出,但是美中不足的是,该曲线在20Hz点左右开始发生急剧变化,而这会很大程度上影响到20Hz时的声压级和振幅,而此时导向孔的直径已经达到了72mm,这足以使噪音有可乘之机。结果就是,即便是非常小的噪声,也会影响到最终的放音效果。

 

在上面的图中我们可以看到,在20Hz达到100dB声压级的目标已经基本上实现了,纸盆的振幅控制在12.5mm以内而空气的最大运动速度为34.1-m/s。同时非常值得注意的是,此次我们的放大器只消耗了160瓦的功率,而在封闭型音箱中,XLS10消耗的功率几乎是这里的两倍。当然同样也有一些缺点,首先导向孔的长度需要不少于607mm,这也就意味着我们必须将其弯曲才能装进容积有限的外壳之内。另外,这种方案已经接近了在导向孔音箱中扬声器振幅和空气运动速度的极限。那么无源辐射器箱体又能够带来哪些更好的特性呢?


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