2017年低音炮技術特點分析

　　低音炮作為AV系統中核心的配置，現在已經被越來越多的燒友所共識。有些燒友在低音炮上的預算甚至超過了總預算的50%，可以見其對低音炮的推崇備至。本文將配合實踐來深一步的講述低音炮的基本原理。希望和大家一起溫故而知新。現對2017年低音炮技術特點分析。

　　低音炮的形式主要分為兩種，一種是密閉炮，一種是倒相炮。其它的形式都是這兩種形式的等效變形或者組合。如另外兩款常見形式——無源輻射器和帶通箱。

　　密閉炮是常見的一種炮，因為它設計成本低，對喇叭參數的要求不高。密閉炮的原理很簡單，就是用箱子把喇叭的前後兩個輻射面隔開，在箱體內填充適當的吸音材料，把喇叭後面的聲輻射全部吸收，來阻止低頻擾射，從而提高低頻段的聲壓。

　　密閉炮有兩種基本結構，就是AS(氣墊式)以及IB(無限大障板式)。區別在於箱體相對的大小。具體量化是根據α的大小來劃分的，α是喇叭等效容積與箱體實際容積的比值。α大於3是氣墊式，小於3則是無限大障板式，也就是氣墊式的箱體小於無限大障板式的箱體。由於氣墊式低音炮的截止頻率F3較高，箱體相對又小，所以在低音炮領域，應用的不如無限大障板廣泛。

　　在音箱領域有人做過實驗，在20平方聽音室中，為了產生105dB的聲壓級，當截止頻率F3為40HZ、規定的二次諧波失真為3%時，密閉箱的體積至少要65L。但是很多人也包括很多媒體，在描述密閉炮時，不管什麼結構經常喜歡用氣墊二字，這是一個人云亦云式的錯誤。舉個例子，一個12寸的密閉炮的低頻截止頻率F3為25hz，如果是氣墊式的話，那喇叭的共振頻率就要為13hz左右，這樣的喇叭很難被使用。而無限大障板式的低音炮由於F3可以做的相對較低，所以應用很廣泛。

　　2016-2021年中國低音炮音箱行業市場供需前景預測深度研究報告表明，一些密閉炮利用喇叭自身的性能，就可以獲得不錯的低頻下潛，例如MK;一些密閉炮則由於箱體較小的原因，需要EQ對低頻段加以補償來獲得足夠的聲壓，例如Revel。但是加了EQ會導致喇叭的振幅加大，而帶來額外的非線性失真，另外EQ也會改變低頻的滾降曲線，使瞬態變差等等。只是由於人耳對超低頻失真的容忍度很大，所以造成了這種影響並不是很明顯，這也是很多低音炮廠家經常用到的一個原理。

　　密閉炮的優點是瞬態特性好，在同等F3下低頻更加豐滿，量感更足。與主箱容易融合，優秀的密閉炮在聽交響樂時會有很不錯的表現。

　　缺點是效率差，對箱體結構的強度要求高，要求功放板要有較大的功率餘量，由於在F3附近喇叭的振幅最大，所以在F3及半個倍頻程處失真較大。

　　來看一個實例，低音炮是MK的一款密閉炮，從曲線上可以看出在低頻段聲壓上升曲線比較緩慢，這是密閉炮的典型特點。

　　接著來看一下失真曲線，可以明顯看到在F3處失真是很大的，隨著頻率的上升，失真隨之減少。在50HZ以下失真小於20%人耳都不易查覺，所以這款炮算是一款合格的低音炮。

　　再來看威力登的一款密閉炮，這款炮的失真就明顯的比MK要好得多。但是和同價位的倒箱炮來比，20HZ以上的頻率失真還是太大了。

　　對於密閉炮來講，我們要清醒的認識。在F3附近頻率的聲壓廠家吹得越大，失真也越大，特別是平價炮，失真曲線慘不忍睹。 倒箱炮是最常見的一種，特別是在多媒體領域，幾乎是清一色的倒箱炮。這是由於倒箱炮與密閉炮相比，在箱體容積接近的情況下，可以獲得更低的F3。由於利用了揚聲器後面的聲輻射，所以發聲的效率也要比密閉炮高出不少。一般來說，同款喇叭做出的炮理論上倒箱結構要比密閉結構高出3dB的聲壓。另外在低頻F3處的聲壓主要以倒相管為主，所以F3處的非線性失真要遠小於同規格的密閉炮。

　　我們來看一下倒箱炮的工作情況，主要分為三個階段。

　　第一種情況：當信號頻率F

　　第二種情況：當信號頻率F=Fb時，引發亥姆霍茲共振。錐盆的輻射振幅大大減弱，聲壓主要由倒相管口輻射，所以，此時喇叭的諧波失真大大減小了。但由於以管道輻射為主，使倒相炮的瞬態響應比密閉炮稍差(因為在信號結束後，要過30-40ms，管道才停止發聲)。正因為在時，倒相炮會以管道輻射為主，所以倒相管的開口面積以及形狀對低頻的影響就顯得尤為重要。

　　第三種情況：當信號頻率F>Fb時，錐盆與倒相管是同相輻射，效率提高。一般在F>2Fb時，增強作用會明顯減弱。此時，信號頻率提高了，波長變短，管道輻射將越來越不明顯;此外，錐盆往後輻射的聲波也大部分被箱內的吸音材料吸收了。

　　所以，倒相炮實質上是使頻段的聲壓增加及處揚聲器諧波失真減少。 通過以上分析，可以明顯的看到，倒箱管在整個炮的工作系統中占有相當高的地位。倒相管的開口形狀、面積與fb這個頻段的表現息息相關。我個人認為，對於低音炮來講，倒箱管的開口面積最小要為喇叭有效輻射面積SD的25%，優秀的低音炮開口面積應該在SD的35%以上。還有很重要的就是開口形狀，根據流體力學，在容器開口管道內流動的液體(空氣在自由空間內低速流動時與液體有著相似的特性，低速是指流動速度遠遠小於聲速)受壓縮所損失的能量，與管道的開口形狀以及位置有著密切的關係。

　　管道開口處受壓縮而損失的能量He=Ke*V2/2G，Ke是損失係數，可以看到圖3的損失係數最大，原理由於篇幅所限就不多說了。結論大家都耳熟能詳，就是倒箱管的開口處要圓滑，最好呈喇叭狀。

　　具體來看下面的實例，這是一款SVS的倒箱炮。可以看到它的曲線上升得比較快的，這是典型的倒箱炮的曲線。

　　接著來看一下它的失真曲線，可以很明顯的看到低頻F3處失真非常小，在F3-2F3之間的失真有些稍大，這是由於倒箱管所引起的失真，由於失真度很小，所以這是一款相當不錯的低音炮。

　　再來看它的另外一款更高檔的倒箱炮的失真曲線，可以看到由於倒箱管設計得相當合理，所以在F3-2F3處的失真非常小，可以說是一款頂級的倒箱炮。

　　倒箱炮的優點是低頻F3下潛較深，低頻更有力度，效率高、低頻失真小。缺點是瞬態特性稍差，設計的難度相對較高，對喇叭的參數要求嚴格。 無源輻射器其實是倒箱管的一種變形，它的特性原理與倒箱炮是很相似的。優點是杜絕了倒箱管帶來的聲壓縮而產生的失真，缺點是瞬態特性要比倒箱炮要差。倒箱炮是通過調節倒箱管的口徑和長度來改善低頻。而無源輻射器是通過調整輻射器的重量來改善低頻，世界上做得最好的無源輻射器廠家是美國的POLK AUDIO，在國內知名度最高的是驕陽。下面我們就以驕陽為例來探討一下。

　　驕陽炮素以小體積大聲壓低下潛著稱，它是怎麼實現的呢?這一部分要歸功於無源輻射器的先天優勢，在倒箱炮的設計中，我們知道F3以及開口管道面積不變的情況下，箱體越小倒箱管就越長，長度與箱體縮小比例的倒數成正比。但倒箱管的長度是有限制的，不能大於FB處波長的1/12之一，但像驕陽這么小的箱體，要保證足夠的開口面積與低頻下潛，倒箱管將會長達將近2米，甚至會更長，這顯然是不能使用。不過無源輻射器解決了這個問題，前面說過它只用增加輻射器的重量就可以改善低頻的下潛，當然前提是主動喇叭要有足夠的驅動力。

　　看一下它的曲線，很明顯低頻的上升速率要比倒相箱陡，這就是無源輻射器的典型曲線。

　　再看下它的失真曲線，由於箱體過小所以在低頻處的失真比同等級的倒相炮要大許多。

　　無源輻射器的優點是沒有風噪的干擾，低頻較倒相炮豐滿，低頻可以潛的更深。缺點是瞬態特性稍差。

　　另外驕陽低音炮有個很有意思的特點，就是在大動態的時候會跳著移動，這是因為它的主推動喇叭與無源輻射器是以對稱形式分布在箱體的兩個面上。

　　由於主推動喇叭和輻射器是同向運動，同時兩個錐盆的重量也不一致，這樣在大動態時作用在一條直線上的兩個作用力點的動量不一樣，就使動量大的那個點要先翹起來，所以就形成了跳躍。當然，驕陽炮跳躍的前提是大質量錐盆和小質量箱體。

　　帶通箱是密閉炮與倒相炮的結合，最簡單的是兩腔四階帶通低音炮，其它的還有三腔、四腔、五腔的。

　　帶通低音炮做的比較好的就是BOSE，通過複雜的設計可以使兩隻6.5寸低音發出不錯的低頻效果，但由於腔室太多，所以瞬態特性差。

　　由於帶通低音炮並非主流，10寸以上的炮很少見，大多應用於多媒體領域，所以就不做太多的探討。

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