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在之前写的“那些疯狂的音响”专题文章里面,我们说到的低音炮当中那些疯狂的产品。后来专题内容经过二次编辑之后上传到今日头条的影音CN账号,结果引起了网民们的热烈讨论。低音炮顾名思义就是家用声音箱系统,用来重放超低频声音信息的音箱设备,在家庭影院环绕声系统中毫无疑问是必不可缺的重要角色,同时那些定位相对较高的两声道Hi-Fi音响系统中,也会采用低音炮来重播低频信息,从而实现更为全面的全频声音回放。

说到低音炮,大家对它的普遍印象就是“越大越好”。低音炮中所采用的低音单元要口径大、功率大、箱体容积大,这样才能输出能量足够大的,且频率足够低的低音。因此,当年日本的Diatone才会疯狂到做出1600mm口径的低音单元,并且使用这个庞然大物制造出D-160这款巨型的低音炮,实现8Hz~500Hz的惊人低频响应范围。这也让我们充分认识到大口径低音喇叭对于重放低频的重要性。但要做出这样的一只低音炮,难度是很大的,即使做出来了也很难应用到家庭环境。就像刚才说到的Diatone D-160,它非常重,且非常大,最终的下场只能落得研究用途。

JBL 2269H 18英寸超低音单元的阻抗曲线尖峰位置落在30Hz,因此30Hz就是这低音喇叭的共振频率(f0)

目前,低音炮里面使用的大口径低音单元最常用规格的是15英寸和18英寸两种,再大的还有21英寸,甚至24英寸。虽然它们比起Diatone的1600mm口径低音单元,它们要小很多,但放在家庭环境里面依旧是庞然大物。换句话来说,要玩大口径低音炮,还得要求家里有足够的空间来摆放。

为什么大口径低音喇叭更有利于低频重播?

为什么要大?其实一个低音喇叭的低频重播下限能达到多少,最主要是看共振频率f0这个参数。到底哪个才是共振频率呢?这得看喇叭的阻抗曲线,如果在某个低频段的阻抗呈现最大,并且形成一个尖峰形状的,从而阻碍功放的电流,使得低音喇叭的声压级快速下降。而那么这个尖峰也叫“谐振峰”,所对应的频率就是喇叭单元的共振频率。

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如左上方的计算公式,共振频率f0主要受振动系统的等效质量(m_0)和振动系统的弹性系数(S_0)所影响。其中,等效质量就是音盆(包括防尘帽),音圈的质量和因为震动带动的喇叭两侧的空气质量之和。系统的弹性系数(S_0)就是力顺(CMY)的倒数。力顺(CMY)受弹波(又称“定心支片”)和折环所影响,弹波和折环越柔软,会有较高的力顺,共振频率会降低,低频重播下限更低。

如此一来,加大振动系统的等效质量(m_0),减少弹性系数(S_0)(相当于增大力顺),那么就可以让共振频率(f0)往更低的频率下移,而增大音盆的口径,相当于增加振动系统质量,又或者使用较为柔软的折边和弹波都能实现更低的共振频率(f0),那么就代表着这低音喇叭能重放出更低的频率。虽然找到解决问题的方式,但总不可能不断地加大增加音盆的口径,或使用非常柔软的弹波和折边,两者之间需要获得一个平衡点。

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同样是18英寸口径低音单元,Aurasound NS18-992-4A的共振频率(f0)可以到20Hz

另外,这里还能说明另一个问题。就是“煲箱”,为什么音箱刚买回家的时候听起来比较生硬,低音出不来,就是因为新音箱的折环和弹波往往比较硬,共振频率较高(f0),相反使用一段时间后,折环和弹波会相对变软,共振频率(f0)会适当降低,低音的延伸会更好。

有源伺服技术

我记得80年代的时候,YAMAHA有一款ATS-S1的小型书架音箱,2路2分频低音反射式设计,低音喇叭的口径才160mm,箱体容积也不大,但低频延伸标称达到28Hz!这岂不是逆天了吗?到底有这可能性吗?答案是可以的。因为ATS-S1使用的就是有源伺服技术(Active Servo Technology),需要配上原厂的AST-A10功放使用,这种技术并不是什么新技术,现在被广泛地应用在有源低音音箱里面。例如,Rythmik Audio(雷鸣)、Sunfire(骄阳)、Paradigm(百里登)等有源低音音箱正是如此。

YAMAHA在1988年推出的ATS-S1音箱,通过有源伺服技术,让低频下限扩展到28Hz

有源伺服技术主要采用负阻驱动。负阻驱动源于Philips公司在1970年代开发的Motion FeedBack,简称“MFB”,负阻驱动就是利用输出阻抗与喇叭音圈阻抗相等,但为负值的放大器来驱动喇叭,从而抵消音圈阻抗,使得总阻抗趋向于零,使得功放驱动力趋向无穷大,而最最最关键的是削平低音喇叭的谐振峰,这时候音盆在所有频率下均以等速振动,从而扩展低频的重播下限。而且Motion FeedBack还能从低音喇叭中反馈输出信号到输入端进行比较再做修正,可以起到降低失真的作用。Philips曾经采用Motion FeedBack技术推出了MFB系列有源一体化音箱,例如MFB 545、MFB 544、MFB541等型号。到现在这几个型号的音箱在二手市场也吃香,甚至还有外国的小型音响公司还专门复刻这些音箱的功放电路出售,用于替换原来的功放。

09.jpgPhilips公司在1970年代开发的Motion Feed Back技术,第一;可扩展低频延伸下限;第二,通过反馈修正降低失真

有源伺服技术(Active Servo Technology)的好处就是喇叭本身做不到的,可以通过电子电路的相互优化的方式来实现,能在一个低音喇叭的口径,以及箱体容积相对较小的前提条件下获得良好的低频响应。但它必须有专用的功放一起搭配使用,正因为这样,有源一体化低音音箱里面才被广泛地使用。所以,有些低音炮的低音喇叭口径不大,才10英寸,或者12英寸,但低频能下潜至20Hz,甚至更低,这就是有源伺服技术的功劳所在了。

图10:Rythmik Audio有源低音音箱所使用的Direct Servo Technology就是一种典型的有源伺服技术

未完待续

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