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无线电电子与电气工程百科全书 汽车低音炮。 第1部分.无线电电子电气工程百科全书
汽车里需要低音。 这个声明对于包括作者在内的许多人来说都是微不足道的，我为接下来的一切做序言，特别是为了那些不同意这一观点的人，以便他们能够问心无愧地深入研究本期《AV沙龙》中发表的其他材料。 与此同时，我们将尝试在指定的杂志版面量内决定需要做什么，以便我们的钱能够获得我们需要（或我们想要的）尽可能多的低音，以及我们想要的（或我们需要的）。 众所周知，人们对汽车音响低音部分的形成原理的理解存在困惑，这很大程度上是由于广告和参考出版物的信息政策造成的。 在那里，潜在买家首先会被告知扬声器的尺寸，然后是其功率，然后是另一个神话般的“频率范围”，并以胜利的价格和弦完成它。 全部？ 它不在那里！ 这就是一切的开始。 在英语中，扬声器本身被称为驱动器——驱动器，这是非常正确的。 正如发动机只有通过人类为此开发的一切丰富自身才能成为汽车一样，扬声器也只有在其声学设计中才能成为扬声器。 对于高频和中频头，情况相对简单：高频头本身具有声学设计，中频头则需要最小的尺寸。 贝斯手则是另一回事。 在这里，几乎一切都取决于声学设计的选择，并且根据这种选择，向您报告的所有参数都将进行修改：功率和频率范围，以及在某种意义上的价格。 通过巧妙地选择参数，您可以获得最昂贵、最纯正的低音扬声器的令人作呕的声音。 大篷车，大篷车…… 该杂志简要介绍了声学设计的主要类型，现在是时候“公布整个列表”了。 没那么长：
任何低频声学设计的任务都是根据古老的“分而治之”原则来解决的。 “分离”意味着扩散器一侧发出的振动必须以某种方式与其另一侧产生的振动分离，与第一侧同时且反相。 “征服”就是这样把“多余”的声波斩断，就能做出不同的举动。 从历史上看，第一个声学设计是声学屏幕。 他保持防御，不让振动从扩散器的一侧到另一侧，并且不允许它们相互抵消，直到扩散器的前侧和后侧之间的最短距离与发射频率的半波长相当的频率。 低于这个频率，声屏“表现出完全无能为力”，并允许反相波随意相互消灭。 为了抑制50Hz频率下的声学短路，屏蔽体的尺寸必须为3米×3。因此，这种声学设计早已失去了实用价值，尽管它仍然被用作测量扬声器参数时的参考。 从结构上来说，实践中使用的最简单的声学设计是封闭的盒子（外国术语中的“密封”或“封闭”）。 在这里，不必要的振动被果断而冷静地处理：锁定在扩散器后面的封闭空间中，它们迟早会消失并转化为热量。 这种热量的量可以忽略不计，但在声学世界中，一切本质上都是小扰动，因此这种热力学交换如何发生与声学系统的特性并不无关紧要。 如果允许声波在无人看管的情况下在扬声器壳体内晃动，则很大一部分能量将被壳体内所含的空气体积耗散，它会升温，尽管是轻微的，而且空气体积的弹性会发生变化，而且会朝着刚性增加的方向变化。 为了防止这种情况发生，请在内部空间中填充吸音材料。 在吸收声音的同时，这种材料（通常是棉绒、天然、合成、玻璃或矿物）也会吸收热量。 由于吸声纤维的热容量远大于空气的热容量，因此温升变得小得多，并且动力学“看起来”背后有一个比实际更大的体积。 实际上，通过这种方式，与几何体积相比，可以实现“声学”体积增加15-20%。 正如许多人认为的那样，这一点根本不是驻波的吸收，而是将吸声材料引入封闭式扬声器的要点。 这种（而不是人们通常认为的）声学设计类型的一种变体是所谓的“无限屏幕”。 在英文资料中，这种类型的设计称为无限挡板或自由空气。 所有的名字都同样令人迷惑。 我们都是成年人，我们知道在实践中不可能有无限的屏幕。 事实上，无限屏幕被认为是一个封闭的盒子，其体积如此之大，以至于其内部封闭的空气的弹性远小于扩散器悬架的弹性，因此扬声器根本不会注意到这种弹性，并且扬声器系统的特性仅由头部的参数决定。 边界经过哪里，从哪里开始，盒子的体积变得无限，取决于扬声器的参数。 然而，在解决如此数量的实际问题时 всегда事实证明，后备箱的内部容积，即使在小型汽车中，即使对于大型扬声器也会产生“无限大”的音量反应。 另一件事是，并不是每个扬声器都能在这样的设计中很好地工作，但当我们谈论选择扬声器进行声学设计时，我们将单独讨论这一点（反之亦然）。 由于封闭式盒子作为汽车声学低频部分的声学设计的所有（顺便说一句，看起来）简单，该解决方案具有许多其他更复杂的设计中没有的优点。 首先，计算特征的简单性（或几乎简单性）。 封闭的盒子只有一个参数——内部容积。 只要你足够努力，你就能选择正确的！ 这里的误差幅度已降至最低。 其次，在整个频率范围内，直到零，扩散器振荡受到箱内空气体积的弹性反应的抑制。 这显着降低了扬声器过载和机械损坏的可能性。 我不知道这听起来有多舒服，但对于狂热的低音爱好者来说，封闭盒子中的扬声器有时会燃烧，但几乎不会“吐出”。 三、只有封闭的盒子是声学过滤器 二阶，也就是说，它的频率响应衰减低于流浆箱系统的谐振频率，斜率为 12 dB/oct。 即，这样的斜率仅在相反的符号中具有低于特定频率的汽车内部体积的频率响应。 如果您猜测、计算或测量（正如任何人碰巧所做的那样），就有可能在低频下获得完美的水平频率响应。 第四，通过对头部参数和音量的适当选择，封闭的盒子在脉冲响应领域是无与伦比的，这在很大程度上决定了低音音符的主观感知。 现在自然的问题是——那么有什么问题呢？ 如果一切都那么好，为什么我们还需要所有其他类型的声学设计？ 只有一招。 效率在封闭的盒子中，与任何其他类型的声学设计相比，它是最小的。 同时，在保持相同工作频率范围的情况下，我们将盒子的体积做得越小，其效率就越低。 就功率输入而言，没有比小体积的封闭盒子更贪得无厌的生物了，这就是为什么其中的扬声器，正如所说的那样，虽然不吐出，但经常烧毁...... 下一个最常见的声学设计类型是反相器（端口式、通风式、低音反射式），它相对于扩散器后侧的辐射更加人性化。 在相位逆变器中，封闭盒子中“靠墙放置”的部分能量用于和平目的。 为此，盒子的内部空间通过包含一定质量空气的隧道与周围空间连通。 该质量值的选择方式是，结合盒子内空气的弹性，创建第二个振荡系统，该系统从扩散器后侧接收能量，并在必要时与扩散器的辐射同相辐射能量。 这种效果是在一个不是很宽的频率范围内实现的，从一到两个八度，但在这个范围内效率根据“不浪费——有未使用的资源”的原则，显着增加。 除了更高的效率反相器还有另一个主要优点——在调谐频率附近，锥体振荡的幅度显着减小。 乍一看，这似乎是一个悖论——扬声器箱体上的一个大孔如何能够阻止锥体的运动，但这仍然是生活中的事实。 在其工作范围内，反相器为扬声器创造了完全温室条件，并且恰好在调谐频率处，振荡幅度最小，大部分声音由隧道发出。 这里允许的输入功率最大，相反，扬声器引入的失真最小。 在调谐频率之上，由于封闭在隧道内的空气团的惯性，隧道对声音振动变得越来越不“透明”，并且扬声器工作在关闭状态。 在调谐频率以下，则发生相反的情况：惯性的惯性逐渐消失，在最低频率下扬声器几乎无负载工作，也就是说，就像从外壳中取出一样。 振荡幅度迅速增加，随之而来的是音盆被吐出或因撞击磁系统而损坏音圈的风险。 一般来说，如果没有受到保护，购买新扬声器就成为一个真正的前景。 除了谨慎选择音量水平之外，防止此类故障的一种方法是使用次低频滤波器。 通过切断仍然没有有用信号的频谱部分（低于 25 - 30 Hz），此类滤波器不会让扩散器失控，从而危及您的生命和钱包。 反相器在参数的选择和调谐方面更加反复无常，因为针对特定扬声器已经选择了三个参数：箱体的体积、横截面和隧道的长度。 通常会制作隧道，以便可以通过改变调谐频率来调整已完成的低音炮的隧道长度。 由于存在两个互连的振荡系统，反相器是四阶声学滤波器，也就是说，其频率响应理论上比调谐频率下降24 dB/oct。 （真的——从 18 岁到 24 岁）。 安装在机舱内时几乎不可能获得水平频率响应。 根据舱室尺寸（以及内部声学频率响应开始上升的特征频率）和低音反射调谐频率的比率，总特性可能会从微妙的驼峰到疯狂的阿穆尔波。 驼峰，即较低频率下频率响应的平滑上升，通常正是在嘈杂的空间中对低音进行最佳主观感知所需要的，但由于参数选择不成功而导致的幅度急剧下降，为反相器赢得了完全不值得的绰号“音箱”（“酒”）。 公平地说，我们注意到，封闭的盒子也可以实现重击效果 - 我将在下次解释如何实现； 尺寸合适的低音反射器能够以合理的功率输入提供非常清晰和音乐性的低音。 低音反射设计的一种变体是带有无源辐射器（或辐射器）的扬声器。 外语术语：无源辐射器、无人机锥体。 在这里，第二个振荡系统可以利用从扩散器后侧获取的能量，它不是以隧道中的空气团的形式实现的，而是以第二个扩散器的形式实现的，不附着在任何东西上，而是加权到所需的质量。 在调谐频率处，该扩散器以最大振幅振荡，而主扩散器以最小振幅振荡。 随着他们频率的提高，他们逐渐改变角色。 直到最近，这种类型的声学设计还没有在移动安装中使用，尽管它在家庭环境中经常使用。 不喜欢的原因是为了获得第二个锥体（通常是相同的扬声器，但没有磁系统和音圈）而付出了不合理的努力，并且在传统的反相器中应该放置一个锥体和一个小隧道的地方放置两个大锥体很困难。 然而，最近出现了带有无源辐射器的汽车低音炮 - 需求迫使它们出现。 事实上，最近新一代扬声器已经开始出现，具有非常大的扩散器行程，设计用于小体积工作。 它们在运行时“吹出”的空气量非常大，现在必须将其直径做得很大（否则隧道中的空气速度会增加太多，以至于会像蒸汽机车一样发出嘶嘶声）。 而隧道体积小、直径大的特点使得隧道必须选择更长的长度。 因此，事实证明，用于此类头部的传统设计的相位逆变器将装饰有一米长的管道。 为了避免此类不必要的事件，他们更愿意将所需的振荡质量集中在具有扩散器冲程的无源辐射器中，与有源扬声器的扩散器冲程相同。 第三种类型的低音炮经常用于汽车安装（尽管不如前两种）是带通扬声器。 有时会出现“具有对称负载的扬声器”（对称负载）这一名称。 如果封闭盒和反相器是声学高通滤波器，那么带通，顾名思义，结合了高通和低通滤波器。 最简单的带通扬声器是单个四阶（单反射）。 它由所谓的封闭体积组成。 后室和第二个配备有通道，就像传统的反相器（前室）一样。 扬声器安装在腔室之间的隔板上，以便锥体的两侧在完全或部分封闭的体积上工作 - 因此称为“对称负载”。 在传统设计中，带通扬声器无论如何都是效率冠军。 在这种情况下，效率与带宽直接相关。 带通扬声器的频率响应是钟形的。 通过选择合适的前室音量和调谐频率，可以构建一个带宽较宽但回波有限的低音炮，即喇叭低而宽，或者频带窄但效率很高。 在这条巷子里。 然后钟会伸展到一定高度。 带通在计算中是一个反复无常的东西，而且制造起来也是最耗时的。 由于扬声器埋在盒子内，因此您必须采取一些技巧来组装盒子，以便可拆卸面板的存在不会破坏结构的刚性和密封性。 匹配低音炮、内部和前置声学的频率特性也是一个众所周知的令人头疼的问题。 脉冲特性也不是最好的，尤其是在宽带宽的情况下。 这个怎么补偿呢？ 首先，如前所述 - 最高效率。 其次，所有声音都是通过隧道发出的，并且扬声器是完全封闭的。 在布置这样的低音炮时，为具有想象力的安装者（或业余爱好者）提供了大量的机会。 在行李箱和乘客舱的交界处找到一个小地方就足够了，可以容纳隧道的口 - 并且通向最强大的低音的路径是开放的。 特别是对于此类安装，例如，JLAudio 生产柔性塑料套管隧道，建议（许多人同意）用这种管道将低音炮输出连接到机舱。 就像吸尘器软管一样，只是更粗更硬。 效率更高的是带有两个通道的六阶带通扬声器。 这种低音炮的音室以大约一个八度的间距进行调谐。 双带通在工作频带内提供较小的失真，因为扬声器在锥体两侧加载有低音反射，具有此类负载的所有优点，但与单带通相比，在工作频带以下具有更陡峭的频率响应下降。 中间位置被所谓的准带状扬声器占据，它也是串联设置，后室通过一条隧道连接到前部，前部通过另一个隧道连接到周围空间。 三腔室带状线扬声器只是传统带状线扬声器的替代设计实现，由两个普通带状线扬声器组成，然后拆除分隔它们的墙壁。 低频声学的声学设计还有另外三种选择，虽然存在，但实际上并未使用。 第一个外部因素是声学迷宫，其中通过一根长管从锥体背面“移除能量”，该长管通常折叠以保持紧凑，但仍然增加了低音炮的尺寸，以限制移动安装中不可接受的程度。 第二种是指数号角，为了获得足够低的截止频率，它必须具有独眼尺寸，这使得即使在空间比汽车更大的固定系统中也很少在低频链路中使用它。 第三种类型是具有集中声阻（非周期膜）形式的非周期负载的扬声器，具有单一应用先例。 我们过去称其为 PAS——声阻板。 这个想法是，扩散器上的负载是一个紧密间隔的半渗透性障碍物，例如夹在穿孔面板之间的致密织物或黑色羊毛层。 理论上，这种负载本质上是非弹性的，就像汽车悬架中的减震器一样，可以抑制声能而不影响扬声器的谐振频率。 但这是理论上的。 但在实践中，扬声器和 PAS 之间存在的空气量会造成特性和反应的大杂烩，导致结果变得不可预测。 因此，快速浏览一下声学设计的主要类型，就会发现世界上没有完美的东西。 任何选择都将是一种妥协。 而为了让妥协的本质更加清晰，让我们以应有的方式结束这次通讯会议——总结中间结果。 让我们根据决定其在移动音频安装中成功使用的主要因素来比较所考虑的选项。 这些因素应包括： K.P.D. 特定类型的声学设计固有的效率值最终决定了需要多大功率的放大器才能达到所需的音量水平，同时也决定了扬声器的寿命有多困难。 在 40 - 80 Hz 频率范围内，从低音寄存器中再现信息的角度来看，这是最重要的，位置分布如下：窄带带通扬声器是该类别中的冠军，尤其是两通道六阶扬声器。 接下来是宽带双通道和传统的反相器。 最后，最渴望功率输入的是封闭盒和宽带单带通。 插入失真 在较低的八度音阶 - 一个半音乐范围（30 - 80 Hz）中，所有类型的声学设计在低功率水平下都表现良好。 反相器和带通扬声器比其他扬声器要好一些，但也好不了多少。 但凭借强大的实力，对手的距离也很远。 此处的最佳结果预计来自双带通扬声器。 他身后是一个单带通和反相器。 它关闭了电路——一个封闭的盒子，在大信号幅度下产生最大的失真。 脉冲特性 准确再现低音乐器的前部也许是低音音响效果的主要品质。 如果低音推力模糊且迟缓，那么它们就没有什么用处。 在这方面，封闭的盒子有望获得最佳结果（如果计算正确）。 单带通扬声器具有良好的性能，但随着带宽的增加而性能下降。 对脉冲信号的最差响应是双带通扬声器，尤其是宽带扬声器。 正面声学协调 低音炮的工作应该从某个频率开始，委托给前置音响的中低音。 对于封闭的盒子和反相器，这不是问题，系统设计者在选择交叉频率方面有相当大的自由度，因为该频率和下降的陡度都是由外部电路决定的。 但窄带带通通常会从 70-80 Hz 开始出现频率下降，并非所有中低音都可以安全地拾取歌曲。 与此同时，对中低音的要求变得更加复杂，使用分频器并没有变得更容易。 让我们根据我们通常的五点体系将以上所有内容放在一个表格中：
作者：Andrey Elyutin，AvtoZvuk； 出版：cxem.net
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