说到低音炮,大家对它的普遍印象就是“越大越好”。低音单元要口径大,功率大,箱体要容积大,这样才能输出能量足够大的,且频率足够低的低音。所以当年日本的Diatone才会疯狂到做出1600mm口径的低音单元,然后用这个单元做出D-160这款巨型的超低音音箱,它非常重,又非常大,所以最终的下场只能作为研究用途。

低音炮的基础知识(技术建议收藏一文读懂低音炮的常见设计)(1)

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,或24英寸,对于那些追求极致的发烧友来说,自然是越大越好!但这些低音音箱在家庭环境里依旧是个庞然大物,除非你有足够的空间摆放。但到了实际应用层面就复杂得多,例如,要针对不同定位,不同安装需要等多方面进行考虑而使用不同的设计,这次内容就是给大家介绍几种家庭影院超低音音箱的设计。

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。

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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。

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Philips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。

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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

融入电子修正,改善重播效果

低频效果在99%的家庭环境,甚至视听室里面都不好弄。那是因为房间比例的问题,低频在不同位置的听感不一样,有些地方听起来很轻,有些却很重,其频响曲线会明显的谷和峰,要改善低频重播效果,还得需要通过对低音音箱的摆位、做声学处理,还有就是借助电子修正方式来解决这些问题。

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例如,Paradigm(百里登)、Martin Logan、JL Audio、Velodyne Acoustics(威力登)的某些型号的有源超低音音箱就内置了自动修正功能,要使用这些功能都需要测试麦克风配合使用才能完成。在测试时,电子修正功能会要求你把麦克风摆放在皇帝位,甚至皇帝位之外其他多个位置做测量,测量时会由超低音音箱发出一连窜的测试音,麦克风在接收之后会根据预设目标曲线进行修正,通常地会对延时、均衡做调整。

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Martin Logan的低音音箱使用ARC房间声学修正技术

这类超低音音箱都必须配合功放一起工作,所以只会出现在有源低音音箱里面。而且因为修正方式都以数字方式进行,所以在信号处理流程上会经过A/D和D/A处理,道理上是会劣化声音的。而且自带修正系统的精度问题也是值得斟酌,能起到多大的作用,我相信只有用家才有体会,所以使用过的用家们不妨发表一下自己的看法和感想。

在我看来,要弄好低音效果,其首要的条件是必须有一只性能出众的超低音音箱,其次是房间要做好声学处理,然后再进行合理的摆位,至于使用电子修正功能是作为辅助。另外,甚至还有人提出实时修正功能。其方式就是在靠近音箱音盆位置放置麦克风,然后在聆听位置再放置另一只麦克风,两只同时拾取声音,然后做对比后再做修正。至于效果怎样,目前还不得而知。

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JL Audio G 213超低音音箱

倒相式

倒相式是超低音音箱里面最常见,最常用一种设计。倒相式设计就是一个开放式的亥姆霍兹共振腔,由于共振腔存在共振频率,可以把低音喇叭的共振频率时的振动实现高效转换。所以相比起密闭式,倒相式设计最大的优势是可以提高灵敏度,还能降低低音喇叭的截止频率,可以重播出频率更低的低频。

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从外表上看,倒相式就是在密闭箱体上开个孔而已,将低音喇叭背部的声波引出。倒相式箱体看似简单,但实际上内藏玄机,其设计难度比密闭式高。它的性能关系到箱体容积、导声管设计(包括长度、开头面积大小等),还有内部吸音材料。例如,在其他条件不变时,将导声管长度加长,阻抗曲线峰会往更低的频率移,可以播放出频率更低的低频,反之会往更高的频率移动;同样地,在其他条件不变时,增加箱体容积,阻抗曲线峰会往更低的频率移,相反会往更高的频率移。当然,这世界上没有完美的音响。倒相式也有它的缺点。例如,低频的瞬态响应速度会变差(相对于密闭音箱)。

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安卓系统有个Bass Reflex的App,当你改变箱体容积、导声管的长度、直径等参数就可以看到低频下限的变化

倒相式音箱也会出现变种设计,目的是为了改善它的性能,无源辐射器就是倒相式变种。它用一个无源辐射器来代替原来的开口,通常使用1只,但也有使用2只的,而且无源辐射器的口径大小通常与低音喇叭口径一致,由低音喇叭带动下工作。例如,Sunfire True Subwoofer系列、James Loudspeakers Mavericks M122、M152、M213,还有好几款产品都是如此设计的超低音音箱。无源辐射器消除导管开口所产生的谐振,消除声染色,还能提高低音输出。至于低频的瞬态响应与传统的倒相式设计差别不大。

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使用无源辐射器是倒相式的变种

传输线式箱体

传输线式(Transmission Line)也叫“迷宫式”,或者“曲径式”,也是一种扩展低频响应的设计方式,像PMC就是全线产品都离不开传输线式设计的,即使是一对小小的2分频2单元书架音箱也能发出丰满,充盈的低频效果,而且这种丰满充盈的低音即使在较低的音量播放时也能感受得到,听感上更平衡。从外观上看,传输线式与倒相式一样有开口,但传输线式箱体内部实际上是设计成一条有一定长度,且经过弯曲的管道。

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PMC是使用传输线技术当中,目前最为国内发烧友认识的品牌

传输线式内部的管道长度,管道的截面积,还有阻尼材料都影响着传输线的性能。其中,传输线内部管道的长度是非常关键的。一般来说,传输线的长度是低音喇叭谐振频率波长的1/4,同时为某一低于共振频率波长的1/2。而管道的截面积可以是从始端到末端是一致的,也有从大到小变化,呈现收尾形状的,也有从小到大变化,呈现号角形状的……但不管怎样的变化,管道的最小截面积不能小于低音喇叭的有效驱动空气面积,否则会影响到最终的低音效果。

至于内部的阻尼材料方面,背部声波通过管道遇上阻尼材料的时候声速会降低,因此吸声材料的差异、放置量的多少都会对声速产生不同程度的影响,直接影响到最终的声音效果,至于放什么材料,要放多少,这也是厂家的秘密所在。所以,传输线式在设计时的难度更大,更具有挑战性。

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至于传输线式在低音炮的应用上,PMC TwentySub、XBD(BB5、MB5的辅助低音音箱部分)、Wisdom Audio STS、SCS都使用传输式设计的,尤其是Wisdom Audio那只像衣柜那么大的STS低音炮,内置2只15英寸的低音喇叭,再结合传输线式箱体,音箱的灵敏度高达101dB@2.83v,在20Hz的时候能输出130dB@1m的声压级,重播电影里面的低音效果通道声音时能产生地动山摇般的低音效果。

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Wisdom Audio STS巨型低音炮

等压式/推挽式

等压式驱动本身就是应用在低音,或超低音播放而设计的,需要至少通过2只低音单元共同协助来完成。组成方式有三种。第一:最常见的就是“Cone to Cone”方式,俗称“贝壳式”,就是两只低音喇叭的音盆部分相向,连接时两只喇叭相互反相,一只往前运动时,另一只往后运动,反之如此类推;第二:“Cone to Magnet”方式,就是一前一后排列,连接时两只低音喇叭为同相。第三:“Magnet to Magnet”方式,也称“背对背”,或“磁钢对磁钢”,连接方式也是两只喇叭的相位一正一反。这三种方式实际上两只喇叭的音圈都是同时以相同方向做往返运动。这种设计能增强低音效果的前提下缩小箱体体积,也能减少失真。

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推挽式,如下图的ELAC SUB2070有源低音音箱。虽然两只低音喇叭在一个密闭式箱体里面以“背对背”方式安装,两只喇叭的音盆朝外。在连接方面,两只低音喇叭都是正相连接的。在工作时,两只低音喇叭的音圈都是以相反方向移动的,且同时往外传送低音。这种设计,一方面可以增强低频效果,另一方面也是降低失真的其中一种手段。而且还能抵消箱体的振动。除了右图ELAC SUB2070外,高端产品当中的Magico Q-Sub有源超低音也是这种设计,双15寸低音,每只低音喇叭用2000W功放推,标称低频能延伸到15Hz。

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另外,Miller&Kreisel Sound、Ken Kreisel Sound和PerListen Audio的超低音音箱也坚称使用Push-Pull结构。其中,Miller&Kreisel Sound、Ken Kreisel Sound是一脉相承,PerListen Audio其中一个创始人也曾经运营过Miller&Kreisel Sound,或许这也是PerListen Audio的超低音音箱使用Push-Pull的原因。它们跟上面的设计有些不同,一只喇叭安装在前障板,音盆朝外,一只安装在底部,音盆朝箱体内部。两只喇叭的相位是相反的,当前障板的喇叭音盆往前运动,底部的喇叭往后运动,相反,一只往后退,另一只往前推。

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Miller&Kreisel Sound X-10有源超低音音箱

其它类型的低音设计

ASW(Acoustic Super Woofer)

Acoustic Super Woofer方式现在主要应用在与Soundbar配套的,以及2.1配置的多媒体有源音箱的低音部分,还有就是一些户外型低音音箱也是这种设计。其优点是能在一个比较小的箱体,一个口径较小的喇叭里面获得很大的低频能量感。它的箱体跟常见的倒相式箱体类似,但喇叭单元是安装在箱体内部的。换句话说,喇叭驱动箱体内的空气,然后从导管输出。所以从外观上看,你是看不到低音喇叭的。

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Acoustic Super Woofer在1953年获得专利,后来被日立公司重提,并应用在Lo-D品牌的音箱里面,这种方式的箱体实际上是一个低通滤波器,所以ASW方式的喇叭单元所输入的是一个全频声音信号,通过箱体、从导管出来之后就剩下低频了,至于能辐射出多低的频率,还得看开口导管的设计。通常地,使用这种设计的音响,大多数是辐射100Hz以下的低频信号。Acoustic Super Woofer方式设计的超低音音箱,正如上述所说那样,低频能量很大,但听感是比较混,解析度和速度很一般。

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日立在1970年代推出的HS-1400W,超低音部分的低音喇叭口径才200mm,但通过ASW方式,低频延伸标称能到35Hz

THX Balanced Bass-line

估计现在能说出这个名字的人是很少了,它由THX公司为了嵌入式安装而提出的一种方式,主要生产商是BG Radia,例如,BGX系列入墙超低音。它的特点如下:1.所有低音喇叭的都是小口径,并安装在独立的腔体里;2.低音喇叭以“Cone to Cone”方式安装,并组成线列阵,而且两只低音喇叭中间留有一定宽度的缝隙空间;3.工作时相对的2只低音喇叭以“对推”方式工作,从而把空气从缝隙里挤压出去。BG Radia BGX系列入墙超低音最小的是BGX-S6B,共使用6只喇叭,最大的型号叫BGX-4850,共使用48只喇叭,据称其能量相当于一只18英寸的低音喇叭。

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BG Radia BGX系列嵌入式低音喇叭组件

气动式低音喇叭

除了文章开头所说的大口径锥形音盆的低音喇叭,也有气动式低音喇叭,但这种喇叭如今几乎绝迹,除了ESS公司做过外,我还查到Tymphany(迪芬尼)曾经推出过的LAT系列的气动低音喇叭。与ESS的气动式低音喇叭不同的是,LAT系列的音圈磁路系统是两端各有一个,两个音圈以相反方向做活塞工作,带动中间多块振膜做挤压和拉伸动作,将空气“吹”出去。外国有烧友就把这种低音喇叭买回家做自己DIY,尽管已经这产品已经停产,但有兴趣的朋友仍然有机会买到库存的,或者状态好的二手货!

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外国发烧友用4只Tymphany的气动式低音做成低音柱

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