低音炮技术原理及性能特点漫谈 – CSHIA智能家居创业营

低音炮作为AV系统中核心的配置，现在已经被越来越多的烧友所共识。有些烧友在低音炮上的预算甚至超过了总预算的50%，可以见其对低音炮的推崇备至。本文将配合实践来深一步的讲述低音炮的基本原理。希望和大家一起温故而知新。

低音炮的形式主要分为两种，一种是密闭炮，一种是倒相炮。其它的形式都是这两种形式的等效变形或者组合。如另外两款常见形式——无源辐射器和带通箱。

密闭炮是常见的一种炮，因为它设计成本低，对喇叭参数的要求不高。密闭炮的原理很简单，就是用箱子把喇叭的前后两个辐射面隔开，在箱体内填充适当的吸音材料，把喇叭后面的声辐射全部吸收，来阻止低频扰射，从而提高低频段的声压。

密闭炮有两种基本结构，就是AS（气垫式）以及IB（无限大障板式）。区别在于箱体相对的大小。具体量化是根据α的大小来划分的，α是喇叭等效容积与箱体实际容积的比值。α大于3是气垫式，小于3则是无限大障板式，也就是气垫式的箱体小于无限大障板式的箱体。由于气垫式低音炮的截止频率F3较高，箱体相对又小，所以在低音炮领域，应用的不如无限大障板广泛。

在音箱领域有人做过实验，在20平方听音室中，为了产生105dB的声压级，当截止频率F3为40HZ、规定的二次谐波失真为3%时，密闭箱的体积至少要65L。但是很多人也包括很多媒体，在描述密闭炮时，不管什么结构经常喜欢用气垫二字，这是一个人云亦云式的错误。举个例子，一个12寸的密闭炮的低频截止频率F3为25hz，如果是气垫式的话，那喇叭的共振频率就要为13hz左右，这样的喇叭很难被使用。而无限大障板式的低音炮由于F3可以做的相对较低，所以应用很广泛。

一些密闭炮利用喇叭自身的性能，就可以获得不错的低频下潜，例如MK；一些密闭炮则由于箱体较小的原因，需要EQ对低频段加以补偿来获得足够的声压，例如Revel。但是加了EQ会导致喇叭的振幅加大，而带来额外的非线性失真，另外EQ也会改变低频的滚降曲线，使瞬态变差等等。只是由于人耳对超低频失真的容忍度很大，所以造成了这种影响并不是很明显，这也是很多低音炮厂家经常用到的一个原理。

密闭炮的优点是瞬态特性好，在同等F3下低频更加丰满，量感更足。与主箱容易融合，优秀的密闭炮在听交响乐时会有很不错的表现。

缺点是效率差，对箱体结构的强度要求高，要求功放板要有较大的功率余量，由于在F3附近喇叭的振幅最大，所以在F3及半个倍频程处失真较大。来看一个实例，低音炮是MK的一款密闭炮，从曲线上可以看出在低频段声压上升曲线比较缓慢，这是密闭炮的典型特点。

接着来看一下失真曲线，可以明显看到在F3处失真是很大的，随着频率的上升，失真随之减少。在50HZ以下失真小于20%人耳都不易查觉，所以这款炮算是一款合格的低音炮。

再来看威力登的一款密闭炮，这款炮的失真就明显的比MK要好得多。但是和同价位的倒箱炮来比，20HZ以上的频率失真还是太大了。

对于密闭炮来讲，我们要清醒的认识。在F3附近频率的声压厂家吹得越大，失真也越大，特别是平价炮，失真曲线惨不忍睹。倒箱炮是最常见的一种，特别是在多媒体领域，几乎是清一色的倒箱炮。这是由于倒箱炮与密闭炮相比，在箱体容积接近的情况下，可以获得更低的F3。由于利用了扬声器后面的声辐射，所以发声的效率也要比密闭炮高出不少。一般来说，同款喇叭做出的炮理论上倒箱结构要比密闭结构高出3dB的声压。另外在低频F3处的声压主要以倒相管为主，所以F3处的非线性失真要远小于同规格的密闭炮。

我们来看一下倒箱炮的工作情况，主要分为三个阶段。

第一种情况：当信号频率F＜Fb时（Fb是箱体谐振频率），喇叭锥盆的辐射与倒相管的辐射反相，使声压总输出大大降低，失真非常大。

第二种情况：当信号频率F=Fb时，引发亥姆霍兹共振。锥盆的辐射振幅大大减弱，声压主要由倒相管口辐射，所以，此时喇叭的谐波失真大大减小了。但由于以管道辐射为主，使倒相炮的瞬态响应比密闭炮稍差（因为在信号结束后，要过30-40ms，管道才停止发声）。正因为在时，倒相炮会以管道辐射为主，所以倒相管的开口面积以及形状对低频的影响就显得尤为重要。

第三种情况：当信号频率F＞Fb时，锥盆与倒相管是同相辐射，效率提高。一般在F>2Fb时，增强作用会明显减弱。此时，信号频率提高了，波长变短，管道辐射将越来越不明显；此外，锥盆往后辐射的声波也大部分被箱内的吸音材料吸收了。

所以，倒相炮实质上是使频段的声压增加及处扬声器谐波失真减少。通过以上分析，可以明显的看到，倒箱管在整个炮的工作系统中占有相当高的地位。倒相管的开口形状、面积与fb这个频段的表现息息相关。我个人认为，对于低音炮来讲，倒箱管的开口面积最小要为喇叭有效辐射面积SD的25%，优秀的低音炮开口面积应该在SD的35%以上。还有很重要的就是开口形状，根据流体力学，在容器开口管道内流动的液体（空气在自由空间内低速流动时与液体有着相似的特性，低速是指流动速度远远小于声速）受压缩所损失的能量，与管道的开口形状以及位置有着密切的关系。

　　
管道开口处受压缩而损失的能量He=Ke*V2/2G，Ke是损失系数，可以看到图3的损失系数最大，原理由于篇幅所限就不多说了。结论大家都耳熟能详，就是倒箱管的开口处要圆滑，最好呈喇叭状。

具体来看下面的实例，这是一款SVS的倒箱炮。可以看到它的曲线上升得比较快的，这是典型的倒箱炮的曲线。

接着来看一下它的失真曲线，可以很明显的看到低频F3处失真非常小，在F3-2F3之间的失真有些稍大，这是由于倒箱管所引起的失真，由于失真度很小，所以这是一款相当不错的低音炮。

再来看它的另外一款更高档的倒箱炮的失真曲线，可以看到由于倒箱管设计得相当合理，所以在F3-2F3处的失真非常小，可以说是一款顶级的倒箱炮。

倒箱炮的优点是低频F3下潜较深，低频更有力度，效率高、低频失真小。缺点是瞬态特性稍差，设计的难度相对较高，对喇叭的参数要求严格。无源辐射器其实是倒箱管的一种变形，它的特性原理与倒箱炮是很相似的。优点是杜绝了倒箱管带来的声压缩而产生的失真，缺点是瞬态特性要比倒箱炮要差。倒箱炮是通过调节倒箱管的口径和长度来改善低频。而无源辐射器是通过调整辐射器的重量来改善低频，世界上做得最好的无源辐射器厂家是美国的POLK AUDIO，在国内知名度最高的是骄阳。下面我们就以骄阳为例来探讨一下。

骄阳炮素以小体积大声压低下潜著称，它是怎么实现的呢？这一部分要归功于无源辐射器的先天优势，在倒箱炮的设计中，我们知道F3以及开口管道面积不变的情况下，箱体越小倒箱管就越长，长度与箱体缩小比例的倒数成正比。但倒箱管的长度是有限制的，不能大于FB处波长的1/12之一，但像骄阳这么小的箱体，要保证足够的开口面积与低频下潜，倒箱管将会长达将近2米，甚至会更长，这显然是不能使用。不过无源辐射器解决了这个问题，前面说过它只用增加辐射器的重量就可以改善低频的下潜，当然前提是主动喇叭要有足够的驱动力。

看一下它的曲线，很明显低频的上升速率要比倒相箱陡，这就是无源辐射器的典型曲线。