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音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

科技 | Post by: 小橙圈 | 7/21/21 20:0 | 108

音箱是一套音响系统的灵魂,对系统声音起决定性的作用。许多音响入门爱好者在选择音箱时都会很迷茫,不知道该如何判断音箱的好坏以及看音箱的参数。本文希望尽可能详尽地讲解音箱市面上的音箱类型,以及其主要的声音特点,希望有利大家选择自己心仪的音箱。

如果有不同见解,欢迎就事论事的讨论,毕竟自己懂得的也不多。不欢迎凭想向给立场的喷,谢谢!

低音可以说是音箱最大的瓶颈,也是其价格差异的关键。大型落地音箱和小型书架音箱在中高音上差异是远远小过其售价差异的。而它们价格差异的主要是来源于其低频的表现差异。优秀的大型落地箱所表现出的那种低频的宽松、从容,大动态时的气定若闲,气势磅礴,都是小书架所不能比的。

音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

优秀的大型扬声器具有全面的表现

那么,如何判断音箱低频的好坏的?从自己所看到的情况来看,几乎所有人都会把音箱低频的优劣归结于扬声器或者说单元的口径,认为单元越大,低频越好。

实际情况也可以说支持这种观点的,音箱的低频优劣跟扬声器口径的关系确实很大。平均来讲,它们几乎可以认为是线性的。但这里很重要的一个词是平均,平均的意思就是,它们之间的关系不是像物理学公式一样,而是服从的统计规律。

随便举例,这种情况就类似于人的体重和身高的关系。身高越高的人,体重往往越重。但这个只是统计学上的规律,具体到某两个人,就完全可能是两回事。一个矮个子,完全可能比一个高个子重,甚至可能重很多,这丝毫不奇怪,也丝毫不影响身高与体重的统计学关系。(不然你以为竹杆和土豆长腿是形容什么的呢?)

音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

事实上,低音单元的低频水平取决于两个因素而非一个。一是有效振动面积,而另一个是线性冲程。它所鼓动空气的能力即其低频表现是由口径X线性冲程所决定的。从理论上讲,一个小口径的单元,通过增加线性冲程,也能达到大口径单元的低频下潜。这就是为什么相当多的小口径单元也能做出比大口径单元更好低频的原因。下表是笔者根据市面上一些常见的喇叭单元统计的不同口径单元的有效口径(不同品牌有一些区别):

音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

不同口径单元的有效振动面积和口径的关系

从上表可以知道,如果把6.5(7)寸低音单元的有效振动面积视为1,那么4寸单元为0.35,5寸为0.5,8寸单元为1.42,而10寸为2.1。这也就意味着,如果一只5寸单元的线性冲程比一只6.5寸单元多一倍,那其低频比6.5寸低频更好并非不可能。而一只6.5寸单元如果线性冲程比8寸或10寸的大一倍,那其低频是完全可以超过8寸甚至达到10寸单元水平的。

线性冲程是喇叭单元磁缸间隙中均匀磁场的长度,为了增加线性冲程,增加磁缸的厚度即可以实现,这是为什么很多优秀的低音单元磁缸很大的原因。不过,实际情况是简单增加磁缸并不够,它还需要扬声器振膜能承受线性冲程的增加。如果其刚性不够的话,振膜振动时所产生的形变将会明显增加,分割失真将明显增加。一般来讲,优质低音扬声器设计要求100Hz处总谐波失真不高于1%(自然声的单元大约在80Hz以上即低于1%)。

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超长冲程的中等口径单元低频一样出色

在中低音扬声器设计过程中,振膜的特性是制约单元的最重要因素,单纯增加线性冲程并不是对任何振膜都可以的(当然,如果不用考虑失真,那就随意了)。中频优秀的纸盆单元线性冲程大约只有4mm左右。PP盆大约可以做到5-8mm,碳纤盆大约为5-8mm,陶瓷单元大约为10mm,铝盆大约在9-12mm。另一些新型材料或通过特殊的设计的振膜可以达到一个惊人的值,比如上面的绅士宝的明灯系列甚至可以达到18mm,Seas的所用的石墨烯振膜线性冲程也能达到14mm。这意味着它们的7寸(或6.5寸)单元可以超过普通的PP盆10寸的低频,甚至超过12寸的纸盆单元的低频表现,同时其中频延伸又是7寸的水平。

当然,这样做也是有代价的,那就是单元成本相当高昂,同时需要功放提供足够的驱动电流以控制振膜的振动。说人话就是贵(7寸的光明绅士宝单元一只大约2400元左右;Seas的大约要4500元一只),并且对功放要求很高。

音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

上图为自然声NS17所采用的低音单元,虽然口径仅有6.5寸,但由于采用复合三文治木振膜,线性冲程高达13mm,其低频下潜可达40Hz,并且失真度在80Hz即可小于1%水平,这是很多8寸单元都无法达到的低频表现。而且其中频也有类似纸盆单元的特点。

但这样做的好处也很多,用6.5寸单元设计可以采用2分频的方式,这在设计难度上要远小于大口径单元所必须采用的三分频的,而且因为箱体小,并少了一对中频单元,因此总体成本往往比采用一般大口径单元要低很多。而其低频并不差于很多8寸三分频落地音箱的,而且二分频音箱的中高频反而比三分频更容易做好。这也是为什么5寸或6.5寸书架音箱经典型号很多,售价并不低,但却非常受市场欢迎的原因。

音箱科普系列—扬声器的低频只与单元口径相关吗?

当然,如果三频落地音箱采用同样优质的低频单元,那其低频当然也不是小口径书架音箱所能比的。就算采用一些低频不那么好的单元,也能获得其它的优势,比如纸盆单元的效率更高,对功放要求可以适当降低,同时其中频人声富有魅力。但其复杂程度也要远高于书架音箱,所以成本也要远高过书架音箱的。

结论:

一、扬声器单元口径只是其低频好坏的一个因素,另一个重要因素是线性冲程。有效振动面积 x 线性冲程才是一只扬声器的低频能力;

二、扬声器线性冲程取决于其磁缸,但线性冲程大小受振膜的特性制约,不是能任意增加的。不同材料及结构的振膜决定了其线性冲程大小;

三、小口径单元如果线性冲程足够大,也能有跨级的表现,具体取决于其振膜的优劣差异;

四、采用优质单元的大口径音箱是低频上仍然是可以蹍压同类小口径书架单元音箱的,不过其复杂程度及成本也将会远高过同类小口径音箱。

来源:杰长老


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