阻抗曲線的測量相對比較簡單,能不能從阻抗曲線的形狀來判斷倒相箱的調試是否合理,是許多朋友關心的問題。
有許多書明確提出了一些判斷的方法,在重述這些方法之前,我們先來看看倒相箱阻抗曲線的典型形狀:
在上圖中,倒相箱的阻抗曲線形成了兩個明顯的峰,兩峰中夾著一個谷,這就是倒相箱阻抗曲線的典型形狀。其中,頻率較低的峰的頻率可記作fl,頻率較高的峰對應的頻率可記為fh,而谷的位置記為fb。fb就是倒相管與箱體共同組成的一個亥姆霍茲共鳴腔的諧振頻率,簡單地說,就是倒相箱的諧振頻率,fb的b就是box的簡寫。(附加一個問題,這個頻率與單元的參數有沒有關系?)
上文說到許多書,既有科普的也有專業的,提出了一些判斷方法,這些方法大意(表述不全面不到位的,請大家補充)是:
1、谷的高度,也就是歐姆數值,越接近于單元額定阻抗,說明音箱的氣密性越好。反之,谷的高度越高,也就是與額定阻抗的差距越大,說明音箱漏氣越嚴重。
2、調諧良好的雙峰形狀是等高的。低頻峰高,說明倒相管的口徑偏大;高頻峰高,說明倒相管的口徑偏小。
3、箱體體積大,雙峰之間的距離小;箱體體積小,雙峰之間的距離大。
很多人,包括許多工程師都把這些方法應用在倒相管的調整中。但是,嚴格地說,除了第3點,前兩點都不準確甚至是錯誤的,而第3點雖然沒錯,但對箱體的調整工作實際上沒有什么指導意義。
以下用大家熟悉的lspcad做一些模擬,對這些方法進行討論。
1、首先,谷的高度可以小于額定阻抗。把上面所說的”額定阻抗“換成”直流電阻“將合理得多,下圖是一個peerless 8ohm單元在一個假定損耗很小的箱體上的阻抗模擬結果(QB3調準,Ql和Qa均為100,吸音棉為0),可以看到,谷的高度僅有6.3ohm左右,接近單元的Re,比額定阻抗8ohm小得多:
其次,影響谷的高度的主要因素是倒相箱系統的損耗。倒相箱的損耗主要有泄露損耗(Ql)、吸收損耗(Qa)和倒相管損耗(Qp)。雖然泄露損耗是主要的損耗,但不能由“泄露"兩個字就以為是漏氣決定的,箱壁的強度也有很大的影響。并且由于倒相箱普遍填充有吸聲材料,后二者也可以是非常明顯的。比如在上面的模擬中,把Ql和Qa分別設為7和30,谷的低點升高到7.8ohm左右,仍然低于額定阻抗,而吸音材料的量設為30%時,就上升到8.4ohm左右:
2、關于雙峰的高度,這里以lspcad自帶的數據庫中的peerless六寸半單元831975為例,做一個倒相箱設計模擬,按常用的QB3響應設計,得到下圖的結果:
從圖中可以看出,即使按較理想的QB3響應進行模擬,雙峰仍然是不完全等高的。
在這個基礎上,將通過延長倒相管長度,將箱體調諧頻率降到與fs相等的41.3Hz,并少量填充吸音棉,可以使雙峰等高:
其實可以假設一種理想狀態,即箱系統沒有任何損耗,并且箱體調諧頻率fc=fs,雙峰確實也是等高的。但是這種情況是不可能存在的。
現在保持其他參數不變,再延長倒相管長度,使fc進一步降低,可以看到雙峰不等高了,低頻峰低于高頻峰:
反過來,縮短倒相管長度,使fc升高,低頻峰就高于高頻峰:
一般來說,fc≈fs時,雙峰接近等高;當fc<fs時,高頻峰較高;當fc>fs時,低頻峰較高。這樣看來,雙峰等高的原則應該是正確的?我們再改變單元的參數看看情況又是會是怎么樣的。
現在僅改變這個單元的BL值,使Qes發生變化,Qts也會相應地改變,此時,箱體的fc/fs也要做出相應的調整。以下再按QB3響應設計:
這樣,雖然調諧是合理的,但雙峰不等高,低頻峰又高了。
如果一定調整到雙峰相等,反而得到調諧不良的結果:
反過來,如果單元具有較高的Q,設計制作良好的箱體常常(但不是一定)具有低于fs的fc,因此高頻峰可能高于低頻峰。
綜合以上結果可以看出:
A:在fc接近fs時,雙峰比較接近等高。fc明顯小于fs時,高頻峰較高;fc明顯大于fs時,低頻峰較高。雙峰是否等高,主要與fc/fs有關。
B:t/s參數不同的單元,需要不同的fc/fs,接近fs的fc并不總是理想的,這時良好的設計反而是得到不等高的阻抗雙峰。
C:由于多數情況下,理想的fc/fs≠1,因此合理的雙峰常常不等高,換句話說就是等高的雙峰常常意味著調諧不良。
此外,必須提到,不同功率水平下,阻抗曲線的形狀是不同的,峰谷的高度甚至峰谷的位置,都會隨著功率水平發生明顯的變化。以上的結果只有在功率很小時才成立,隨著功率增大,最明顯的變化就是低頻峰的高度降低,這時候,原來不等高的可能變成等高,而等高的也會變成不等高。而吸音棉的增減也會影響雙峰高度,等等。
總之,用雙峰的高度等阻抗曲線的形狀來判斷倒相箱體調諧情況,不但沒有指導意義,而且常常是錯誤的。至于倒相管長度與口徑是密切相關的,那些常識方面的錯誤,就不提了。
那在調整中,阻抗曲線有什么用呢?主要可以用于兩個方面的判斷。
A、判斷箱體的調諧情況是否符合設計預期。比如將初步完成的箱系統的阻抗曲線與模擬的進行比較,如果差異較大,可以據此尋找原因。具體過程可以參考D‘Appolito的《實用揚聲器測量》。這里要注意的是,阻抗測量結果受測量電平影響很大,T/S參數測量時的信號電平以及最后實測時的電平都會造成這個差異,應該區別對待。
B、發現箱系統的異常諧振,對異常諧振進行處理。箱體內的駐波模式、箱壁甚至盆架對聲波的反射、箱內隔板造成的類似二次倒相的異常諧振、以及箱壁的振動等都可能造成阻抗曲線上的異常諧振峰出現。如下圖所示,出現了四個峰,提示可能存在兩種不同原因的異常情況,增加吸音棉后消除了頻率最高的小峰,但頻率較低的諧振峰仍然沒有完全解決。可以進一步進行一些調整,確定并解決問題。當然,多數的異常情況不會這么明顯,需要認真測量與觀察。
增加吸音材料前
增加吸音材料后
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