BassBox带通音箱设计-性能评估

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到目前为止,我们有一个看起来良好的在汽车振幅响应和一个可接受的风管风速。现在让我们检查剩余的性能图表,并完成对我们的设计的评估。我们将跳过前面讨论过的风管风速图。在讨论风管“管道”共振时,我们将在最后重新讨论归一化振幅响应图。在检查剩下的图表之前,我们先清除它们并创建一个新的图表。

使用“CA”图形选项卡(Ctrl+F2)选择自定义振幅响应图。它与归一化振幅响应图非常相似,只是它显示了在指定输入功率下,扬声器将在 1 米(3.3 英尺)的轴线上产生的声压级。我们使用了 200 瓦,因为这是两个 BassBomb 100 单元总的最大功率 (每个单元 100W),也是我们的放大器在 4 欧姆负载下每个通道产生的最大功率。

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注意结果:音箱在其大部分频带上产生 114 dB。这对一对 10 英寸的单元来说是非常好的,对我们的车来说应该是足够的——特别是因为低音扬声器和放大器的功率额定值都是连续的有效电平,而且两者都可以处理更高的峰值电平。

使用“AP”图形选项卡(Ctrl+F3)选择最大声功率图。它显示了音箱在达到稳态位移极限或热极限之前能产生多大的声功率。

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在我们的例子中,扬声器的温度限制在 37Hz 以下。在 37Hz 以下,其位移受 Xmax 的限制,最大声功率时下降约 4dB。这相当不错。稍后我们将用锥盆位移图再次讨论峰值位移极限。顺便说一下,延伸到图表顶部的淡黑线部分显示了如果没有热限制,最大的声功率时的声压是多少。

使用“EP”图形选项卡(Ctrl+F4)选择最大电力输入功率图。它是由最大声功率图推导出来的,它显示了音箱在达到其位移或热极限之前能够处理多少放大器功率。

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这张图告诉我们,如果放大器的输出信号没有严重失真或“削波”,音箱应该能够处理从放大器输出的 46Hz 以上的全部 200W 功率。明智的做法是用亚音速高通滤波器保护单元低于这一频率点。这也将保护低音扬声器通过风管成为“空载”。此处位移极频点限为 46Hz,而不是前面的最大声功率图中所示的 37Hz,这是因为该图不像最大声功率图那样包涉及内声学响应的影响。

使用“CD”图形选项卡(Ctrl+F5)选择锥盆位移图。它显示了膜片和音圈在指定的输入功率下位移距离。我们使用了 200W,因为这是两个 BassBomb 100 低音扬声器的最大总功率 (每个100W)。

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请注意,当曲线上升到 8.35 mm 的 Xmax 水平以上时,曲线的颜色会发生变化,以显示低音扬声器何时会超过线性偏移的峰值极限。这发生在约 38Hz,如前所述,并强调可能需要添加亚音速高通滤波器,以保护低音扬声器。

理想情况下,锥盆偏移不应超过 Xmax(从锥盆的静止位置单向偏移)。如果是这样,非线性失真将会增加。可以说,这是这个设计中最薄弱的部分。然而,有几个因素可以降低这个问题的严重性。首先,我们不打算把音箱一直开到最大功率。事实上,我们甚至不会以半功率持续驱动它。然而,在 100W 的功率下,1 米 SPL 仍有 111dB,在 28Hz 之前偏移不会超过 Xmax,而且永远不会超过 1mm。其次,机械偏移极限(膜片在达到悬架极限或音圈前冲击后板前所能走的距离)将大于 Xmax。这使得振膜可以移动得比 Xmax 更大而没有损坏的风险。第三,当偏移超过 Xmax 时增加的非线性失真是很细微的,大多数听众在它变得严重之前是听不到的。

使用“I”图形选项卡(Ctrl+F7)选择系统阻抗图。它显示了扬声器系统的阻抗。

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第一个峰值在 32.9Hz 是单元在箱体中的谐振。在 64.1Hz 的最小值是箱体的系统共振。第二个峰值为 87.7Hz,是风管本身的谐振。注:单元的谐振频率在箱体中总是比在自由空气中(Fs)高。有时很难确定一个峰或谷的精确位置。提示:阻抗的相位应该在两个峰值之间的最小值(谷)处通过 0 度(除非两个峰值间隔很近)。

系统阻抗图有用的原因有两个。如果扬声器系统直接连接到放大器,它将成为放大器 “驱动”的负载。在这种情况下,放大器必须能够驱动一个 4 欧姆负载。如果扬声器将包括一个无源分频网络,该图显示了加上分频网络 “显示”的阻抗。这在设计分频网络时非常重要,因为我们通常希望看到一个平坦的阻抗。

使用“P”图形选项卡(Ctrl+F8)选择相位响应图。它显示出从扬声器系统发出的声波有多少会滞后于输入信号。这个延迟用角度表示为相位角,它实际上是输入信号的相位和输出信号的相位之间的差。

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注意低频声波的滞后幅度不会超过 360°。这意味着输出信号不会比输入信号落后一个以上的全波长。注:290Hz 以上相位响应低于 0°是低音扬声器的音圈感抗导致的。

理想情况下,相位响应应该是一条完全平直的线,具有 0°的相移。幸运的是,上面所示的相位角的逐渐变化不会对保真度造成很大的影响。然而,相位角的急剧和突然变化是一个严重的问题,应该尽可能避免。

使用“GD”graph 选项卡(Ctrl+F9)选择群延迟图。它非常类似于相位响应图,因为它还显示出从扬声器发出的声波将落后于输入信号多少。然而,这个图将这个信息表示为以毫秒为单位的延迟,它是由相位响应的斜率导出的。

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理想情况下,不应有延时。在实际中,一个渐进的变化的群延时不会显著地损害保真度。然而,群延迟的急剧和突然变化是一个严重的问题,应该尽可能避免。我们的设计中有一个有点“起伏”的群延迟区域,会稍微降低瞬态响应。但总的来说,群延迟并不糟糕。

在我们结束性能评估之前,还有一个项目需要检查。这一项是风管的“管道”谐振,它是由风管产生共振并产生附加谐波的自然趋势引起的。为了说明这一点,让我们回到归一化振幅响应图(Ctrl+F1)并更改其绘图颜色。然后从图形弹出菜单(Ctrl+V)中选择“Include > Vent Resonance peak”命令,重新绘制图形,如下图所示。

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橙色的曲线反映了没有风管共振峰时的振幅响应。黄色曲线包含了风管共振峰。注意两个共振峰是可见的。最高的是 843Hz,低于通带电平 13dB。这两个峰值似乎都在足够低的水平,可以被汽车的其他扬声器系统掩盖,所以他们可以安全地忽略。还请注意,在响应曲线的上线拐点附近,电平下降了 2 dB。如果共振峰更大,电平更高,他们是可以听到的,我们将不得不考虑以下两种可能的补救措施之一:1)减少风管的大小或 2)添加一个低通滤波器衰减共振峰。有关更多信息,请参见“风管”选项卡主题。

  • 本文由 发表于 2023年9月19日
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