三种单元密闭箱工作效率评估

  • 764
摘要

在BassBox中从各个方面来评估三个低音扬声器单元设计出的密闭箱的性能与工作效率。

现在是时候在BassBox中比较三种低音炮模型,看看哪一个密闭箱提供了最佳的车内响应。遵循以下步骤:

•我们将使用单窗口图形模式。如果尚未选中,则从图形菜单中选择"Display Mode > Single Window" (“显示模式>单窗口”)命令,如下图所示:

三种单元密闭箱工作效率评估

•现在打开graph窗口。从Graph菜单中选择“Show Graph > Amplitude--Normalized”(“显示图>振幅——归一化”)命令,如下图所示(或按Ctrl+F1)。

三种单元密闭箱工作效率评估

图形窗口如下图所示:

三种单元密闭箱工作效率评估

注意图表窗口左侧边缘的选项卡。选择Tab "NA"是因为我们要求程序显示归一化振幅响应图。稍后,我们将使用这些选项卡检查其他图表。归一化振幅响应图将使我们能够比较每种设计的自由场响应曲线。

•接下来,点击每个设计的“Plot”(绘图)按钮,如下图所示,将其绘制在图中。这也可以在键盘上通过快捷键Ctrl+1、Ctrl+2和Ctrl+3实现。

三种单元密闭箱工作效率评估

图表现在应该如下图所示:

三种单元密闭箱工作效率评估

由于这个图是“标准化的”,所以它没有显示哪个设计更好或更有效。响应是“自由场”,因为它还不包括车内声学响应的影响。请注意,设计1(红色标线)在响应的“拐点”处的声压计最低,而设计2(橙色标线)的声压级最高。注:“拐点”是低频响应开始下降的区域。

如果上述三种设计的作图线都没有重叠,则必须在继续之前打开叠加特性。为此,从主窗口的编辑菜单中选择“Preferences”命令。选择Graph选项卡,打开“叠加”功能,如下图所示,点击“Accept”按钮。然后重新绘制设计,使它们重叠,并可以很容易地进行比较,如上所示。

三种单元密闭箱工作效率评估

•每个箱体的总Q (Qtc)决定响应走势。-3 dB频率(F3)决定了截止频率点。让我们返回Box Properties窗口的Box Design选项卡,查看每种设计的Qtc和F3值。点击设计1的“Box”按钮。设计1的Qtc和F3值如下:

三种单元密闭箱工作效率评估

可以通过单击主窗口中的每个设计面板,将Box Design选项卡从一个设计切换到下一个设计,而无需关闭Box Properties窗口。如果这样做,你会看到每个设计都有以下Qtc和F3值:

  • Design 1 (XZ-801) Qtc = 0.526, F3 = 72.89 Hz.
  • Design 2 (XZ-802) Qtc = 1.088, F3 = 52.84 Hz.
  • Design 3 (XZ-803) Qtc = 0.793, F3 = 50.98 Hz.

记住我们最初的设计目标。我们想要一个Qtc在0.7到1.0之间,F3为50hz的低音炮。考虑到这一点,XZ-802低音扬声器的设计2或XZ-803低音扬声器的设计3可能满足我们的要求。我们如何决定哪一个是最好的选择?让我们将车内声学响应添加到图表中,看看它揭示了什么。

注:到目前为止,我们忽略了箱体泄露损耗参数(QL)。这是因为它是由BassBox Pro根据箱体类型和箱体容积为我们自动估算的。

点击“Close”按钮关闭箱体属性窗口。

•要添加车内响应,我们必须配置其设置与汽车声学属性窗口。点击Design 1面板的“Car”按钮打开。也可以在键盘上按Ctrl+A打开。

三种单元密闭箱工作效率评估

如果设计面板上有一个“Room”按钮而不是“Car”按钮,那么在继续之前,您需要更改BassBox Pro的声学环境设置。为此,从主窗口的编辑菜单中选择“Preferences”命令。然后选择如下图所示的汽车声环境,点击“Accept”按钮。

三种单元密闭箱工作效率评估

汽车声学特性窗口如下所示。

三种单元密闭箱工作效率评估

由于我们没有对牧马人吉普进行声学测量,我们可以忽略这个窗口左边的个性声压级设置。相反,我们将预估车内响应,所以让我们关注右边。首先打开“启用12dB/oct上升”控件。将"+3 dB Frequency"设置为50hz。关闭“在图中忽略声学响应”控件。现在请注意,汽车声学特性图显示了12dB/oct低频上升,以模拟汽车内部的低频响应。还要注意主窗口的Design 1面板中的曲线图是如何重新绘制的,以显示车内响应的效果。

•接下来,让我们对设计2和3重复上述步骤。当“汽车声学特性”窗口仍然打开时,回到主窗口并单击“设计2”面板。这将把汽车声学特性窗口切换到Design 2,这样你就可以打开"Enable 12 dB/octave Rise" (启用12dB/oct上升)选项,并将"+3 dB Frequency" (+3 dB频率)设置为50赫兹。然后对Design 3做同样的事情。

•点击"Accept" (接受)按钮,关闭汽车声学属性窗口。

•现在让我们清除曲线图,并用车内响应重新绘制设计。为了方便起见,提供了几种方法来清除曲线图。从键盘上按Ctrl+Y或从主窗口的图形菜单中选择"Clear ALL Graph Plots" (清除所有图形)(如下图所示),或从图形弹出菜单中选择“清除>所有图形”,或在图形属性窗口中使用Shift+ "Clear"。

三种单元密闭箱工作效率评估

•下一步,点击每个设计的“Plot”按钮(Ctrl+1, Ctrl+2, Ctrl+3),在图形窗口中绘制。你的结果应该与下图相匹配:

三种单元密闭箱工作效率评估

注意,低频响应已经上升,现在几乎是平的。一个平坦的响应是我们的目标,是为了最准确的低频重放。

从图中可以明显看出,使用XZ-803低音扬声器的Design 3(黄色标线)获得了最平坦的响应,因此我们将在我们的设计中使用XZ-803s。但是在我们结束这个设计之前,让我们检查一下其他的曲线图,并从其他角度评估这个设计。

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,只是它显示了扬声器在指定输入功率下,在1米处的声压级(SPL)。我们使用了300W,因为它是四个XZ-803低音扬声器的最大总功率 (每个75W)。

三种单元密闭箱工作效率评估

注意,设计3与XZ-803低音扬声器(黄色标线)达到了声压级约115dB的大部分频带。这是四个低音扬声器的总声压级,我们的吉普车内的声压级已经足够高了(特别是因为115dB的声压级是基于一个连续的额定功率)。设计2(橙色标线)达到了更高的声压级,但并不平坦。

使用“AP”图形选项卡(Ctrl+F3)选择最大声功率图。它显示了扬声器在达到稳态位移极限或热极限之前能产生多大的声功率。声功率有点像声压级,因为它们都是衡量扬声器所辐射能量的一个指标。声功率是扬声器向各个方向辐射的总功率。声压级随着扬声器的方向和距离而变化。由于这个原因,声功率提供了一个很好的方法来比较不同扬声器的总输出。

三种单元密闭箱工作效率评估

在较低的频率下,低音扬声器的膜片和音圈的稳态位移限制通常会受声功率限制。由峰值位移极限(Xmax)计算,在较高的频率中,音圈的中频发热限制通常占主导地位。热极限可以是一个稳态或峰值水平,这取决于扬声器单元的额定功率(Pe)的性质。在上图中,左半部分作图线的曲线部分代表位移极限。还请注意,如果没有热限制,这些线可以继续上升到图的顶部(使用阴影来显示)。图右半部分曲线的平坦区域表示热极限。

这张图告诉我们,设计3的最大响度将在70Hz以下开始下降,直到大约降低6dB。扬声器在30Hz时会比在80Hz时低6dB吗?可能不是因为图中的位移限制代表“稳态”或有效声压,也不是峰值水平。只有振膜的峰值运动才会达到图中所示的极限。然而,在达到机械极限(Xmech)之前,偏移量有可能超过Xmax。当超过Xmax时,非线性失真会开始增加,因为磁铁间隙中线圈越少,机电强度就会降低。所以30Hz和80Hz之间的电平差不超过6db,可能更小。

使用“EP”图形选项卡(Ctrl+F4)选择最大电力输入功率图。它是由之前的最大声功率图推导出来的,它显示了扬声器在达到其位移或热极限之前能够处理的放大器功率。

三种单元密闭箱工作效率评估

注意,带有XZ-803低音扬声器的Design 3(黄色标线)比其他设计处理更多的功率,与设计1XZ-801低音(红线)有相同的热极限,但它有最好的位移极限,因为它有最高的Xmax。

该图显示,由于膜片的位移限制,Design 3可能无法处理70Hz以下放大器的全部RMS功率(300W)。然而,与之前的最大声功率图一样,这里所表示的位移极限是基于Xmax处峰值偏移的稳态极限。单元膜片将能够移动更远一点,虽然随着失真程度的增加。知道单元的机械偏移极限是多少是有帮助的,因为它可以告诉我们振膜在达到物理极限或冒损坏危险之前可以移动多远。幸运的是,这并不像它看起来的那么糟糕,因为车内声学响应的低频12 dB/oct上升将低音响应拉升,正如前面的最大声功率图所示,因此位移限制电平在热限制电平的6 dB之内。

从这张图中可以学到的重要一点是,扬声器可能无法在非常低的频率下处理放大器发出的300W功率,所以我们可能要考虑添加一个低频高通滤波器来保护它。

使用“CD”图形选项卡(Ctrl+F5)选择锥盆位移图。它显示了在指定的输入功率水平下,每个低音扬声器的振膜和音圈能移动多远。我们使用了300W,因为它是四个XZ-803低音扬声器的最大总功率 (每个75W)。

三种单元密闭箱工作效率评估

请注意,当每条曲图线高于低音扬声器的Xmax水平时,它的强度就会发生变化。例如,XZ-803的Xmax为4mm(设计3),所以黄色的标线在超过这一水平时,在55Hz左右变为较暗的阴影。

有人可能认为,锥盆位移图与最大声功率和最大电输入功率图之间存在差异。为什么锥盆位移图显示XZ-803低音扬声器在55Hz时超过了Xmax,而最大声功率和最大电输入功率图显示相同低音扬声器的位移限制开始于70Hz左右:答案包括两部分:首先,锥盆位移图显示了锥盆偏移的峰值,这样你就可以准确地知道膜片何时达到或超过Xmax。然而,最大声功率和最大电输入功率图都显示较低的“稳态”或RMS偏移极限,这更接近于我们感知响度的方式。其次,锥盆位移图假设输入电压恒定,而最大声功率和最大电功率图假设峰值漂移始终在Xmax处,因此输入电压将被迫随频率不断变化。

理想情况下,振膜的运动不应该超过Xmax(离其静止位置只有一个方向)。如果是这样,非线性失真将增加,如前所述。可以说,这是三种设计中最薄弱的部分。但是,有几个因素可以降低Design 3中这个问题的严重性。首先,我们不打算把扬声器一直开到最大功率。事实上,我们甚至不会以半功率持续驱动它。然而,在150W时,1米声压级仍然能达到112dB,每个低音扬声器的峰值偏移不会超过Xmax。其次,机械偏移极限(振膜在达到盆架极限或音圈冲击后板前可移动的距离)应大于Xmax。这使得振膜可以移动得比Xmax更远而没有损坏的风险。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。它显示了扬声器的实际阻抗。在我们的每个设计中,我们并联了4个8欧姆扬声器。这是在单元属性窗口的Configuration选项卡上指定的,每一种设计的实际系统阻抗为2欧姆,如下图所示:

三种单元密闭箱工作效率评估

请注意,每个曲线的中间都有一个峰值。这表示箱体中的单元的谐振。例如,黄色标线中56.2 Hz处的峰值是箱体中XZ-803扬声器的谐振。注:在箱体里,单元的共振频率总是比在自由空气(Fs)中要高。有时很难确定峰的精确位置。提示:阻抗相位在峰值处应通过0°。

系统阻抗图的用处有两个。如果扬声器直接连接到放大器,它将显示放大器必须“驱动”的负载。在这种情况下,放大器必须能够驱动2欧姆负载。如果扬声器包含一个无源分频器,该图显示了通过分频器后的阻抗。这在设计分频器时非常重要,因为我们通常希望看到一个平坦的阻抗曲线。

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。

三种单元密闭箱工作效率评估

注意,这三种设计的低频声波都不会滞后超过180°。这意味着输出信号不会比输入信号落后超过半个波长。一个完整的波长需要360°的相位反转。注:由于每个低音扬声器音圈的感抗,使得相位响应在330Hz以上低于0°。

理想情况下,相位响应应该是一条完全平坦的线,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,相位角的急剧变化是一个重要的问题,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。

三种单元密闭箱工作效率评估

理想情况下,不应该有延时。在实践中,如上所示的延时渐进变化不会显著损害保真度。然而,群延迟的急剧变化是一个严重的问题,应该尽可能的避免。

注:由于这是一个密闭箱设计,因此没有风管,所以省略了风管速度图(图标标签“VV”)。

  • 本文由 发表于 2019年10月26日
评论  0  访客  0

发表评论

匿名网友

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: