BassBox开口箱设计之性能评估

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摘要

对BassBox进行开口箱设计后产生的各响应曲线进行详细的性能评估。

到目前为止一切看起来都还不错,我们的设计产生了想要的响应。但它在其他方面的表现如何呢?这个音箱能开多响?我们使用的总风管截面积比建议的要小,会有问题吗?性能曲线图表将回答这些问题。我们将跳过归一化振幅响应图(因为它在前面已经讨论过了)。

由于这些图包含两条曲线,让我们清除它并得到一个新的曲线。首先用图形弹出菜单中的"Cursor > Hide"命令关闭光标(Ctrl+H)。然后从图形弹出菜单(Ctrl+Y)中选择"Clear > All Graphs"命令。最后,点击设计面板上的“Plot”按钮(Ctrl+1)。

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,音箱在1米(3.3英尺)的轴线上产生的声压级。我们用600W,因为这是SledgeBeast 6000的最大功率水平,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。

BassBox开口箱设计之性能评估

注意结果:音箱将从28到51Hz产生117dB的声压,并直到176 Hz持续116 dB。这应该非常适合我们的家庭影院——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RMS级,并且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。

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在我们的设计实例中,扬声器的温度极限是在19Hz时。在19Hz以下,其位移受Xmax的限制,最大声功率迅速下降。一个低音扬声器在达到它的稳态位移极限之前达到这么低的频率是不常见的,这是它的高Xmax等级的一个证明。

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,它显示了扬声器在达到其位移或热极限之前能够处理多少放大器功率。

BassBox开口箱设计之性能评估

这张图向我们展示了扬声器应该能够处理低至19Hz的来自放大器的600W功率,当然前提是放大器的输出信号没有严重失真或“削波”。明智的做法是在这个频点下用高通滤波器保护低音单元。

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必须移动的距离。我们用600W,因为这是SledgeBeast 6000的最大功率水平。

BassBox开口箱设计之性能评估

请注意,当曲线上升到16mm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其线性偏移的峰值极限。这发生在约17Hz,并在此强调需要添加高通滤波器,来保护低音扬声器。这张图是非常好的,因为低音扬声器保持在它的偏移限制在20Hz以下,所以它应该有相对较低的失真。

使用“VV”图形选项卡(Ctrl+F6)选择风管风速图。它显示了在给定输入功率下,空气在风管中的振动速度。我们用600W,因为这是SledgeBeast 6000的最大功率水平。

BassBox开口箱设计之性能评估

在前面(箱体属性设置中),我们决定使用比建议的更小的风管口截面积,以便将风管长度减少到更易于装配的大小。这里引起注意:风管总截面积的减少会导致风速增加。幸运的是,正如上图所示,我们不需要担心,因为风速从来没有超过35米每秒(113英尺每秒)。如果曲线高于这一水平,它就会像锥盆位移图上的曲线那样变尖锐。

注:35m /s为空气中声速的10%。理想情况下,风管风速应保持在这一水平以下,以避免空气湍流噪声。有些设计师甚至更喜欢将排气速度控制在声速的5%以下(特别是在设计专业音箱时)。

使用“I”图形选项卡(Ctrl+F7)选择系统阻抗图,它显示了音箱的阻抗曲线。

BassBox开口箱设计之性能评估

第一个峰值在11.1Hz是风管本身的谐振。在两峰之间谷处19.7Hz是音箱的系统谐振频率。第二个峰值是在30.4Hz,是单元在箱体里的谐振。注:在箱体里,单元的共振频率总是比在自由空气(Fs)中要高。有时很难确定一个峰或谷的精确位置。注:阻抗的相位应该在两个峰值之间的谷值处通过0度(除非两个峰值间隔很近)。

系统阻抗曲线有两个用处。如果将扬声器直接连接到放大器,它将成为放大器必须“驱动”的负载。在这种情况下,放大器必须能够驱动一个4欧姆负载。如果音箱包含一个无源分频网络,则该图显示了通过分频网络后的阻抗曲线。这在设计分频网络时非常重要,因为大家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相位和输出信号相位之间的差。

BassBox开口箱设计之性能评估

注意低频声波的滞后幅度不会超过270°。这意味着输出信号不会比输入信号落后超过四分之三波长(一个完整的波长需要360°的相位旋转)。注:由于低音扬声器音圈的感抗导致相位响应在140Hz以上低于0°。

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。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时间。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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理想情况下不应延时。在实践中,一个渐进的变化不会显著地损害保真度。然而,群延迟的急剧变化是一个严重的问题,应该尽可能避免。我们的设计具有明显的群延迟,会降低瞬态响应。这可能是这个设计中最薄弱的部分。幸运的是,群延迟直到40Hz左右才开始迅速上升,在如此低的频率下,大多数听众是否能辨别出问题是值得怀疑的。如果群延迟是一个严重的问题,我们将需要切换到密闭箱设计。如果我们这样做,将牺牲低频响应,因为我们从一个密闭箱设计中得到的最低F3将是33Hz左右,而不是我们用这个开口箱设计得到的20Hz。

在音箱设计中做出哪些权衡,关注设计音箱的目的是很重要的。我们的主要目的是在家庭影院中增加“触觉现实主义”。换句话说,我们想“感受”低音。20Hz下结实的响应肯定会让我们体验到这一点。如果这个低音炮被设计成录音棚或其他具有更高低频音质要求的较高听音环境中监听音箱的一部分,那么我们可能会更优先考虑平坦的群延迟响应。

  • 本文由 发表于 2019年11月3日
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