2021年4月14日 星期三 05:13

超低音音箱的规划

深入研讨 理论知识 超低音音箱的规划

商业音响系统的好坏与超低音音箱有着很大的关系。背景音乐或者前场音乐可能并不需要使用超低音音箱,但尽管一些系统中,低音并不占据主导地位,但拥有一个干净,完整的低频分布也可以让观众们在欣赏音乐时有不一样的听觉体验。

超低音音箱的数量、摆放的位置,功率放大器抽头的设置(70伏/100伏)以及音量大小设定都随着每次安装中不同的需求而变化着。音箱摆放位置的条件,边界位置的负载(音箱是要摆放在离墙壁很近的位置或者是在墙角?),房间的尺寸,多个音箱或者超低音箱的连接,房间的混响,播放的音乐类型,活动的类型以及听众们想要达到的期望都是需要考虑的因素。

以下是基本的几种设计准则:

分频器

超低音音箱有四种方式的分频器:

1.无源分频器: 通常嵌入在超低音音箱中

2.声学分频器:例如带通箱,通常利用声学过滤方式使其不产生高频频段。

3.有源分频器:通常是一个单独的电子设备或者嵌入在超低音音箱中或控制器里。

4.以上三种的结合:例如利用一个带通箱以及一个有源分频器。

另外,分频器一般有两种工作方式:叠加式分频,超低音箱的频段叠加在主扬声器的全频段上;全频段分频,超低音音箱的频段覆盖在了超低频率的频段同时主扬声器被低切从而覆盖剩余的高频部分。(如图1

在决定需要使用的超低音箱的数量前,必须要决定选择哪一种分频的方式。现在让我们来讨论一些合适的方法。

JBLPart4DistFigure1
图1

叠加式分频

在叠加式分频中,主扬声器一般都是全频段的,超低音音箱则为其增加了低频段的分布。一个嵌入式的无源分频器或者一个有源分频器都可以将其实现。

使用叠加式分频的一个优点就是有些时候可以使用较少的超低音箱。在图1中,主扬声器一般只能下潜只能达到80hz左右,而超低音箱通常可以达到160hz或者200hz的响应。(如果超低音音箱在内部一个无源分频器的作用下已被高切或者被局限与一个带通频段中。)即使超低音箱只达到了120hz,还是会陷入不好的状态。而这个不好的问题则是频段的叠加,主扬声器以及超低音音箱在80hz到160hz之间都得到了重放,然后在这个范围以下只有超低音音箱的频段得以重放,而在这个范围以上则只有主扬声器得以重放。因此,低中频段之间得到了更高的响应。而中低频段则有一个大的凸起,增加了混浊感。

有一句老话是“不要混淆响度和保真度。“一个叠加式分频器系统可能会使响度增加,但离相应的保真度等级还差得远。顾客们可能会说超低音音箱听起来并没有达到到很低沉的感觉那只是因为中低频得到了增强。当然可以增加更多的超低音音箱但效果只会更加浑浊。所以利用一个较好的EQ设置去消除这个凸起可以解决这个问题,一个单频段参数通常可以做到这一点,但使用少于31个频段的图示均衡器则不是件容易的事情。即使一个15频段的图示均衡器也会在消除不好的频段时消去一些好的频段,除非频率和带宽在意外的情况下和凸起部分精确的匹配了,但7段的EQ对用处很小。但当调节到一个很精确的EQ时,叠加式分频可能会减少超低音音箱的使用数量,所以在商业运用中叠加式的调整并不是很明智的一中选择。

另外一种解决方法是利用超低音箱中的有源分频器,这样就可以减弱低通的频率从而减少中低频段的凸起。这种方法帮助很大,但去吻合超低音音箱的电子低通规格参数表和主扬声器上的声学低频滚降并不是一件容易的事情。从无源叠加的凸起部分中调整低通频率通常是一个很大的提升,但仍可能得到一些异常情况在分频点处或者在分频点的下方。

全频带分频

通过全频带分频,主扬声器的高频以及超低音箱的低频部分都保留了下来,形成了动听柔和的过渡。全频带分频很多时候优于叠加式分频,但由于低频段只能由超低音音箱提供,所以必须高效地将其利用。当然无论是无源还是有源,都可以完成这项工作。

无源系统通常使用嵌入在超低音音箱中的分频器。全频带被放大的声音进入了超低音音箱,其中低频段被送到了超低音音箱的驱动器,同时主扬声器则被连接到卫星音箱的输出部分,输入中高频段(同时低频被移去)。这一步骤则需要分频器足够有能力(处理低频部分),而电功率也会被大大消耗。

分频器的斜率一般比较平稳,低音扬声器的低通斜率大约每倍频程12db的滚降,主扬声器或者卫星扬声器大约每倍频程6db的滚降。急剧的高通斜率一般不会出现,因为一个卫星扬声器没有被连接上或者卫星扬声器在使用者损坏了,这是会产生自我的共振或者对功率放大器产生奇怪的阻抗。但是分频器的频率会随着被相连的阻抗而随之改变在第一个阶梯(每倍频程6db)无源的高通分频器(作用于卫星扬声器)作用下。阻抗负载能力越高,分频频率就会越低。如果一个可以在4欧姆的负载条件下合适工作的输出-正如两个8欧姆的扬声器-当只连接一个8欧姆的扬声器时,分频频率就会太低,这样就会导致由于失调的分频频率而形成的频段的凸起。

灵敏度平衡的问题

当使用全频无源分频器时,最严重的隐藏问题则是在超低音扬声器灵敏度的支配下相对于卫星扬声器达到一个相对与其他扬声器的一个平衡的音量。超低音扬声器可能有89db的灵敏度,然后全频带扬声器则有92db的灵敏度。

在商业的运用中,由于声压级偏低,所以低音部则需要提高6db—10db之间,但不要低于或者等同于卫星扬声器以此保证整个音响系统声压级的平衡。在无源分频的系统中,一个存在的问题是低音通常听上去很柔软相对于主扬声器来说。

所以解决的方法可以利用精确的EQ找出并且提升确切的音量减弱的频率。标准的低音控制器(搁架类型)通常不是一个好的解决方案,任何一个标准的低音控制器和所需要的确切的频率,斜率以及搁架的规格参数相匹合的几率是很渺茫的。

对于工程师来说尽管知道每个单独箱体内各个组成物体的规格参数,要设计一个好的无源分频器并不是容易的事情。在商业音乐系统中各个参数变数很大—灵敏度,滚降参数,扬声器数量,扬声器摆放位置,边界的负载影响,等等-所以要想让无源分频器完美的工作还是不容易的。尽管一个非常好的无源分频器可以有很好的听觉享受,但也很容易有不好的听觉感受。

要得到好的超低音箱的声音,全频带有源分频器则是最可以信赖的方式,即运用一个有源分频器以及一个单独的功率放大器。超低音箱通常利用斜率为每倍频程滚降24 dB来低通频率,中频使用较陡的斜率来实现高通。相互之间有着可预料的一些影响。实际上,在低音音箱和主扬声器之间并没有叠加的部分,所以也不会有在叠加分频器中产生的隆隆的凸起现象。

另外,可以单独控制低音的音量,通过耳朵或者是声压计与主扬声器之间进行音量的平衡。如果顾客们觉得不舒服,则可以轻松的进行调节。在一些商业音乐处理器中也存在嵌入式的超低音分频器,例如JBL Soundzone 处理器, dbx ZonePro 处理器, Crown USM, BSS ProSys 以及其他一些产品。

声压级和频率响应

让我们深入的研究一下超低音音箱对声压级的需求。普遍来说,超低音音箱需要比主扬声器响度高2db-10db。

中低声压级的情况下,低音音箱的声压级需要大于主扬声器,因为在低声压级的情况下,更多低音的存在才能使人耳感受到比较平衡。如果我们用同样的音乐,高声压级在相对较少提高的低频音量时也可以达到很好的平衡。当然一些特别的音乐类型和应用中,像是一些高端的流行舞曲中,则需要超过+10db的低音。如果低音扬声器和主扬声器的比例在+2db-+10db,会是一个好的开端正如平稳的声压计计算所测量出来的一样。

对于在商业运用中的超低音音箱的频率响应,可能不希望超低音音箱下潜到在40hz以下很多,这样会在角落里或者房间模式下(房间规格的功能)的节点中产生令人讨厌的隆隆声。隆隆声会让顾客们感到很烦躁,虽然他们可能没有意识到,但当他们站在房间接近角落的地方,这些隆隆声足以让他们想要逃离这个地方。如果客人们由于恼人的低音而不想要听到超低音音箱的声音,这时对于系统搭建师来说,是一个好的机会去发现错误,可能是因为在40hz以下隆隆声的增加,或者是由于叠加分频器导致的中低频段凸起,亦或者是无源分频器在所选的工作形式下并没有达到该有的效果。如果一个有经验的工程师可以克服以上这些陷阱,那么在超低音音箱的配合下就可以获得一个完美的商业音乐系统。

超低音音箱地摆放位置

需要使用多少个超低音音箱,如何摆放它们,怎样去安排它们如何和主扬声器结合在一起?

对声压级的影响

当在房子的中间悬挂一个超低音音箱会导致超低音音箱可能达到最小的输出效果。而放置在天花板,墙面或地板上则会增加输出。如果摆放在离角落最大不超过91cm(3’)的范围内,则也可以适当地增加输出。在以上这些情况中,可以同时增加灵敏度(输出大小/每瓦特输入大小)以及总体最大的声压级能力。这可以使得在使用少量的超低音音箱却能获得足够大的声音。但是,一个隐藏的陷阱,当摆放一个超低音音箱在角落的时候,房间内不均匀的低音覆盖则会产生不好的影响。

实现均匀地覆盖

在很多的安装中,卫星扬声器的数量多于超低音音箱,因为超低音音箱通常是极少的(有时只有一个),所以在均匀覆盖空间上就会产生问题。坐着或者站在离超低音音箱非常近的人们可以感受到更多的低频相对于较远的人来说,那我们如何尽量让超低音音箱尽可能的均匀覆盖?

当你逐渐远离超低音音箱,音量会减弱,通常来说每一倍的距离就会减少6db声压级,当到达一定的距离时,超低音音箱的音量会在如此高的比例下逐渐停止减弱。这个特定的距离叫做临界距离,当房间内的混响声场和超低音音箱产生的直达声相等的时候。(如图2

临界距离与房间的混响分不开关系。当你离的足够远超过了临界距离时,尽管超低音音箱的声压级不再下降的很快,但是声音的质量却可能不再是那么好了,尽管这些可能会发生,但在商业音乐系统中还是在可接受的范围之内。

JBLPart4DistFigure2
图2

一个方法让超低音音箱可以覆盖尽可能均匀的空间就是使用不止一个超低音音箱。只使用一个超低音音箱的说法是一种传说,在很多场所,使用第二个超低音音箱或者多个不失为一个好的做法。即使不需要多余的超低音音箱仅仅作为提高音量的原因,但可能想使得产生均匀的分布。如果必须只能用一支超低音音箱,我个人的建议是牺牲增加灵敏度,并且在摆放超低音音箱时更多地考虑最大化地均匀覆盖,只要可以实现声压级该达到的目标即可。

摆放两个超低音音箱

当一个系统中有两个超低音音箱时,最好采用不对称的摆放方式。假如一个超低音音箱摆放在一个墙的中间,当摆放第二个超低音音箱时,避免将它摆放在对面墙的中间。小空间的声学环境可以导致在超低音音箱之间产生互相的影响,一些地方低音会叠加,而另一些地方低音互相抵消导致最终导致消失。关于房间的低频驻波,这也是很重要的一点,鉴于我们不能对其改变很多,但可以最小化超低音音箱的摆放所带来的显著的影响。

当对称的摆放超低音音箱时(在相反的墙面),它们会产生相同形式的相同驻波,这样会导致更严重的不一致感。如果摆放第二支超低音音箱在一个不同的地方,这样就会让低频驻波产生不同的形式,这样会比较好。当摆放超低音音箱在角落时,还是会产生低频驻波,但相对于中间墙面的摆放方式可以产生比较少的凸起。我的经验是摆放一支在角落里面,另外一支则接近对面的角落,但不摆放在角落里,一般沿着墙向外大致3m(10’)。

超低音音箱和主扬声器的比例

超低音音箱一般比主扬声器需要释放出更多的能量,所以你可能需要更多的数量。如果你最大功率的使用20个全频段的扬声器配合一个或者两个和主扬声器相同的功率的超低音音箱,这样子无法得到足够的低音。

假设一个三分频家用立体声扬声器有4英尺的中频驱动器和一个高音单元,试想什么尺寸的低音驱动器可以与中高频驱动器相符合?可能8英尺,又或者是10英尺,12英尺,这些尺寸大小就只能去平衡一个单独的4英尺的中频驱动器。

现在假设一个系统中有20个4英尺的中频驱动器,将要需要一些8英尺的超低音音箱或者一些12英尺的驱动器,并且加上很大的功率处理能力。记住全频段分频器模式需要更多的超低音音箱,因为超低音音箱需要携带自身低频所带来的负载,但整体上这还是可以得到最好声学质量的方法。

表1中的比例只是大致的指导准则作为起始点来说。系统设计师需要去估算声压级可达到的能力以及决定是否可以达到用户们对于系统的期望。

要注意这个表格所表示的这些扬声器都被建立在了天花板上,远离了墙面以及角落的边界区域(不会得到来自界面区域所导致的低音增强),并且如果他们是在70瓦特/100瓦特的模式,那么主扬声器以及超低音音箱都达到了最大程度的设置,以此为基础可以进行增大或者降低。

JBLPart4DistTable1
表1

假如,主扬声器降低了两个级别(降低了6db),这时就可以减少到所建议的超低音音箱的数量。当然如果放置超低音音箱在角落里或者接近角落里(大约在灵敏度增加6db的范围里),也可以同样减少超低音音箱的数量。另外,我们假定一定的灵敏度以及电功率可接受的能力也需要根据你的搭建而进行相应地改变。

JBL的DSD(Distributed System Design)软件可以根据一些输入的数据来计算出一个系统中合适的超低音音箱数量。

分散的超低音音箱

如果你正在使用吊装式超低音音箱,请记住超低音音箱的覆盖范围投射到听觉区域中,仅仅只能覆盖住120度。如果要使房间内可以达到均匀覆盖,就需要以每个超低音音箱大约可以覆盖120度的条件来进行规划。

正如上文所说,现在有一些电脑程序可以帮助进行系统地规划。JBL免费的DSD程序利用极性与听觉在空间内的变化为基础,可以计算多远的距离可以放置扬声器,计算系统中的音乐或者演讲所能达到的音量(考虑到叠加因素),并且可以告知由于布局的方式和密度所导致的声级的变化,计算系统所需要的功放的总功率,还可以估计所需要的超低音音箱的数量(如果使用了低音扬声器)。但这个主要是针对JBL的扬声器,当然还有一些其他的程序用于其他的样式。

但是即使使最高端的软件也只能在你决定了自己所要达到的目标候帮助你-当然还有客户的目标-对于系统来说,则可以帮助判断在力所能及范围内成功的可能性,

一个好的设计,合适的搭建,宽广的带宽,低失真的商业音响系统可以让 观众们享受其中并且提高商业用途以及最终他们的销售。

注:Rick KamletJBL公司一位资深的市场总监。

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