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弱电广播系统中超低音喇叭问答篇

2016-05-21 15:52:02来源:中国弱电门户网评论: 阅读:

弱电广播系统中超低音喇叭问答篇

Q : 什么是超低音喇叭?

A:超低音喇叭的英文是Subwoofer,按照字面解释,具有「副」低音或「在低音之下」的意思,也可说成是「辅助低音」或「更低」的低音喇叭。

Q : 超低音喇叭的用途为何?

A:作为家庭电影院的环绕喇叭系统一份子,超低音喇叭负责再生电影音效中的低频音效(Low FreQ : uency Effect)。作为二声道使用(又称3D式卫星喇叭系统),超低音喇叭用来补足二声道喇叭不足的低频量感,或无法达到的低频、极低频领域。

Q : 超低音喇叭可以分为哪几种?

A:如果以是否内建扩大机来区分,超低音喇叭可以分为内建扩大机的主动式超低音与没有内建扩大机的被动式超低音喇叭二种。若是以箱体设计来区分,超低音喇叭与一般喇叭相同,大概可分为密闭式设计(Sealed System)、 低音反射式设计(Ported System)、带通式设计(Bandpass System)、 传输线式设计(Transmission Line System)等。若是以发声方向来区分,又有朝正面发声、朝后面发声、朝地板发声、朝上面发声以及朝左右二面发声等数种。若以单体动作方式来区分,有二个单体组成的推挽式、二个或三个单体组成的同相发声式、一个单体一个被动辐射器组成的同相发声式等。

最先进的超低音喇叭则是在内建扩大机之外,还内建一套低音等化线路,可以适度将室内中低频驻波做某种程度的衰减,让100Hz或80Hz以下的低频段达到比较平直的频率响应曲线。这种超低音喇叭最理想,售价也最昂贵。

Q : 何谓密闭式超低音喇叭?

A:箱体本身密闭,没有与外面接触的孔道或缝隙,低音单体可以安置在面向前方、后方、侧面或上方下方。这种箱体在制造上最简单,也容易达到质量要求,它的好处是瞬时反应快速、可以承受较大的功率,箱体体积也可以做得比较小。密闭式超低音是市面上普遍可见的超低音喇叭之一。

Q : 何谓低音反射式超低音喇叭?

A:箱体本身有一个或一个以上低音反射孔,让箱体内的低音单体背波可以经由低音反射孔传出箱体外,与低音单体的正波相混合,藉此增加低频的量感。它的好处是失真比较低,承受功率比较大。与密闭式箱体比较,低音反射式的最低截止频率可以更低(假若使用相同的低音单体)。不过其瞬时反应就没有密闭式箱体那么好。低音反射式超低音也是市面上普遍可见的超低音喇叭之一。

Q : 何谓带通式超低音喇叭?

A:带通式箱体设计通常包括二个独立箱室,一个隐藏在内,一个以低音反射孔与外面相通。隐藏在里面的那个箱室是密闭的,低音单体就安装在这个箱体上,单体振膜面向外面这个箱室,从箱体外观上是看不到低音单体的。当低音单体运动时,驱动外面箱体的空气通过低音反射孔,形成声波滤波器(Acoustic Filter),对某个频带产生四阶(每八度衰减24dB,也有设计成六阶者)滤波作用。它的好处在于承受功率可能是所有不同箱体种类中最佳者,而瞬时反应大概只逊于密闭式箱体。带通式超低音由于箱体制作成本高,市面上比较少见。

Q : 何谓传输线式超低音喇叭?

A:与传输线式喇叭一样,它的内部要有一个由大渐小的密闭管道,大的这头连接低音单体的背面,承接单体背波,小的那头就是出口。管道的长度至少要有最低截止频率波长的四分之一,管道内壁需要安置适当吸音材料。管道的功能是利用低音单体的背波来让低频截止频率往下延伸,达到更低的频率响应。它的好处是低频可以向下延伸得更低。传输式超低音的箱体制造成本是所有超低音之冠,因此在市面上更加罕见。

Q : 何谓被动式超低音喇叭?

A:在早期,超低音喇叭内并未内建专门驱动喇叭单体的扩大机,箱体内只有负责分频的被动式分音网络,这种超低音称为被动式超低音。所谓「被动式」的名词由来就是超低音喇叭本身没有动能,必须由外接的扩大机来驱动。被动式超低音的音乐讯号从后级的喇叭输出端取得,而它本身还备有一组讯号输出端子,将经过分音的音乐讯号传递给二声道喇叭。由于二声道喇叭与超低音喇叭都由同一部后级来驱动,因此后级的变量增加,驱动力也会被分散。目前,这种超低音喇叭已经相当罕见。

Q : 何谓主动式超低音喇叭?

A:进入家庭电影院时代之后,由于环绕多声道喇叭系统的制定,超低音喇叭必须内建驱动单体的扩大机,所以主动式超低音喇叭马上充斥市面。由于内建扩大机,因此可以从AV环绕扩大机的超低音输出端获得低电平音乐讯号(以RCA端子或XLR端子接驳)。此外,一般主动式超低音喇叭也会另设高电平输入输出端子,也就是利用喇叭线来接驳。

在家庭电影院的使用场合内,超低音喇叭不可能以喇叭线来接驳,因为无论是AV环绕扩大机或AV处理前级,超低音讯号输出都是经由低电平RCA端子或XLR端子输出,并未从喇叭线端子输出。而在二声道喇叭加超低音喇叭的使用场合中,使用者可以透过前级的第二组输出端将音乐讯号传入超低音,或是以后级的喇叭线输出端来连接超低音喇叭。

Q : 超低音喇叭内建的扩大机采用什么放大线路?

A:绝大多数的主动式超低音,其内建的扩大机都采用D类放大线路,现在比较时髦的称呼也有称其为数字扩大机者。为何使用D类放大线路呢?因为这种放大线路效率非常高,不发热,输出功率轻易可达数百瓦甚至上千瓦,而且成本低廉。再者,超低音喇叭的带宽大约为20Hz-150Hz之间,D类扩大机失真较高,不利于中频段与高频段的缺点在此并无大碍。当然,也有少数较高级超低音喇叭坚持使用AB类扩大机。假若真的以AB类放大工作,超低音喇叭背面的散热片面积势必会相当大,因为数百瓦的输出功率所需散热片面积就跟一部数百瓦扩大机一样大。

Q : 超低音喇叭必备哪些输出入端子?

A:以主动式超低音喇叭来说,必备的输出入端子包括低电平输出端、输入端(有的还备有Link Out,用以连接第二个超低音喇叭)、高电平喇叭线输入端与输出端。再来必须有分频点调整、音量调整、相位调整或相位切换等。少数超低音喇叭还设有高通输出端与低通输出端。所谓高通就是滤除分频点以下频段,让分频点以上频段通过。而所谓低通就是滤除分频点以上频段,让分频点以下频段通过。

Q : 音量调整或分频点调整容易理解,什么是相位调整或相位切换呢?

A:所谓相位调整就是从0-270度的连续或分段调整,而相位切换就仅是0度或180度二种相位切换而已。为什么需要相位调整呢?简单的说,当超低音喇叭所发出的低频与其他喇叭所发出的低频相混合时,如果二者的相位一致或接近,则总低频量感是二者相加总和。反之,如果二者的相位相反或接近相反时,总低频量感就会是相减的。理论上当超低音喇叭与前声道、中声道或二声道左右喇叭放在同一条横在线时,其低频相位应该跟前声道中声道或左右声道相同或接近。问题是,许多人碍于各种原因,无法将超低音喇叭放置在左右喇叭之间的同一横在线,而是放在某个角落或侧面,此时超低音喇叭所发出的声音相位与其他喇叭就会不同,因此最好备有相位调整装置。

一般超低音喇叭上的相位调整分二种,比较简单的就是0度与180度二档切换,这种超低音喇叭最好摆放在墙角或前声道或左右喇叭之间,即使无法这么摆,也要尽量靠近前声道或左右喇叭。另一种比较精确的调整就是0-270度无段式或分段式调整,这种相位调整的选择性较高,超低音喇叭所能摆放的位置也比较灵活。

到底要如何确定所调整的相位是正确的呢?很简单,您只要用耳朵听,选择低频量感最丰富那档就对了。当然,您最好备有粉红色噪音或多种频率测试片,播出测试片上的20Hz-150Hz各段频率,或者选择单一频率(例如60Hz)聆听,这样一定可以听出低频量感最丰富那档。

Q : 当我们选择超低音喇叭的摆放位置时,要注意哪些事项?

A:摆放超低音喇叭与摆放左右声道喇叭一样,都要注意摆放位置,因为超低音喇叭也会受到邻近墙面或地板的反射影响,而在某些频率产生增强(正相)作用,也会在某些频率产生抵销(反相)作用。此外,聆听空间中本来就不可避免的中低频或低频驻波也会影响超低音喇叭的表现。所以,当您在选择超低音喇叭的摆放位置时,第一个要考虑的是:我是否需要借着墙角的低频增强作用来增加超低音喇叭的量感。第二个要考虑的是:聆听空间原本存在的驻波(左右声道喇叭所引起的)是否会跟超低音喇叭的声波形成增强(正相)或抵销(反相)作用。说得更清楚些,那就是当我们在摆放超低音喇叭时,不仅要考虑到超低音喇叭与左右声道喇叭相互之间声波的正相反相问题,还要考虑到超低音喇叭本身与相邻地板、墙面相互之间所引起的正相反相问题。

有关超低音喇叭与左右声道喇叭之间所引起的正相、反相问题如前所述,可以藉由超低音喇叭附设的相位调整装置来解决。至于超低音喇叭本身与墙面所引起的正相、反相问题要怎么处理呢?当然也仅能藉由超低音喇叭的摆位来处理。看到这里,我想读者们已经开始意识到,原来看似简单的超低音喇叭摆放位置还牵涉到这么复杂的考虑。

Q : 到底超低音喇叭要怎么摆放,才能解决它与邻近墙面之间所形成的声波正相、反相问题呢?

A:要解决声波正相、反相问题,最好的方法就是,让邻近墙面所反射的声波与低音单体所再生的声波都保持相同的相位,也就是互为正相。说得更精确些,如果要让低音单体、地板、侧墙、后墙这四股声波都维持正相,最保险的方式就是让反射声波与低音单体声波维持在90度相位以内。如果把90度相位换算成波长,那就是四分之一波长以内。不过,由于声波从单体发出之后会先达到墙面再反射回来,其行进路线已经是二倍,所以我们再把四分之一波长除以二,也就是实际计算时,取八分之一波长就可以了。

或许这样说很多人不了解,让我举实例说明:假若超低音喇叭所选择的分频点是100Hz,那么我们就取最高的100Hz波长来计算(其他更低频率都已涵盖在中)。100Hz的波长是340公尺(声波每秒速度大约值)除以100Hz,等于.3.4公尺,3.4公尺的八分之一波长就是42.5公分。所以我们就应该要把超低音喇叭放置在距离侧墙、后墙、地板都不超过42.5公分距离以内,这样一来,从超低音喇叭后墙、侧墙与地板上所反射回来的声波都能够与低音单体所发出的主声波维持正相关系。当所有的反射波与主波都成正相关系时,就是低频量感最丰富的时候。这也是为什么把超低音喇叭摆在墙角里可以获得最丰富低频量感的原因。

看到这里,或许您会联想到一个问题:既然超低音喇叭放在墙角可以获得最丰富的低频量感,那么把左右声道喇叭放在墙角里不是一样可以得到最丰富的低频量感吗?没错!一样可以获得最丰富的低频量感,不过不要忘了,左右声道喇叭不仅只有低音单体而已,它还有中音单体与高音单体,这些单体的频率范围比低音单体高得多,如果您按照上述公式计算,就会发现每个单体所需要的距离都不同,如此以来很容易产生复杂的声波相互增强或相互抵销现象,这样反而有害。所以,除了超低音喇叭之外,一般喇叭并不适合摆在墙角里。

将超低音喇叭摆放在墙角里还有一个好处,那就是由于低频量感非常充足,因此您可以将音量旋钮旋低。当音量旋钮旋低时,意谓着扩大机不必输出那么大的功率,低音单体也不必运动得那么猛烈,这二者都有助于失真的降低。

Q : 除了以上所言选择超低音喇叭摆放位置的方式之外,还有什么方法可以帮助用家找到最适当的摆放位置?

A:还有一个方法是一般人常用的,那就是一边播放自己熟悉的音乐软件,一边尝试着更换超低音喇叭的位置。这种方法也是有效的方法,不过,您必须对播放的音乐软件有把握,确定低频效果应该如何表现才正确。此外,您也必须对乐器的低频表现有正确认知,知道多少低频量感、什么样的低频质感才是正确的。假若您具有以上能力,利用聆听方式,反复尝试超低音喇叭的位置,这不失为有效的方法。

Q : 超低音喇叭可以摆放在聆听位置前面,当作茶几使用吗?

A:一般情况并不适合摆在聆听位置前面,因为这个位置不容易与左右声道喇叭取得一致的相位。此外,由于太靠近聆听者,超低音喇叭所发出的低频不容易与左右声道喇叭完全混合。假若超低音喇叭的分频点调得很低(60Hz)以下,在聆听某些音乐时,可能会感受不到低频来自超低音喇叭。总之,这不是良好的超低音喇叭摆位。

Q : 超低音喇叭可以摆在聆听位置后面吗?

A:如果是紧贴着聆听位置后面,同样的也会产生相位与低频无法混合的问题,容易让人听出低频段是从后面的超低音喇叭所发出。假若距离聆听位置有一段距离,那么还是要考虑到相位问题。

Q : 超低音喇叭可以摆在聆听位置侧面吗?

A:如果尽量靠近左右声道喇叭的侧面,问题不是很大,经过相位调整,依然可以取得完美的低频混合感觉,听不出低频是单独从超低音喇叭发出。假若超低音喇叭摆放在紧邻聆听位置的侧面,那就不是理想的位置。除非是二个超低音喇叭,而且分频点够低,加上妥善的相位调整。

Q : 有人说因为低频没有方向性,所以超低音喇叭可以随意摆位?

A:要讨论低频没有方向性这个问题,首先必须确定到底在什么频率以下的低频没有方向性。确定特定频率之后,还要在户外或无响室中实验到底有没有方向性。

不过,可以肯定的是,在电影院中,10Hz的极低频是没有方向性的,因为电影院中就是以这么低的频率加上超大功率,来制造地震的逼真效果。

回到一般聆听空间中,假设40Hz以下的低频没有方向性,但是因为一般空间不够大,难免都会产生40Hz的二次谐波三次谐波等,所以我们所听到的声波并不是单一的40Hz而已,而是混合着80Hz、120H甚至160Hz的频率,此时我们就听得出低频的方向性了。

可以这么说,因为一般人的聆听空间都不够大,低频一定会受墙面反射影响,真正够低的低频很难再生,因此很容易听出低频的方向性。所以,超低音喇叭的位置必须反复尝试,找出最佳摆放位置。

Q : 小空间能够听到很低的频率吗?

A:许多人信誓旦旦的说,他们能够在四坪大、五坪大的空间中听到20Hz的管风琴声音。其实这是「美丽的错误」。依照声学定律,在一个密闭空间中,频率的再生与空间中最长边的距离有绝对的关系,若是距离不够长,能够再生的低频就会受限。其定义是:想要再生某个频率,室内长度最少要等于或大于该频率的二分之一波长。例如,想要再生20Hz频率,室内最长的距离至少也要有20Hz波长(约17公尺)的一半,也就是8.5公尺长。

既然如此,为了那么多人认为自己的小空间中可以听到那么低的频率呢?因为他们听到的并不是真正的20Hz,而是20Hz的二倍、三倍、四倍、五倍等谐波,而这些谐波被误解是20Hz。

Q : 超低音喇叭可以使用二个吗?

A:可以!当您使用二个超低音喇叭时,一定要做对称摆放,不可做不对称摆放。也就是说,您可以左右对称或前后对称的位置各摆一个,不能一个摆在右墙角,另一个却摆在聆听位置后方中央位置。

Q : 使用一个超低音喇叭与二个超低音喇叭有什么不同?

A:除了低音能量增加之外,还要考虑一个问题,就是相互之间的声波相位问题。如果二个超低音喇叭摆放的位置在同一个墙面的二个墙角,有可能会因为声波相互抵销(此时互为反相)作用而消除或降低左右墙面声波来回累积所形成的驻波,这对低频率的频率响应曲线平直有正面帮助。所以,当您想要使用二个超低音喇叭时,最好将它们摆在左右声道喇叭后面的二个墙角。

Q : 小空间加超低音喇叭的效果如何?

A:在小空间中,如果低频量感不足,加一个超低音仍然是有效解决问题的方法。不过,小空间中容易产生严重的中低频驻波,因此在选择分频点以及调整音量时,必须反复尝试。此外,超低音喇叭的摆放位置也要多方尝试,以其能够将中低频驻波的负面影响降到最低。

Q : 在二声道喇叭加超低音喇叭的使用状态下,我们要怎么判别超低音喇叭的分频点选择与音量大小是正确的?

A:大哉问!这个问题是找到适当的摆位之后最关键的二个问题。以我的经验而言,分频点选择太高时,中低频听起来容易有膨胀现象,真正的低频与极低频听起来好像沉不下去。反之,分频点如果选得太低,中低频的饱满坚持感就会不够,低频会显得过于虚软。所以,分频点的正确与否会影响整体音乐厅感。我的建议是:以70Hz为中点,您可以把分频点设定在80Hz,也可以把分频点设定在60Hz,先集中火力反复尝试这三个频率,找到最适合您的二声道喇叭以及聆听空间条件者。低于60Hz或高于80Hz的分频点通常不会有太好的效果。

至于音量大小,那就必须仰赖您对于乐器演奏的正确认识了。例如,爵士Bass演奏时音量如何,乐器质感如何?电Bass演奏时音量如何?乐器质感如何?脚踩大鼓的噗噗声该有多结实?多软?多Q : ?多沉重?这些都必须靠您自己去现场体会,这样才能调整出最佳音量。可以这么说,假若脚踩大鼓的噗噗声太过于软,那就有可能低频过量了。如果爵士Bass声音太软,那也表示低频过量。因为这二种乐器在现场聆听时都不会太软。

除了以上乐器之外,钢琴也可以用来检测低频量感是否适度。观察的重点在低音键的表现,假若低音键听起来沉重但浑浊,弦振感不够清楚,整体声音也不够活生,那就代表低频过量。反之,如果低音键重量感不够,整体钢琴听起来单薄没有权威感,那就代表低频量感不够。唯有低音键鸣起来弦振感丰富、规模感庞大而清晰,整体钢琴声音有弹性有重量感,那才是正确的低频音量。

或许您要问:管风琴适不适合拿来当作测试分频点与量感的素材呢?我的回答是:若只想测试低频沉潜的能力,管风琴的低音阶演奏可以当作测试素材。不过,由于管风琴的低音阶演奏很少牵涉到瞬时反应与复杂的音阶变化,它多数是长线条的缓慢节奏,所以无法测试超低音喇叭在「动态」方面的诸多表现。结论是:作为测试超低音喇叭的分频点与音量调整,管风琴音乐的实用性并不如Bass、脚踩大鼓与钢琴。至于西方大鼓或日本大鼓、中国大鼓,由于我们并不知道录音时所使用的大鼓尺寸,也不熟悉演奏时大鼓所发出来的能量,所以我认为并不适合作为测试软件。一般而言中国大鼓或日本大鼓的频率不算太低,但能量非常惊人。您知道中国大鼓或日本大鼓在室内打起来的能量有多惊人吗?我曾经亲身体验过,那会让您耳膜感受到很大的压力,身体开始产生不舒服的感觉,这么庞大的能量我还没有在音响系统上听过。

Q : 所谓超低音喇叭与左右声道喇叭的低频无法衔接是什么意思?

A:低频无法衔接有二个意思,第一个意思是清楚的听到二种无法混合的低频,一种来自左右声道喇叭,另一种来自超低音喇叭。第二个意思室虽然听到的只有一种低频,但是这种低频并没有让整体的声音得到最佳的平衡感。

前者问题大多出在超低音喇叭的摆放位置不良,想要改善,必须重新找寻最适当的摆放位置。而后者的问题大多出在没有选对超低音喇叭,尽管怎么调整分频点与音量,听起来不是低频量感不够,声音生硬没有弹性﹔就是低频量感太多,听起来上瘦下胖。更有甚者还会觉得瞬时反应与速度感不对。在这种情况下,如果更动超低音喇叭摆位仍然无效,那就只好更换超低音喇叭了。

Q : 一般人在使用小喇叭时会考虑加超低音喇叭,我使用的是落地式喇叭,也适合加装超低音喇叭吗?

A:无论是书架型小喇叭或落地式喇叭,只要您觉得低频量感不足,尝试过别的方法也无法解决之后,都可以加装一个超低音喇叭,藉此来达到高、中、低频的平衡性。在此我要强调,在聆听音乐时,我们并不需要过量的低频量感,而是需要能够与高频段、中频段取得平衡的低频量感。所以,当您加装一个超低音喇叭时,往往音量并不需要增加太多,就能够达到高、中、低频段量感平衡的要求。也因为如此,当我们在选择聆听音乐用的超低音喇叭时,首要考虑的并不是它能够发出多大的音压,而是它的反应够不够灵活,控制力够不够好,音质够不够优等要求。

Q : 时下市面上有一些超低音喇叭体积很小,它的效果比得上大体积超低音喇叭吗?

A:超低音喇叭在设计时,必须考虑到箱体结构、单体选择、分音器设计以及扩大机推力等等,必须在这些参数都达到一个合理的平衡状态,才成产生优质超低音喇叭。某些超低音喇叭的箱体特别小,这并不是设计错误,而是箱体小可以利用别的方法来弥补其缺点。例如在箱体内布置大量吸音物质,其作用等于是增大了箱体内的空气容积,一般而言最多可以等同增加百分之四十的箱体容积。

此外,增加扩大机的功率也是补偿箱体小的方式,这也是为何小箱体超低音喇叭往往内建数百瓦功率扩大机的原因。最后,有些小体积超低音喇叭采用二个低音单体做推挽式动作,这种动作方式可以有效降低单体奇次谐波失真,并且增加音压,这也是补偿小箱体的有效方式。

假若超低音喇叭因为设计错误导致箱体过小,那么这个超低音喇叭的向下沉潜能力必然受限,而且较高频段会有膨胀现象。这样一来,它就不是一个优质超低音。

小体积超低音喇叭的效果能否比大体积超低音喇叭还差?这个问题的答案是「不一定」。如前所述,小体积设计与大体积设计各有其着眼点,不能单就体积大小来决定高低优劣。不过可以肯定的式,大体积超低音喇叭通常可以得到比较宽松的低频,而小体积超低音喇叭则会倾向比较凝聚的低频。

Q : 聆听音乐所需的超低音喇叭与看电影音效所需的超低音喇叭有所不同吗?

A:聆听音乐时,对于低音域乐器的演奏质感要求较高,对细微的音量变化也同样有着高度要求。因此,针对聆听音乐所需的超低音喇叭在单体的瞬时反应以及失真上有比较高的要求。反之,看电影音效所需的超低音喇叭比较着重在强烈的冲击性以及量感的要求上,因此对内建扩大机的功率要求更大,喇叭单体的坚固性要求也更高。

通常,针对电影音效所设计的超低音喇叭,其单体振膜会比较厚重,单体悬边也是厚而坚固。反之,针对聆听音乐所设计的超低音喇叭,其单体振膜倾向硬而轻,单体悬边也比较柔软富弹性。以我的经验而言,针对电影音效的超低音喇叭体积可以小些无妨,不过针对聆听音乐所需的超低音喇叭,其体积不妨选择大者。


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