随着国内汽车音响的逐步普及,在汽车上加装超低音系统不再是个新鲜的事物,大家都知道超低音系统能改善汽车音响系统的低频延伸能力、使整体的平衡感更好、空间感更佳,但是由于汽车的特殊车厢环境往往使我们所期待的低音效果事与愿违,下面我们从几个方面来探讨低音在汽车上的一些还原问题。
车厢内能还原出超低频吗
按照通常的物理声学定律,低频的还原与听音空间的大小有很大的关系,就是在太小的听音空间里是无法再现出超低频的。而在一个听音空间内(比如听音房)可以还原出多低的频率呢?
听音房间的共振频率是由房间内的两面墙壁之间的距离决定的,间距越大共振频率就越低(这是有关“驻波”方面的原理,有兴趣的朋友可自行翻阅相关书籍,在此不作过深的讨论)。具体的说,最低共振频率(称为共振的基频)在房间的长度等于声波的半个波长时发生,换句话说,共振模式将在声波的波长等于室内长度的一倍时发生,其他的共振模式则将在此频率的二次倍频、三次倍频等倍频率上发生,只要房间长度等于半个波长的倍数,则会出现共振频率。
我们可以通过公式来计算:声波波长=声音速度/声波频率。在常温及常压下,空气中声速为340米/秒,例如100Hz的频率波长为340/100=3.4米,50Hz的波长为340/50=6.8米,而20Hz的波长则为340/20=17米。从以上的公式可以得知:声波的频率与波长成反比,就是当声波频率愈低,波长就愈长。
也就是说,如一间长为5米的房间,当声速为340米/秒时(室温20℃),房间内最低共振频率约为34Hz,这也是在该听音空间内能产生有效声响的最低频率。即便音响器材能发出低于此共振频率的信号,但由于在房间内不能形成半个波长,不能满足共振的条件,因此不能产生共振现象,也没有足够有效的声压,所以也得不到最佳还原效果。
如果按照这个定律在汽车车厢里我们能得到的最低频率是多少呢?大多数的轿车内部空间(包含尾箱)长度都在2米~3米间,因此大多数的汽车车厢共振频率在60Hz~80 Hz之间,按照物理声学的定律难道我们就听不到60Hz~80 Hz以下的频率了吗?
事实上在车里我们都能听到和感觉到更低的频率,这是因为汽车音响的低音系统都是采用主动有源方式的,独立驱动的低音扬声器能推动足够的空气,并在车厢的小空间内产生了强大的空气压力(人的耳膜在空气波动下就能感知到该频率),在车厢的还原空间内构成了“压力声场”。这是一种听音空间内各处瞬时声压均相等、无传播方向的声场,压力声场主要存在密闭的空间中,空间的最大尺寸小于声音波长的六分之一即为压力声场,这就是车厢空间与拥有较大空间听音房的不同之处。
因此在汽车的车厢小空间内不仅能够听到低频,而且有可能听到质量很好的低频——甚至是30Hz以下的极低频率,前提是必须要对低音频段进行有效的均衡。
车厢增益现象
大家有没有碰到过这个现象:同一个低音箱在同等输入功率的情况下,在汽车车厢里的低音表现会强劲过在房间里的表现,这个为什么呢。
在前面有提到每辆车的车厢都有着各自的共振频率,大多数的汽车车厢共振频率在60Hz~80 Hz(取决于车型)之间,而低于车厢共振频率的低音频段将会有约12dB/oct的增强,
这些低音信号比其它频段有着更大的信号振幅,这种现象即为“车厢增益”。
这是因为车厢的密闭小空间相当于一个“巨大的密闭箱”,乘客就坐在这个“密闭箱”里,而汽车音响的低音箱与车厢内的空气形成了一个以车厢fc为共振频率的系统,在这个“巨大的密闭箱”里的低频响应会得到进一步扩展,并且由于低音频率的波长与车厢长度的关系,“巨大密闭箱”的期望响应Qtc值(共振频率的Q值)呈现高Q值响应曲线,低频的振幅会得到很大提升并且瞬态响应很差、浑浊不清。
因为这些低频率的加强功能相当于“免费”得到,因此汽车音响的低音箱期望响应值不需要设计得“太平坦”或追求超低频的下潜能力,而且可以采用非平坦的期望响应值来设计倒相箱或使用高Q期望响应值的密闭箱,低音箱体只需要制作较小的尺寸就好了。
而每一辆车的车厢增益现象都不太一样,特别是小型车与大型车、两厢车与三厢车之间,比如我曾经调试过两台采用相同音响系统的车辆,一辆为别克英朗、一辆为本田CRV,英朗的低频表现不需要太大的音量就能得到不错的效果,而CRV的低频表现则要弱很多,CRV车主始终感到不解:为什么相同的器材而效果却大相径庭呢?
这是因为小型车里低音箱能产生足够的空气压力因而有着更大的车厢增益,这就是为什么具有相同功率和相同的低音系统,能够比大型车有着更强劲的低音效果。如果大型车辆能装配更多的低音扬声器和放大器,也可以达到和小型车同样的低音效果。
三厢车的问题则要复杂一些,特别是尾箱密封程度比较好的车型,低音扬声器振动产生的空气压力较难直接传入乘客厢,而低音箱与尾箱形成的共振频率要处理得好要下很多功夫。
两厢车的号角效应
如果音响改装车辆是掀背两厢车的话,会得到“号角效应”带来的额外好处。我们从车辆的侧面来看看两厢车的尾箱结构,后尾门与后挡风玻璃形成了一个类似于号角扬声器的三角形状,把低音箱放置在这样结构的尾箱里,低音扬声器的直接辐射声波可以保持较好的传播速度,提高了效率与声压。
如果后挡风玻璃的倾斜角度越大则号角效应的效果就越明显,如福特福克斯、别克英朗、大众高尔夫等。而三厢车要想利用这个效应,可以使用低音箱安装于后挡风玻璃下的方式,效果也可以达到同样的效果,只是安装流程比较复杂。
低音感觉在前面
汽车音响的低音系统由于体积很大基本放置于尾箱中,在调试上要求低音与前声场扬声器能很好的衔接,从而实现低音成像能在聆听者的前方重现,要做到这个要求就要涉及三个问题:分频点、分频斜率、音量。
前声场扬声器基本都是设置为80Hz的高通滤波状态,不要奢望安装于车门的扬声器能很好还原出60Hz的效果,另外还必须对扬声器系统使用“反相传输纠正法”(2010年CarCAV年刊我有文章介绍)的接线方式,这是保证还原效果的必要手段。
低通分频点频率的选择会影响整体音乐的听感,低音系统的低通分频点如果选择太高时,低频听起来容易有膨胀感;分频点选得太低中低音不够结实,低频会显得浑浊;一般以70Hz为中心,可以在60Hz和80Hz间选择合适的感觉,低于60Hz或高于80Hz的分频点通常都不会有太好的效果。
既然存在分频就会有斜率的问题,这是与前声场能不能很好衔接的关键所在,因为不同的斜率会带来不同的相位差问题,因此要求前声场的高通滤波斜率与低音系统的低通滤波斜率要基本保持一致,通常放大器大多都采用12dB/oct或24 dB/oct的滤波斜率,基本上可以通过正接或反接低音扬声器接线的方法来解决问题。
至于低音系统与前声场的配合音量,就要看调试者对声音的正确理解程度了,一般的基本要求为低频的量感够足而且没有明显的方向感为佳,过量的超低频对听感没有任何的好处。
当然如果音响系统采用的音源播放器拥有延时、EQ、分频点/斜率等强大调控功能,或者低音功放采用0°~180°相位连续可调的话,想得到理想的低音成像效果就简单得多。
使低音效果得到最大发挥
汽车音响的低音系统是要多花一些心机来调试的,最关键的就是要处理好频率响应与相位问题,这就需要低音放大器要拥有足够的调试功能,或者采用的音源播放器拥有强大的数字调控功能。
对于大多数的低音箱来说,20Hz~30Hz的极低频率是很难还原的,而这些频率的存在又会损耗掉低音放大器的很大一部分输出功率,因此放大器最好拥有次低频滤除功能(SUBSONIC),而这段频率的减少能令低音系统的表现更有效;同时配合频率可选的低音加强功能(BASS BOOST),能很好的根据车厢环境对低音系统进行频率补充,使低频能很容易的与前声场扬声器进行衔接。
另外一个必不可少的功能为0°~180°的相位连续可选功能,因为在汽车上的低音箱摆放位置和低频声波的传输路径问题,都会有一些想象不到的相位差问题出现,可能是90°、也可能是45°,通过调整相位旋钮能很好的解决这些问题。如果音源播放器拥有强大的数字调试功能,可以通过调整低通斜率、增加延时量来解决。
而低音系统与前声场扬声器要达到同相放音才能保证有上佳的低频效果,我们可以通过这样的一个技巧来判断两者间的调试是否达到了同相:把低音系统的信号设为反相状态下,前声场中的低频表现为最差(低音感觉最少)的时候,同相状态时两者间的配合即是最佳。
还有一个值得注意的问题就是:低音箱体不能大面积的与地面或车身底盘相接触,应设法让箱体小面积的与车身底盘牢固的固定住,比如采用两条木条放置在箱体下方,另外就是箱体的四周也尽量不与车身有接触。经过这样处理的低音系统会有很大的改变“没有了嗡嗡声、低频更结实、结像会更好、不会感觉低音在后方”。
低音扬声器多多益善
大多数的玩家都喜欢追求大尺寸的低音扬声器,认为尺寸越大低音效果就更厉害,其实在汽车上低频的还原效果并不能根据扬声器的直径大小来衡量,而是要看低音扬声器的数量,数量越多则效果越好。
在汽车有限的空间里一个十二寸低音扬声器最少要使用40L的容积,如果要达到所需要的声压势必要输入更多的功率,扬声器的振膜推动空气是靠音圈带动的,当音圈长时间经受大功率、大电流的工作状态下,温度就会上升并带来“热阻效应”——造成扬声器的阻抗因为音圈温度的升高而增加,使扬声器的效率降低。
如果40L的箱体容积使用两个十寸的低音扬声器,平均每一个扬声器所承受的输入功率就比独立的低音扬声器低了很多,相对的“热阻效应”的情况就更轻微了。再就是两个十寸扬声器的振膜面积相当于一个十五寸扬声器,这样能带动的空气也就越多,产生的空气压力也就越大,足够的空气压力能直接让身体感觉得到超低频的存在,这就是汽车音响的魅力。
而且小尺寸的低音箱配合“车厢增益”现象进行设计与调整,可以得到平坦的、清晰而结实的低频效果。
关于吸音棉
从理论来说,超低音箱里的吸音棉对于超低频率来说是没有任何作用的,但放与不放却和听感有着微妙的关系,因为低音扬声器在快速的振动下会产生空气划破声,因此还是要放少许吸音棉在低音扬声器背面和倒相管附近的。
而吸音棉的放置也要看车型是两厢车还是三厢车,一般三厢车可以不用放置,而两厢车由于乘客厢与尾箱是直接相通的,这些划破空气的声音很容易引起听感的不适,因此需要少许放置。
汽车音响的低音系统是最考验设计与调试的,某个环节或步骤没有处理好都能引起很多的问题,本文只是提供了我的一些见解与经验,更多的实际问题就要靠调试者多思考与积累经验了。
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