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樂聆副總經理鄧志強-汽車音響低音還原綜述

 

隨著國內汽車音響的逐步普及,在汽車上加裝超低音系統不再是個新鮮的事物,大家都知道超低音系統能改善汽車音響系統的低頻延伸能力、使整體的平衡感更好、空間感更佳,但是由于汽車的特殊車廂環境往往使我們所期待的低音效果事與愿違,下面我們從幾個方面來探討低音在汽車上的一些還原問題。

車廂內能還原出超低頻嗎

按照通常的物理聲學定律,低頻的還原與聽音空間的大小有很大的關系,就是在太小的聽音空間里是無法再現出超低頻的。而在一個聽音空間內(比如聽音房)可以還原出多低的頻率呢?

聽音房間的共振頻率是由房間內的兩面墻壁之間的距離決定的,間距越大共振頻率就越低(這是有關“駐波”方面的原理,有興趣的朋友可自行翻閱相關書籍,在此不作過深的討論)。具體的說,最低共振頻率(稱為共振的基頻)在房間的長度等于聲波的半個波長時發生,換句話說,共振模式將在聲波的波長等于室內長度的一倍時發生,其他的共振模式則將在此頻率的二次倍頻、三次倍頻等倍頻率上發生,只要房間長度等于半個波長的倍數,則會出現共振頻率。

我們可以通過公式來計算:聲波波長=聲音速度/聲波頻率。在常溫及常壓下,空氣中聲速為340米/秒,例如100Hz的頻率波長為340/100=3.4米,50Hz的波長為340/50=6.8米,而20Hz的波長則為340/20=17米。從以上的公式可以得知:聲波的頻率與波長成反比,就是當聲波頻率愈低,波長就愈長。
也就是說,如一間長為5米的房間,當聲速為340米/秒時(室溫20℃),房間內最低共振頻率約為34Hz,這也是在該聽音空間內能產生有效聲響的最低頻率。即便音響器材能發出低于此共振頻率的信號,但由于在房間內不能形成半個波長,不能滿足共振的條件,因此不能產生共振現象,也沒有足夠有效的聲壓,所以也得不到最佳還原效果。

如果按照這個定律在汽車車廂里我們能得到的最低頻率是多少呢?大多數的轎車內部空間(包含尾箱)長度都在2米~3米間,因此大多數的汽車車廂共振頻率在60Hz~80 Hz之間,按照物理聲學的定律難道我們就聽不到60Hz~80 Hz以下的頻率了嗎?

事實上在車里我們都能聽到和感覺到更低的頻率,這是因為汽車音響的低音系統都是采用主動有源方式的,獨立驅動的低音揚聲器能推動足夠的空氣,并在車廂的小空間內產生了強大的空氣壓力(人的耳膜在空氣波動下就能感知到該頻率),在車廂的還原空間內構成了“壓力聲場”。這是一種聽音空間內各處瞬時聲壓均相等、無傳播方向的聲場,壓力聲場主要存在密閉的空間中,空間的最大尺寸小于聲音波長的六分之一即為壓力聲場,這就是車廂空間與擁有較大空間聽音房的不同之處。

因此在汽車的車廂小空間內不僅能夠聽到低頻,而且有可能聽到質量很好的低頻——甚至是30Hz以下的極低頻率,前提是必須要對低音頻段進行有效的均衡。

車廂增益現象

大家有沒有碰到過這個現象:同一個低音箱在同等輸入功率的情況下,在汽車車廂里的低音表現會強勁過在房間里的表現,這個為什么呢。

在前面有提到每輛車的車廂都有著各自的共振頻率,大多數的汽車車廂共振頻率在60Hz~80 Hz(取決于車型)之間,而低于車廂共振頻率的低音頻段將會有約12dB/oct的增強,

這些低音信號比其它頻段有著更大的信號振幅,這種現象即為“車廂增益”。

這是因為車廂的密閉小空間相當于一個“巨大的密閉箱”,乘客就坐在這個“密閉箱”里,而汽車音響的低音箱與車廂內的空氣形成了一個以車廂fc為共振頻率的系統,在這個“巨大的密閉箱”里的低頻響應會得到進一步擴展,并且由于低音頻率的波長與車廂長度的關系,“巨大密閉箱”的期望響應Qtc值(共振頻率的Q值)呈現高Q值響應曲線,低頻的振幅會得到很大提升并且瞬態響應很差、渾濁不清。

因為這些低頻率的加強功能相當于“免費”得到,因此汽車音響的低音箱期望響應值不需要設計得“太平坦”或追求超低頻的下潛能力,而且可以采用非平坦的期望響應值來設計倒相箱或使用高Q期望響應值的密閉箱,低音箱體只需要制作較小的尺寸就好了。

而每一輛車的車廂增益現象都不太一樣,特別是小型車與大型車、兩廂車與三廂車之間,比如我曾經調試過兩臺采用相同音響系統的車輛,一輛為別克英朗、一輛為本田CRV,英朗的低頻表現不需要太大的音量就能得到不錯的效果,而CRV的低頻表現則要弱很多,CRV車主始終感到不解:為什么相同的器材而效果卻大相徑庭呢?

這是因為小型車里低音箱能產生足夠的空氣壓力因而有著更大的車廂增益,這就是為什么具有相同功率和相同的低音系統,能夠比大型車有著更強勁的低音效果。如果大型車輛能裝配更多的低音揚聲器和放大器,也可以達到和小型車同樣的低音效果。

三廂車的問題則要復雜一些,特別是尾箱密封程度比較好的車型,低音揚聲器振動產生的空氣壓力較難直接傳入乘客廂,而低音箱與尾箱形成的共振頻率要處理得好要下很多功夫。

兩廂車的號角效應

如果音響改裝車輛是掀背兩廂車的話,會得到“號角效應”帶來的額外好處。我們從車輛的側面來看看兩廂車的尾箱結構,后尾門與后擋風玻璃形成了一個類似于號角揚聲器的三角形狀,把低音箱放置在這樣結構的尾箱里,低音揚聲器的直接輻射聲波可以保持較好的傳播速度,提高了效率與聲壓。

如果后擋風玻璃的傾斜角度越大則號角效應的效果就越明顯,如福特福克斯、別克英朗、大眾高爾夫等。而三廂車要想利用這個效應,可以使用低音箱安裝于后擋風玻璃下的方式,效果也可以達到同樣的效果,只是安裝流程比較復雜。

低音感覺在前面

汽車音響的低音系統由于體積很大基本放置于尾箱中,在調試上要求低音與前聲場揚聲器能很好的銜接,從而實現低音成像能在聆聽者的前方重現,要做到這個要求就要涉及三個問題:分頻點、分頻斜率、音量。

前聲場揚聲器基本都是設置為80Hz的高通濾波狀態,不要奢望安裝于車門的揚聲器能很好還原出60Hz的效果,另外還必須對揚聲器系統使用“反相傳輸糾正法”(2010年CarCAV年刊我有文章介紹)的接線方式,這是保證還原效果的必要手段。

低通分頻點頻率的選擇會影響整體音樂的聽感,低音系統的低通分頻點如果選擇太高時,低頻聽起來容易有膨脹感;分頻點選得太低中低音不夠結實,低頻會顯得渾濁;一般以70Hz為中心,可以在60Hz和80Hz間選擇合適的感覺,低于60Hz或高于80Hz的分頻點通常都不會有太好的效果。

既然存在分頻就會有斜率的問題,這是與前聲場能不能很好銜接的關鍵所在,因為不同的斜率會帶來不同的相位差問題,因此要求前聲場的高通濾波斜率與低音系統的低通濾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的濾波斜率,基本上可以通過正接或反接低音揚聲器接線的方法來解決問題。

至于低音系統與前聲場的配合音量,就要看調試者對聲音的正確理解程度了,一般的基本要求為低頻的量感夠足而且沒有明顯的方向感為佳,過量的超低頻對聽感沒有任何的好處。

當然如果音響系統采用的音源播放器擁有延時、EQ、分頻點/斜率等強大調控功能,或者低音功放采用0°~180°相位連續可調的話,想得到理想的低音成像效果就簡單得多。

使低音效果得到最大發揮

汽車音響的低音系統是要多花一些心機來調試的,最關鍵的就是要處理好頻率響應與相位問題,這就需要低音放大器要擁有足夠的調試功能,或者采用的音源播放器擁有強大的數字調控功能。

對于大多數的低音箱來說,20Hz~30Hz的極低頻率是很難還原的,而這些頻率的存在又會損耗掉低音放大器的很大一部分輸出功率,因此放大器最好擁有次低頻濾除功能(SUBSONIC),而這段頻率的減少能令低音系統的表現更有效;同時配合頻率可選的低音加強功能(BASS BOOST),能很好的根據車廂環境對低音系統進行頻率補充,使低頻能很容易的與前聲場揚聲器進行銜接。

另外一個必不可少的功能為0°~180°的相位連續可選功能,因為在汽車上的低音箱擺放位置和低頻聲波的傳輸路徑問題,都會有一些想象不到的相位差問題出現,可能是90°、也可能是45°,通過調整相位旋鈕能很好的解決這些問題。如果音源播放器擁有強大的數字調試功能,可以通過調整低通斜率、增加延時量來解決。

而低音系統與前聲場揚聲器要達到同相放音才能保證有上佳的低頻效果,我們可以通過這樣的一個技巧來判斷兩者間的調試是否達到了同相:把低音系統的信號設為反相狀態下,前聲場中的低頻表現為最差(低音感覺最少)的時候,同相狀態時兩者間的配合即是最佳。

還有一個值得注意的問題就是:低音箱體不能大面積的與地面或車身底盤相接觸,應設法讓箱體小面積的與車身底盤牢固的固定住,比如采用兩條木條放置在箱體下方,另外就是箱體的四周也盡量不與車身有接觸。經過這樣處理的低音系統會有很大的改變“沒有了嗡嗡聲、低頻更結實、結像會更好、不會感覺低音在后方”。

低音揚聲器多多益善

大多數的玩家都喜歡追求大尺寸的低音揚聲器,認為尺寸越大低音效果就更厲害,其實在汽車上低頻的還原效果并不能根據揚聲器的直徑大小來衡量,而是要看低音揚聲器的數量,數量越多則效果越好。

在汽車有限的空間里一個十二寸低音揚聲器最少要使用40L的容積,如果要達到所需要的聲壓勢必要輸入更多的功率,揚聲器的振膜推動空氣是靠音圈帶動的,當音圈長時間經受大功率、大電流的工作狀態下,溫度就會上升并帶來“熱阻效應”——造成揚聲器的阻抗因為音圈溫度的升高而增加,使揚聲器的效率降低。

如果40L的箱體容積使用兩個十寸的低音揚聲器,平均每一個揚聲器所承受的輸入功率就比獨立的低音揚聲器低了很多,相對的“熱阻效應”的情況就更輕微了。再就是兩個十寸揚聲器的振膜面積相當于一個十五寸揚聲器,這樣能帶動的空氣也就越多,產生的空氣壓力也就越大,足夠的空氣壓力能直接讓身體感覺得到超低頻的存在,這就是汽車音響的魅力。

而且小尺寸的低音箱配合“車廂增益”現象進行設計與調整,可以得到平坦的、清晰而結實的低頻效果。

關于吸音棉

從理論來說,超低音箱里的吸音棉對于超低頻率來說是沒有任何作用的,但放與不放卻和聽感有著微妙的關系,因為低音揚聲器在快速的振動下會產生空氣劃破聲,因此還是要放少許吸音棉在低音揚聲器背面和倒相管附近的。

而吸音棉的放置也要看車型是兩廂車還是三廂車,一般三廂車可以不用放置,而兩廂車由于乘客廂與尾箱是直接相通的,這些劃破空氣的聲音很容易引起聽感的不適,因此需要少許放置。

汽車音響的低音系統是最考驗設計與調試的,某個環節或步驟沒有處理好都能引起很多的問題,本文只是提供了我的一些見解與經驗,更多的實際問題就要靠調試者多思考與積累經驗了。

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