无源辐射器振动原理探究

无源辐射器(英文名:Passive Radiators - PRs)通常被不明真相的用户当成音响生产商偷工减料的产品。从外观上看它和普通低音单元相同;但是内部看，它的结构却有很大不同。没有任何引线连在上面，背面也没有常见的驱动磁铁。某些制造商和销售人员甚至将其描绘成"音箱上的大型低音单元"(外观上无源辐射器通常要比低音单元外观上更大)或"双低音单元"(和音箱上的真正低音单元并称)。但实际上，它并不能产生更强劲的低音。

那么，为什么我们要用无源辐射器?它是什么?在音箱上装备它有什么优点和缺点?

1.  我们可以把无源辐射器比作加在"弹簧"上的"重量"。"弹簧" 由纸盆边缘的振膜折环和封闭在箱体内的空气构成。"重量" 则是由纸盆和配重共同组成。配重是无源辐射器设计环节中的重要环节，直接关系到最终的发声效果。(配备了低频无源辐射器的音箱实际上也是倒相管音箱的一种。从声学公式上来看它们完全相同，但是典型的倒相管音箱在箱体上开有孔，连着一个向内的管子，由此营造出"下潜很深而且富有弹性的声音" - 在这里配重变成了管子内的气体)。

2. 无源辐射器通过配重的变化能够产生谐振，原理类似于音叉。但与音叉不同的是，无源辐射器的振动在偏离谐振频率一定范围内不会迅速衰减。无源辐射器的衰减频率通常是每八度音阶减少18db。尽管曲线看来非常陡峭，但仍然能为音箱提供实用的半个八分音。这样就能将其设计成在扬声器低音单元达不到的下潜深度处进行谐振发声，同时从低音单元的发声频率到无源辐射器的发声频率之间不会出现明显"断档"，从而从高到低产生一条平滑的音频曲线。

所有的低音单元，随着低音的不断下潜，最终会力不从心。在音频输出上低音扬声器开始衰减的点被称为"-3db"点。在该点上低音单元产生的声压会比它在正常频率范围内产生的声压低3个分贝。通过调教无源辐射器使其能够在该点附近共振，为扬声器整体声音输出贡献出半个八分音。当然，在无源辐射器谐振频率以下，音频响应会衰减得很严重;但是在PR的谐振频率和低音单元的低频下限之间，会产生一小段低频的延伸。

3. 通常想来，无源辐射器的振动和杠杆类似:当低音单元的纸盆向外运动时，它的纸盆会向里运动;或者低音单元的纸盆向里运动时，它的纸盆会向外运动。但是实际情况却并非如此。低音单元的纸盆和无源辐射器的纸盆可以同时向内或向外运动(这被称为"同相位")，或是反向运动的结合("异相位" - 最极端的例子是"异相180度"，如同前面说的杠杆)。理论上，要让两者的声音叠加增强，应该进行严格的同相位运动。但是由于物理上的限制，大多数情况下这类共振系统都有少许异相运动存在。

另外有趣的一点是，在无源辐射器的频率共振点上，其振幅达到最大;而此时低音单元的振幅为最小.

4. 配备无源辐射器的音响系统一大优点是，能将小尺寸低音单元产生低音的负担转嫁到更大尺寸的无源辐射器上(低音单元在"-3db"点上要想产生和其在频率范围内同样响度的声音需要最大的气流推动量)，此时无源辐射器能进行更大的线性振动(纸盆的内外往复运动)。另一个明显的优点是低频响应点延伸得更低。另外设计时可以采用更小尺寸的低音单元，使得低音和中频响应得以更准确，分离度更好。

5. 当然，无源辐射器的音响系统也有缺点。其中之一，就像上面提到的一样，出现在低音单元和无源辐射器之间的相位差异。理论上，音响系统产生的声音在各频率上都具有相同相位。这意味着在所有频率上，录音阶段声波处于压缩状态的话，在听音环境下也应处于压缩状态。研究发现，只要总的相位反应不发生突然改变或是断续，人的听力/大脑系统就不会察觉到声音的变化。如果在很小一段周期内相位反应急剧变化，就能被人耳所感知。

密封音箱在响应频率范围外仅以每八分音符6db的速度衰减;而倒相管音箱 / 无源辐射器在频率范围外却以每八分音符18db的速度衰减，在它的共振频率外能提供较少可用的低音。

因此，无源辐射器不适合装备在衰减频率在40HZ以上的小型音箱上 - 在40Hz以上有很多有用的信号需要表达，而无源辐射器在这种情况下表现并不好。在这种情况下，可能更大尺寸的低音单元是一个更好的选择。

使用"无源辐射器"的音响通常包含一个主动扬声器单元和一个被动单元(无源辐射器)。被动单元通常和主动扬声器单元外形类似，但是没有音圈和驱动磁铁。它只有一个纸盆，不和任何音圈或电路相连。无源辐射器通常被用来调整低音，使得设计者能够调节音箱整体的音色。无源辐射器在音箱内主动单元对箱体内空气的带动下进行被动发声。

通常使用无源辐射器来代替倒相管都是用以调节较小箱体的音质和使其具有更好的低音表现。尤其是在一些情况下，由于箱体太小而不适合安装倒相管，无源辐射器就是一个较好的替代方案。它通常也用来消除箱体气流的扰动并减轻由倒相管中气流的高速运动所引起的对扬声器单元冲程的压缩。

从右图可以看出，无源辐射器和低音单元的区别就是没有驱动磁铁和音圈。振膜的运动靠箱体内气流的推动而进行。通过不同配重的调节，无源辐射器可以在不同频率上进行共振。(点击右图查看详细大图)。