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1介绍
2哲学
3紧凑型低音炮
4霍夫曼铁律
5技术5.1强制消除/双音圈
6匹配驾驶员行为
7电感
8P-Flex 环绕声
9智能失真控制技术
10混合控制系统
11铝柜11.1振动控制
12热管理
13频率响应
14总结
15规格
16文件/资源
17相关文章
介绍
设计一个小型、高性能的低音炮很困难。 在输出和扩展方面需要做出妥协。
借助 KC62 Uni-Core 低音炮，KEF 工程师开发了三项正在申请专利的新技术，这些技术协同工作，在外形尺寸的各个方面提供更高水平的性能。
本文讨论了这些新技术和其他功能，并深入介绍了 KEF 在低音炮和扬声器设计方面的理念。
哲学
“在所有艺术中，音乐是最难以定义、最具表现力、最无形、最直接、最短暂、最不朽的。 转变为沿着电线的电子舞蹈，它的幽灵继续存在。 当 KEF 让音乐回归其应有的习惯时，您的耳朵和心灵，他们的目标是以最自然的方式做到这一点……没有戏剧性，没有夸张，没有技巧”
Raymond Cooke OBE，KEF 创始人
这些话是在 KEF 于 1961 年成立后不久写下的。库克是一个狂热的音乐爱好者，他从一开始的使命就是让广大观众从音乐中获得和他一样的乐趣。 他试图通过录音为客户提供身临其境的现场表演体验。
库克意识到这只能通过对声音及其再现的科学理解来实现，他将精力集中在扬声器上——这是链条中的最后一个环节，也可能是最困难的环节，因为它们必须在未知的三维环境中工作。 从不害怕聘请最有能力的工程师并为他们提供最新、最有效的工具，库克建立了一种至今仍然存在的工程哲学。
KEF 工程师继续追求这一科学努力，使用库克早期无法获得的工具和技术。 聆听
经验仍然是决定科学是否有效的最终仲裁者，但没有它，就无法衡量进展，也无法理解前进的道路。
KC62
KC62 是 KEF 有史以来开发的最小的力抵消低音炮。 它旨在将霍夫曼铁律的想法推向极限。 全新的技术和功能共同产生了一个新颖的系统，可在所有三个方面提供支持——高输出、低延伸和小机柜尺寸。 结合 KEF 对驱动器设计的透彻理解，KC62 可以提供所有这些细节，并在需要时精确地提供细节和影响。
紧凑型低音炮
有人可能更喜欢选择紧凑型低音炮的主要原因有四个：
较小的聆听区域
安置在双用途房间，例如amp客厅
审美考虑
更容易容纳多个低音炮
然而，紧凑型低音炮的尺寸带来了某些妥协。
霍夫曼铁律
Josef Anton Hofmann 描述了扬声器设计中三个参数之间的关系——箱体体积、低频延伸和效率。 他的铁律规定，在这三个中，必须妥协一个才能在其他两个中取得有利的结果。 各种论文进一步讨论了相关的扬声器参数 [1][2][3]。
想想现代弦乐器家族——小提琴、中提琴、大提琴和低音提琴。 表 1 显示了这些乐器以标准调弦演奏的最低音符，以及该音符的频率——小提琴是最高音高，低音是最低音。
还应该注意的是，乐器的尺寸会随着它可以再现的最低音符频率的降低而增加（图 1）。 用更小的身体制作低音提琴是可能的——但它会安静得多。
低音炮也是如此。
音箱最低音符频率
小提琴G3196Hz
中提琴C3130.8Hz
大提琴C265.4Hz
双低音E141.2Hz
表 1. 现代弦乐器家族成员通常产生的最低频率。
图1。 小提琴和低音提琴
在设计小型低音炮时，必须在高效率和低频扩展之间做出选择。 两者都是低音炮非常理想的功能。
为什么叫“铁律”？ 歌德在诗歌 Das Göttliche 中提到“伟大而永恒的铁律”。 铁是坚固的，永恒的，永不破碎。
为了打造能够在最小的空间内提供最大性能的低音炮，KEF 研发部门努力尽可能地进行妥协。
毕竟，铁律不能被打破，但肯定可以被弯曲。
技术
单核驱动器阵列
Uni-Core 是一种全新的、正在申请专利的驱动器设计，它结合了高偏移和力消除，同时减小了尺寸——非常适合推动超紧凑型低音炮性能的界限。
强制消除/双音圈
KEF 在力消除方面拥有丰富的经验，曾发布过 KF92 和 Reference 8b 等低音炮，以及世界上第一款单视源扬声器 Blade。 然而，可能鲜为人知的是，KEF 实际上在 1984 年推出了第一款完全消除力的商用扬声器——Reference 104/2 （图2）。
图2。 参考 104/2 – 内部双低音驱动器使用金属杆支撑，允许进行力消除布置。
力消除提供了两个主要好处——首先，由于驱动器运动表现出牛顿第三定律——每个动作都有一个相等和相反的反应——驱动器的运动会导致机柜中的机械振动。 将一个表现相同的车手放在对面会抵消每个车手的反作用力——因此称为“力抵消”。 这大大减少了箱体振动，进而减少了声音染色。 其次，锥体面积的加倍使低音炮的最大输出增加了6dB。
可以通过背靠背安装或支撑两个相对的驱动器来消除力。 这将决定橱柜的深度。 为了减少深度，必须减少驱动器偏移，从而影响最大输出。
然而，Uni-Core 不是由两个背靠背安装的驱动器组成。 相反，两个音圈布置在单个电机系统中（图 3）。
图3。 Uni-Core 驱动器阵列的剖面图
两个音圈具有不同的直径，允许一个音圈同心地放置在另一个音圈内。 这种布置允许音圈在它们自己的间隙内移动而不会发生碰撞。 随着最大偏移的增加，可以获得更高的声压级 （图4）。
数字 5 将两个驱动器电机的传统背对背布置中的磁通路径与 KC62 Uni-Core 电机进行比较。 在传统布置中，可以看到两条路径，每个音圈间隙一条路径，而对于 Uni-Core，一条路径穿过两个音圈间隙。
为了实现力消除，UniCore 排列中的一个音圈由于共享磁通方向而以相反的极性接线。
图4。 Uni-Core 驱动电机示意图
图5。 两个相对电机系统（顶部）和具有单个电机系统和两个间隙（底部）的 Uni-Core 磁通路径的磁性 FEA 仿真
匹配驾驶员行为
显然，Uni-Core 的两个组件驱动程序在物理上并不相同，但是为了强制取消工作，两者都被设计为具有相同的性能。
从一开始，就强调了三个方面——BL（马达力系数）、悬架的刚度和移动质量在两个驾驶员之间都必须保持一致。 前两个也是圆锥位移的函数。
BL 是音圈间隙中的磁通密度 (B) 与间隙中的导线长度 (L) 的乘积。 在 Uni-Core 中，较大直径的音圈在间隙中具有较多的导线。 但是，Uni-Core 的结构自然而然地说明了这一点。
在 Uni-Core 的单电机系统设计中，两侧具有大致相同的径向穿过电机间隙的磁通量。 但是，由于线圈直径不同，磁通通过的面积也不同。 这意味着小间隙中的磁通密度 (B) 大约比线圈直径大。 这允许两个驱动程序的 BL 在整个驱动程序偏移中匹配（图 6）。
图6。 Uni-Core 中两个音圈的 BL(x) 比较
关于悬架刚度，KEF 工程师进行了有限元分析 (FEA) [4] 以开发两种不同的悬架，它们的行为相同，即使它们连接到不同直径的音圈架。
此外，具有较小直径音圈的驱动器添加了较小的质量，以补偿相对驱动器中较大直径音圈的较高质量。
电感
Uni-Core 排列将两个音圈彼此靠近放置，并且在使用过程中具有相同的电流方向。 此外，随着音圈的移动，它们的相对间距也在不断变化。 该技术开发过程中的一个主要问题是这会对两个线圈的自感和互感产生影响。
电感是所有高性能扬声器驱动器的一个关键方面。 音圈的自感决定了当电流在绕组中流动时会产生多少磁场。 过大的电感会导致音圈产生强磁场，这会导致电机永磁场的调制导致失真。 此外，对于典型的电机系统，线圈电感会根据锥体位置而变化。 这会在线圈上产生不需要的力，称为磁阻力，它将扬声器纸盆拉向电感最高的位置 [5]。 磁阻与电流的平方成正比，因此是高度非线性的。
除了自感，Uni-Core 还必须考虑两个线圈的互感。 互感测量一个音圈中的电流产生与第二个线圈相互作用的磁场的能力。 从某种意义上说，它是线圈之间串扰的度量。 由于 Uni-Core 设计为在两个线圈并行驱动的情况下运行，因此信号串扰不是主要问题，相反，如果互感的大小根据线圈的间距而变化，那么这可能会导致额外的非线性。
在技术开发之初，Uni-Core 的电感行为是主要关注点之一。 为了详细了解电感行为，进行了一系列数值模拟。 该研究揭示了该布置的一些令人惊讶且出乎意料的特征，这些特征在图 7 中进行了总结。显示了三种不同电机布置的电感与频率的三条曲线。 这些结果并非专门针对 KC62 驱动器，但它们可以相互比较并代表电机几何结构的特征。
图7。 Uni-Core 与等效传统电机的电感比较
红色曲线显示了一对并联背对背传统驱动器的电感，带有一个简单的环形铁氧体电机，没有铝或铜导电环，线圈保持在静止位置。 电感与频率作图，在低频时最大，然后由于在电机钢结构中流动的涡流的影响，随着频率的增加而减小。 传统结果可以与蓝色曲线进行比较，蓝色曲线显示了简单的单芯配置的电感，同样没有任何导电环。
令人惊讶的结果是 Uni-Core 电感更低。 这令人惊讶的原因是，由于 Uni-Core 中的互感，扬声器工程师本能地期望总电感更高，而这在两个传统驱动器中不存在。 其他制造商正在使用其他双间隙电机系统，其中一种最常见的布置是 JBL 发明的“差分驱动”布置，如图 8 所示。众所周知，这种布置具有良好的电感特性，人们普遍认为这是来自两个音圈的抵消效应，在这种情况下，两个音圈在相反方向上传输电流。 事实上，改进的电感很大程度上是由于电机系统中第二个磁隙的影响[6]。
图8。 单个驱动器、双声部的集总电路表示
线圈系统
出于同样的原因，Uni-Core 具有较低的电感——由于第二个线圈的额外间隙，电机系统的磁路具有比传统电机更高的磁阻。 这减少了电感 amp电机系统钢结构的提升效果。
在 Uni-Core 电机中，中央钢极位于两个线圈内，需要一个支撑件将其固定到位（图 4）。 Uni-Core 使用放置在这些线圈之间的大铝圆柱体来实现此目的。 构件的材料和几何形状是一个重要的设计参数。 从电感的角度来看，它作为一个大的、低电阻的、靠近两个线圈的短路匝。 结果是显着降低了总电感和总电感随线圈位置的变化。 图 7 中的绿线显示了这种效果，与传统电机相比，电感显着降低。 更详细的分析发现，这个铝圆柱体可以用来降低两个线圈的互感。
铝制圆柱体在 Uni-Core 电机的功率处理中也发挥着重要作用，在音圈附近增加了重要的热质量，并有助于将热量从电机内部传导出去。
P-Flex 环绕声
在密封的机柜中，当扬声器振膜进出时，内部空气体积会压缩和膨胀。 然而，其中的空气分子数量不会改变。
改变的是气压——当驾驶员向内移动时增加，当驾驶员向外移动时降低。 这是因为封闭的空气体积总是寻求与周围环境达到平衡。 结果，箱体和驱动器的整个内表面都会受到与驱动器运动极性相反的压力。
随着驾驶员向内移动，内部的气压越来越多地推向驾驶员。 当驾驶员向外移动时会发生相反的情况。 在一个很小的盒子里，空气的恢复力是非线性的，当司机向内移动时向外的力超过了向外移动时的力。 这导致非线性失真。
另一个重要的考虑因素是这种压力如何影响驱动器环绕的性能。 对于传统的半卷环绕，高压会使环绕变形，导致其弯曲（图 9）。 这会导致严重失真。
图9。 半卷式环绕在高偏移处屈曲的横截面
该问题的常规解决方案是使用非常厚的环绕。 然而，这有两个负面影响。 首先，环绕质量显着增加，导致效率降低。 其次，环绕声的刚度增加，极大地损害了驱动器的低频扩展。
P-Flex 环绕是一种正在申请专利的抗压环绕，由褶皱设计组成（图 10）。 形状经过优化，可抵抗由箱体内部气压变化引起的变形，同时允许驱动器进行扩展的线性运动，而不会在更高的偏移下弯曲。
图10。 高偏移处的 P-Flex 环绕横截面显示折叠细节且无弯曲
智能失真控制技术
有许多机制可以将失真引入辐射的声音中。 理想的扬声器应具有以下特点：
BL(x) 在所有线圈位置保持不变
悬架的刚度在整个行程中保持一致
内部风量的刚度不会随着驱动器的前后移动而改变
音圈电感不应随线圈位置调制
在组件设计过程中tag在 KC62 中，这些参数的变化已尽可能减少。 为了进一步减少失真，KC62 采用了正在申请专利的主动控制系统。 这是其性能的关键因素，也是这款超紧凑型低音炮取得突破的主要原因。
混合控制系统
智能失真控制技术 (SDCT) 是一种将 DSP 预校正与间接锥体运动传感和反馈相结合的混合系统。 这两个组件系统专门设计用于协同工作，每个系统都处理不同的失真机制 （图11）。
图11。 混合控制系统的表示
系统的 DSP 部分使用扬声器的倒置数字模型，使用驱动器参数进行预编程，该模型预校正 DSP 输出信号，以便增加的失真抵消驱动器产生的失真。 同时，通过驱动线圈中的电流间接感应瞬时锥体运动，并将该信号用于驱动器内部的反馈回路中。 amp升力电子。
此外，Uni-Core 驱动器专门设计用于最大限度地提高 SDCT 的性能——实现 THD 降低高达 75% （数字 12）。
图12。 THD(%) 与 KC62 频率的比较（右轴）
有和没有 SDCT
铝柜
振动控制
内部气压问题已在本文的 P-Flex 环绕部分讨论过。 然而，还有另一种机制，通过弯曲壁，机柜内的大量压力会试图平衡。 作为振动表面，这会导致声音着色。
考虑到这一点，设计了一个挤压铝机柜。 由于铝在给定厚度下具有比木材更高的弹性模量，因此可以使用更薄的壁。 这为给定的外部尺寸提供了更大的内部声学体积。
铝挤压成型为弯曲的外壳。弯曲的表面比平坦的表面更坚固，并且具有单体壳结构可确保没有应力点，否则会损害机柜的完整性。
提供的额外强度还消除了对内部支撑的需要，进一步增加了机柜内的可用空气量。
热管理
一个小音箱需要大量的功率来帮助提供低音深度和输出——总之，霍夫曼定律是无法打破的。 然而，权衡是通过热量积累。 两个都 amp扩音器和扬声器的效率不是 100%，这意味着任何未转换为辐射声音的功率都会转换为热量。 所以虽然 KC62 需要有一个非常强大的 amp必须考虑避免热量积聚。
电源由一对 500W RMS D 类提供 amplifiers – 每个驱动一个音圈。 D 类是一种高效拓扑，非常适合有源低音炮，因为产生的热量较少。 驱动器散发的热量也由机柜精心管理 - 铝制成了出色的散热器，并经过精心设计以确保有效散热。
频率响应
通过这些新技术，KC62 展现出异常宽广和深沉的频率响应，特别是对于仅比足球大一点的低音炮。 图 13 显示了 1 米处的频率响应，在几个聆听级别。 还包括额外的虚线，显示室内频率响应。 这考虑了典型房间中的低频增强。
图13。 低、中和高聆听水平的频率响应，包括无回声和房间增益
总结
通过重大的新技术进步和经过深思熟虑的工程，KC62 以超紧凑的形式提供了前所未有的深度、细节和输出组合。 通过突破被认为可能的界限，KEF 为几乎任何拥有任何系统、几乎任何房间的人提供了一种方式，可以从精心设计的集成低音炮为音乐和电影带来的好处中受益——完整的体验，只是如艺术家所愿。
J. Wright，“作为扬声器设计工具的有限元分析”，在英国音频工程学会第 13 届会议上发表； 麦克风和扬声器，1998 年 XNUMX 月。[在线] 可用：http：/
www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=7992R. Small，“封闭式扬声器系统-第一部分：分析”，JAES 第 20 卷第 10 页，798 年 808 月 1972-XNUMX 可用：http：/
www.aes.org/e-lib/ 浏览.cfm?elib=2022
R. Small，“Vented-Box Loudspeaker Systems-Part 1: Small-Signal Analysis”，JAES 第 21 卷第 5 期第 363-372 页，1973 年 XNUMX 月可用：http:/
www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=1967J. Risbo、FT Agerkvist、C. Tinggaard、M. Halvorsen 和 B. Putzeys，“电动扬声器中的力因数调制”，发表于 141 年 2016 月第 26 届音频工程学会大会，访问日期：2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日。 [在线的]。 可用：http://
www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=18411F. Kochendörfer 和 A. Voishvillo，“单音圈和双音圈中频换能器的静态和动态 FEA 比较分析”，发表在 139 年 2015 月第 22 届音频工程学会大会上，访问时间：2021 年 XNUMX 月 XNUMX 日。[在线]。 可用：https：/
www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=17971规格
型号KC62
设计单核力消除
驱动单元2 x 6.5英寸
频率响应11Hz-200Hz
最大输出105dB
Amp类型内置 D 类
Amp升力器功率1000W RMS（2 x 500W RMS）
可变低通滤波器40Hz – 140Hz，低频
输入RCA 唱机插座
扬声器电平输入
线路输出RCA 唱机插座
电源要求100 – 240V ~50/60Hz
能量消耗1000W
重量14kg（30.9lbs）
外形尺寸（高x宽x深）
带后面板和支脚246 x 256 x 248
毫米（9.68 x 10.07 x 9.76 英寸）
KC62控制面板
KC62，炭黑
文件/资源
KEF KC62 超紧凑型 1000W RMS 低音炮 [pdf] 用户手册
KC62，超紧凑型 1000W RMS 低音炮
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