“失速模式”和反电动势

电磁感应运动有着很高的效率，能够超过80％。尽管如此，电磁运动在接近“失速模式(stallmode)”状态下的效率却是非常低的。失速模式的典型特征是在很低的输出功率和很大的电流通过线圈时而令线圈产生很大的热量。由于某些技术上的原因，市面上的大多数低音都是在接近其失速模式状态下运行的(当然不包括Sunfire的产品)。因此，大多数扬声器的转换效率都不超过几个百分点。

现在，基础知识已经打好，我们可以来检验一下低音单元在特定尺寸下远超平常效率的理论。True Subwoofer低音炮在小体积的情况下能获得大能量输出的秘密就在于它的音圈和磁体系统能在远离失速模式的状态下运行。而且事实更表明，当单元运动变快时(意味着远离失速模式)，反电动势就会随之而变大，这就意味着它有很高的效率，并且在运动过程中因此而不会产生太大的热量。

由火车、山脉联想到磁体

接下来，让我们来看看关于低音炮之外的一些例子。假设货运列车拖着货物爬上山坡，这里我们就可以利用公式Power(功率)=mgh/t short来表示。这里m就是火车的质量，g为重力，h为山的高度，t short是指爬上山坡所用的时间。当t short很小的时候，功率输出很高，能量会在短时间内被释放出来，因此马达不会产生过高的温度。相反，当tshort很大的时候，功率输出减少，能量在短时间内不能被释放出来，所带来的坏处是马达的温度过高而导致烧毁。在这个时候我们就可以认为马达是在失速模式下运行。现在让我们将话题转到低音上面，因为这个低音的；中程很大，音圈匝数很多，所以它会切割磁体结构当中的磁力线而产生大量的反电动势。如果音圈的运动速度不是很快，便不会产生太多反电动势。没有大量的反电动势，大量的电流便会通过线圈造成音圈过热。因此为了获得大量的反电动势就需要增加单元的冲程。获得大量反电动势的另一方法就是高磁通量。要实现这一点就需要一个大型的磁铁。True Subwoofer低音炮当中的磁铁重量达到225盎司，远高于一般低音炮20-28盎司的重量。但是依靠大量的反电动势来增加低音的运动会产生一个潜在问题：如果低音单元是由一台普通的功放来进行推动，那么大量的功率就会被浪费掉，单元只获得很少的功率。因此我们需要一台大功率的功放来抵消强大的反电动势。幸运的是，对于Sunfire而言，Tracking Down Converter功放非常适合这项工作。

假想实验 2—可变磁体低音炮

要制作一个低音单元，我们还可以使用一个电磁铁(可变磁体)来代替原来的单元磁体，然后改变这个磁体的磁场强度就可以令单元工作了。显然，当我们将磁力逐渐增加时，由于电流(I)和磁场强度(B)之间的相互作用(见图1)，就会产生一个加在司圈上的力，这时候如果B增加，力也增加，低频也随之而增加。但是，当磁力再逐渐变大时，电流会随着反电动势的增大而减少，直到最后会因线圈中的电流不足而令低频输出下降。而低频的最大输出点便决定了低音单元的最佳磁体尺寸。现在我们在此举个例子，如果现时有—台200W输出功率的功放，这个功放只能输出28V RMS的电压给4Q的扬声器，若然反电动势是13V的话，那么功放只剩下(28—13)=15V来推动低音。如果希望获得更多的低频输出，我们就必须施加更大的电压来克服反电动势。现在假设我们有一台无输出电压限制的功放，它在4欧姆负载时能够轻松施加104V RMS电压。接下来就可以不必顾虑反电动势带来的影响而增加磁场强度，因为有无限制的功放来克服这个问题。如图2所示。

用事实来证明

True Subwoofer低音炮在早期的研发阶段时，我们进行了一系列实际的实验来验证这些设计背后的物理学与数学问题。当中也使用几款著名的大型低音炮来逐—测试输入功率（W)和输出声压(dB)这两个数值。在一次测试当中，一个箱体容量有4．3立方英尺的低音炮A被选出来并调整到最大音量输出(它的限制器开始启动的位置)，当它的声压到达112dB时测得的输入功率是240W，它的表觋很不错。

接下来我们以相同的低频信号以及声压级别为True Subwoofer低音炮作测试。在测试的过程中，它的表现同样很出色，而最大的不同点在于它们之间的功率消耗部分，True Subwoofer低音炮测得的输入功率实际上只有40-200W!由于这时候功放的输出限制线路还未启动，因而还能继续提高True Subwoofer低音炮的音量，直到输出115dB的声压后功放的输出限制线路才正式启动。这时侯的输出声压比前者高出了3dB，在这个情况下测得的输入功率也只有360W而已。从这个实验可以证明，Sunfire True Subwoofer无论是输出声压还是效率都优子前者，同时还能说明这个低音炮为什么能在小体积的情况下实现大声压但又不会被烧毁。

下面是一些常见问题：

问：若有如此大的运动量和惯性力的话，该怎样防止低音炮在满功率输出时在房间内四处乱跳？

答：由于两个单元在运动过程中是处于准平衡状态的，所以可以将振动减小到合理范围内。事实上，这个振动刚好能帮助摇动地面，如果你正坐在地面上，它可以给你的脚趾、脚或者身体以直接的触感，但是没有那么大的振动能让低音炮在房间里四处乱跳。

问：反电动势是好还是坏?

答：这是一柄双刃剑。一方面它是不好的，因为它使低频减少了；另一方面它又是好的，因为减少的低频被用来产生更高的效率。

问：如果低音扬声器只用到几百瓦的功率，为什么功放要具备几千瓦的功率输出?

答：低音扬声器的阻抗很复杂，它由两部分组成，真实的(有阻力的)部分和虚构的(无功的)部分。可以参考这个例子：假设功放施加104V和10A的真实与虚构电流进入到扬声器内，从功放的角度讲，Power(功率)=U(电压)XI(电流)=104X10=1040W。从扬声器的角度则是Power(功率)=I2(电流)XR(电阻)=102X3.3=330W。

问：单元究竟是怎样运动的?

答：Sunfire True Subwoofer低音炮当中有两个单元。一只单元由音圈负责驱动，这只单元是靠一个电磁感应所产生的力来运动的(这个力可以用关系式J=BI工来表示，式中的B代表磁场强度，I代表音圈当中导线的长度，I代表通过音圈的电流值)。而另一只单元是靠1.7磅的重力来运动(单元的质量X加速度)的，因而又被称为“被动式单元”，它能在前者所负责的频段上输出相同的声音，从而增加低频的量感。这两个单元都是一起向内或向外运动，而且两个力的大小相等且作用方向是相反的。