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自制高品质低成本超重低音音箱

作者:dolphin时间:2011-05-11

产品的品质永远与成本挂钩,关于好的超重低音音箱的定义,在《自制高品质有源超重低音音箱》一文中笔者已有较全的阐述,在这里就不累赘了。在一个有源超重低音箱的成本组成中,扬声器单元和驱动放大系统以及箱体的成本分配基本比例应是4:4:2。从这个比例中可以看出,要DIY一个较好而且成本较低的超重低音箱,扬声器单元的选用至关紧要。
在《自制高品质有源超重低音音箱》一文中选用的扬声器单元是惠威Hi-Vi RESEARCH的12英寸的W12低音单元,该单元虽有不错的特性,但800元左右的售价的确不够“亲民”,这是导致整体成本上涨的原因之一。笔者此次所介绍的超重低音箱所用单元为保证声音品质,仍然用惠威Hi-Vi RESEARCH牌的12英寸SS12低音单元,但售价比W12低音单元低很多,在300元左右。
SS12低音单元售价相对低,但并不意味品质不行。该单元以丹麦产的P.M.K双层云母为振膜,采用高性能铁氧体外磁式磁路结构和高强度宽边防覆铁盆架以及无涡流损耗Kapton音圈骨架和耐高温SV线音圈,并配有高顺性的高泡折环和高阻尼防尘帽,属于超长冲程线性位移设计,具有低频响应佳,低音丰满有力,承受功率大、动态大、失真小和Fs及Qts较低的优点,很适用于家用Hi-Fi三分频倒相式落地音箱中的低频单元和超重低频音箱。
选定扬声器单元后,可根据它的特定参数设计合适的箱体和驱动放大系统。在设计制作音箱前,必须了解SS12单元的几个重要的特性参数(也称为“Small参数”),它们既反映单元的保真特性,又是设计重低频音箱的重要依据。
(1)谐振频率(f0),指扬声器有效重放下限频率,与扬声器口径有关,口径越大,f0越低。
(2)总Q值(Qts),反映扬声器f0附近振动系统阻尼状态的量,是决定扬声器低频特性的重要参数。Qts值较低时,箱体容积(Vb)相对较小,而且它与f0共同决定了音箱的截止频率f3和α值。
(3)等效容积(Vas) ,指在该容积中空气的声顺与扬声器的声顺相等(单位:L)。它是一个与箱体容积成比例的量,不同单元的Vas值相差很大。
(4)额定阻抗(Z),它是阻抗谐振峰后第一个阻抗最小值,一般有±5%~20% 的误差,计算分频器和放大器输出功率的主要依据。用来组合的单元的额定阻抗值最好相同。
(5)特性灵敏度,反映扬声器效率的高低。效率高可减轻功放的负担,但灵敏过高容易产生失真,故单元灵敏度宜选在88~91 dB。灵敏度相差3 dB,若要求两个单元输出的声压级相同,应对低灵敏度者输入高一倍的功率。自制音箱应选用灵敏度中上的单元。
SS12低音单元的上述几个主要相关参数是:谐振频率(f0)17 Hz;总Q值0.34;等效容积(Vas)383 L;额定阻抗(Z)5 Ω;灵敏度(2.83 V/1 m)89 dB;额定功率150W/300W(最大)。图1是它的结构尺寸图。
SS12低音单元结构尺寸
常见的音箱可归类为密闭箱和倒相箱两大种,这两种音箱由于结构上的差别而有不同的频率和失真特性,所以有不同的音质特点。密闭箱的箱体是密闭的,利用了扬声器前向辐射的声能,杜绝了前后声波的“短路”产生的干扰,因而低频段幅频特性平直,箱体共振频率 以下的低频以12 dB/Oct的斜率缓慢衰减,延伸良好,振幅失真较小,瞬态响应好。设计正确时有很高的低频解析力,缺点是容易产生驻波干扰,导致声染色,影响中低频的清晰度,低音能量相对弱。
倒相箱是在密闭箱的基础上增加了一载导管(倒相管), 当单元振膜运动时,导管一方面直接对外辐射声波,另一方面又压缩(或扩张)箱内的空气,使箱内的控制气从倒相口排出。设计正确时,倒相管一箱体系统刚好使振膜后向辐射的声波倒相180°,使从导管开口处辐射出去的声波与振膜前方辐射的声波同相,加强并延伸了音箱总体上的低频响应,从而提高低频声压能量,其低频较密闭箱扩展了0.7倍,而在同样的低频响应下,箱体积仅为密闭箱的60%。
倒相箱除了有上述优点外, 由于单元的谐振能量通过谐振波从开口大量辐射出去,加大了振膜的负载,它能有效抑制振膜在谐振频段的大幅振动,从而减少了扬声器感应电势的产生,使失真显著减少,并能大幅提高低音单元的功率承受额。倒相箱的缺点是瞬态稍差,制作调试要求较高,同时要求单元的Q值在0.2~0.5之间才有较好的效果。
结合SS12低音单元的总Q值为0.34的特性以及为得到更强的低音能量,本例制作决定选用倒相箱。为了取得良好的瞬态响应和低频延伸以及相对平坦而低失真的响应,在设计箱体时同样是采用SC4响应设计。按SS12低音单元的总Q值为0.34的特性本来是能用更好的SBB4响应设计的,但考虑到SS12低音单元的383 L等效容积(Vas)太大,再用SBB4响应设计时箱体过于巨大,用SC4响应设计既有很低的调谐频率和比较出色的瞬态响应,又有箱体较小的优点,它可以满足较高水平的听音要求。
本超重低音箱也是按查表方式设计的,表1收录了从0.29~0.36的Q值SC4设计表格,在设计不同Q值的SC4响应倒相箱时,读者也可照用此表设计。

考虑到低音单元在工作一段时间(即是老化“煲透”成熟)后,其主要参数如总Q值和谐振频率(f0)会有5%左右的下降,故在设计时应按老化后的参数进行,有条件的朋友最好是按实测老化“煲透”成熟后的参数设计。
在这里按SS12老化后的参数进行设计, 其总Q值和谐振频率(f0)在老化后特性为:
老化后总Q值=总Q值×95%≈0.32
老化后谐振频率(f0)=谐振频率×95%≈16Hz
根据表1求出该超重低音箱的各项指标特性。
(1)求箱体内容积Vb=Vas÷α≈160(升)
(2)求箱体的调谐频率fb=(fb÷f0)×f0=17.7(Hz)
(3)求音箱的低频截止频率f3=(f3÷f0)×f0=24.4(Hz)
(4)求倒相管长度Lv=2350Dv2÷(fb2×Vb)-0.73Dv
其中Dv是倒相管的开口直径,为得到很好的线性取值100 mm,则Lv≈396 mm。如果加长倒相管的长度或减小倒相管的截面积,可以使谐振频率降低一些,但此时的低频气流摩擦声也会明显增大,倒相箱的利用效率也会降低。过长的倒相管会导致低频偏重、浑,声音的清晰度下降,在制作时可通过聆听决定。


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