本帖最后由 lilin120g 于 2020-2-14 18:14 編輯
尊響音響李建華原創(chuàng)
前言，（本文觀點純屬個人之見，錯誤之處還望諒解）目前市面流行的無源音箱主要有全頻、二分頻、三分頻。從制作難易度上講，毫無疑問三分頻音箱的設(shè)計和制作要更復(fù)雜一些，但是在單元選取上反而更簡單、更容易一點，綜合性能品質(zhì)更好一些。本人對揚聲器設(shè)計略知一二，要想做好二分頻箱用的中低音揚聲器非常不容易，既能重放好低音，又要兼顧中音，容易顧此失彼，個人深有體會。簡單分析一下:低音重放要求揚聲器振動質(zhì)量大一些，這樣讓音盆更堅固，揚聲器諧振頻率變低、音圈直徑適當(dāng)?shù)拇笠稽c(也不能過大)，這樣音盆分割震蕩小、音圈需要更長的卷寬、沖程長、而中音揚聲器恰恰相反、振動質(zhì)量大、瞬態(tài)差速度慢、音圈直徑大、卷寬長電感肯定大、音圈電感大是音質(zhì)大敵，會產(chǎn)生電流失真、瞬態(tài)反應(yīng)慢等諸多問題。全頻喇叭更難做，更難選，一只喇叭高中低音全照顧難度可想而知，世面上最貴的喇叭好多都是全頻就是這個原因。本文用大量的篇幅介紹揚聲器參數(shù)及材料選擇技巧、從外觀上判斷揚聲器的品質(zhì)的一點經(jīng)驗。
（一）低音音箱種類選擇及調(diào)試經(jīng)驗
音箱種類的選取與調(diào)試：也就是說要采用倒相箱、閉箱、迷宮，亦號角箱？如果沒有其它特除原因，建議還是在經(jīng)典的倒相及閉箱中選取，原因是有大量設(shè)計制作資料，及多種cad仿真軟件，對設(shè)計有極大幫助，制作成功率大。
對比一下兩種箱子特點。倒相的優(yōu)點：相同體積箱體f3可向下延伸1/√2。
在和閉箱發(fā)出同樣聲壓下，可減小f3附近頻率揚聲器振幅，也就是降低揚聲器的非線性失真。相同的低頻下限，倒相箱體只有閉箱容積60%。缺點：低頻瞬態(tài)不如閉箱，特別在fb附近頻段更突出。fb頻段以下?lián)P聲器振幅急劇增加，聲壓急劇下降、拐點陡峭、群延時大。
（圖1）
（圖2）
閉箱相對倒相箱最大優(yōu)點是瞬態(tài)反應(yīng)快，群延時低，調(diào)試簡單，其它都不如倒相箱。通過以上分析發(fā)現(xiàn)，倒相箱唯一不如閉箱的就是瞬態(tài)反應(yīng)，能不能既保留倒相箱的優(yōu)點，又有閉箱的速度？從上圖分析一下：其實倒相箱比閉箱下潛深的那一段頻率是倒相管發(fā)出的，（圖1紅線所示）。我們仔細(xì)看一下圖3和圖4就會發(fā)現(xiàn)倒相管輸出聲壓越強(qiáng)瞬態(tài)反應(yīng)越慢。倒相箱輸出以中心頻率為fb的聲波，高于fb頻率的聲波和喇叭聲波同相，可加強(qiáng)喇叭低頻聲壓、低于fb頻率的聲波和喇叭聲波反向，消弱低頻的聲音，就造成了倒相箱聲壓曲線相對于閉箱低頻段拐點非常陡峭的原因。群延時一般規(guī)律是聲壓曲線變化越劇烈延時越嚴(yán)重。經(jīng)以上分析得出結(jié)論:倒相管輸出能量相對于喇叭輸出所占能量比例越大，延時越嚴(yán)重、瞬態(tài)響應(yīng)越差。降低倒相管能量輸出，可有效改善倒相箱的瞬態(tài)響應(yīng)和群延時，但也不能降很多，降多了就成閉箱了。從倒相管作用看也應(yīng)驗了“成也蕭何敗也蕭何”。
降低倒相管能量輸出幾種辦法:減小箱體容積、增加箱體損耗增加吸音材料、倒相管塞入吸音棉等辦法。其中減小箱體容積辦法為最佳，既減小了容積，又降低了倒相管輸出，算是一舉兩得。
說明一下，以上的辦法主要針對大口徑喇叭的，還有您個人的喜好，是偏重量感還是質(zhì)感。重質(zhì)用小箱體、重量大箱體。兩分頻箱中低喇叭口徑一般是6寸半或更小，小口徑喇叭比較被動，低頻輸出能量小，建議箱體還是大一點好，畢竟低劣質(zhì)量的低音也是低音，比低音非常少甚至沒低音要好的多。
(圖3)
（圖4）
(2)低音揚聲器主要參數(shù)要求
用盡量小的箱體和盡量低的f3是大部分人設(shè)計音箱的目的。都跟喇叭參數(shù)Qt、f0、Vas、有關(guān)系。倒相箱設(shè)計有多種選擇。公式計算法對喇叭參數(shù)預(yù)選優(yōu)化有幫助，預(yù)測性更強(qiáng)一些。CAD更直觀一點，可即刻看到結(jié)果，兩種方法配合用更好。
公式
1 Vb=15* Vas * Qt^2.87 (L)
2 f3=0.26 * f0/Qt^1.4 (Hz)
3 fB=0.42 * f0/Qt^0.9 (Hz)
Q值的選取: 從以上公式可看出Qt大小對箱體體積Vb和f3、fb都有關(guān)系，Qt大了箱體太大、Qt小了F3太高。取Qt值0.35-0.42比較合適，最好0.38，為什么是0.38呢？從式3計算可知Qt等于0.38時剛好箱體倒相管諧振頻率fb=f0喇叭諧振頻率，這樣有什么好處吶？我們知道倒相箱調(diào)試重要依據(jù)，阻抗曲線要有雙峰出現(xiàn)，雙峰要等高，但是只有Qt等于0.38時雙峰等高才是正確的(圖5)，Qt＞0.38高頻峰高于低頻峰(圖7)，Qt＜0.38(圖6)側(cè)反之。峰與峰高低相差多少沒有確定的數(shù)值，所以就增加箱子的調(diào)試過程中，判斷正確與否的難度，顯然如果只要求兩峰等高就簡單容易多了。
(圖5)
(圖6)
(圖7)
f0和Vas的選取:公式告訴我們要想同時要箱體體積小、f3低，喇叭諧振頻率f0和等效容積Vas當(dāng)然是越低越小越好，遺憾的是f0和Vas是負(fù)相關(guān)關(guān)系，一般是f0越低、Vas越大。有沒有既降低f0又能保持Vas不變大的辦法？
我們知道f0=1/(2π*√Mms*Cms)
Mms是振幅質(zhì)量、Cms是系統(tǒng)順性，要想降低等效容積Vas，只有減小順性Cms，也就是說增加支撐系統(tǒng)（喇叭的彈波、折環(huán)等）的彈性、硬度。同時按比例增大Mms，防止f0升高。所以經(jīng)以上改進(jìn)有幾點好處:因為對震動質(zhì)量要求是加重，這樣可以把加重的這部分重量用來加強(qiáng)紙盆強(qiáng)度，甚至可用雙層紙盆。做喇叭最難的是要求震動系統(tǒng)又輕又硬，為了減輕震動質(zhì)量絞盡腦汁，不是斤斤計較，而是克克計較。在保證f0不變大，甚至降低的同時，而減小了等效容積Vas。增加了系統(tǒng)彈性，折環(huán)可用恢復(fù)力強(qiáng)的布基折環(huán)，而拋棄高損耗、力度差的橡膠折環(huán)?？梢员３?strong>f3不變的情況下縮小箱體體積（圖8是60L的音箱,圖9是體積85.7L的音箱,f3分別是33.9hz和32.89hz,并未有大的變化）。雖然增加振動質(zhì)量Mms得到了一定好處，但也帶來一些以下問題，稍微降低了靈敏度，增大了Qt。但是解決這個問題并不難，增大BL值非常容易解決以上問題?？赡苡腥藫?dān)心振動質(zhì)量大了是不是影響瞬態(tài)速度，經(jīng)CAD仿真觀察瞬態(tài)反應(yīng)并沒有變劣的現(xiàn)象，（圖8和圖9的階躍響應(yīng)）雖然質(zhì)量Mms增大了，同時也加大了BL值，保持原來Qt不變，BL值也可解釋是為喇叭的動力源，動力加大了就可以抵消掉增加質(zhì)量Mms所帶來瞬態(tài)反應(yīng)慢的影響。
(圖8)
(圖9)
(3)低音揚聲器物理參數(shù)與材料選擇
(1)材料和物理尺寸的選取，首先大口徑、長沖程(線性良好)。音圈直徑大小適當(dāng)，過小容易分割震蕩，音圈直徑過大造成彈波線性沖程過小，錐盆強(qiáng)度高、硬不容易分割震蕩；盡量用布折環(huán)相對橡膠折環(huán)；布折環(huán)回復(fù)力好、損耗低。
在這里著重討論一下低音揚聲器沖程；我認(rèn)為除口徑外，沖程是低音揚聲器最重要的物理參數(shù)，大的線性沖程保證大的低頻能量，（當(dāng)然也意味著有低的諧波失真)。揚聲器沖程由磁路沖程和支撐沖程共同決定。
我們知道計算普通揚聲器磁路沖程公式:音圈圈寬–華斯厚度=沖程p–p。很顯然增大音圈圈寬、減少華斯厚度，都可以增大沖程；但是增加音圈圈寬會降低揚聲器靈敏度、同時音圈電感及重量也會增加。隨著音樂信號變化，音圈相對T鐵柱位置也在改變，當(dāng)音圈沖出T鐵柱時音圈電感值變小，伸進(jìn)T鐵柱時電感值變大，通過音圈的音頻電流被干擾調(diào)制，產(chǎn)生失真。特別是用在二分頻中低音揚聲器，嚴(yán)重影響中頻音質(zhì)和瞬態(tài)響應(yīng)；降低華斯厚度既能增加沖程，又有降低材料成本的優(yōu)點，遺憾的是這優(yōu)點只對生產(chǎn)廠商。對消費者來說是壞事，舉例說明一下：(圖10)10mm厚的華斯；音圈圈寬18mm，沖程p–p是8mm；另一個(圖11)華斯厚度6mm音圈圈寬14mm，沖程p–p也是8mm，但是10mm華斯磁路BL值線性要好于6mm華斯磁路。
(圖10)
(圖11)
另一種是用來計算低失真磁路的，華斯厚度–音圈圈寬=沖程p–p（圖12，圖12，14mm厚華司5mm音圈卷寬 p-p9mm的磁路模擬）。此磁路因成本太高，固很少有人采用。
(圖12）
（兩種磁路結(jié)構(gòu)對比）
這種結(jié)構(gòu)的磁路要想要想加大沖程只有減小音圈圈寬，加厚華斯厚度,減小音圈圈寬，但是為了保持音圈直流電阻不變，只有用更細(xì)更短的導(dǎo)線，導(dǎo)致系統(tǒng)BL值和功率降低，最終導(dǎo)致靈敏度也降低，所以這種方法不可取。另一種辦法就是加厚華斯，加厚華斯也意味著磁隙面積變大，磁隙內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度就變?nèi)?，只有加大磁鐵才能彌補(bǔ)。所以采用這種結(jié)構(gòu)磁路要加大沖程只有用真金白銀解決，因成本原因一般都是高檔中音揚聲器才采用這種結(jié)構(gòu)，所以說好事總是跟錢過不去。
支撐系統(tǒng)對沖程的限制：支撐系統(tǒng)由揚聲器彈波和折環(huán)勾成，簡單道理彈波波紋環(huán)數(shù)越多線性越好，所以一味追求大直徑音圈也意味線性沖程在變小。同理折環(huán)越寬線性沖程越大，低音炮揚聲器折環(huán)寬大，但是過度大又寬，有質(zhì)量重、損耗大、恢復(fù)力弱、以及速度等問題。所以揚聲器沖程一定要結(jié)合支撐系統(tǒng)沖程和磁路沖程，受制揚聲器結(jié)構(gòu)限制，有教科書介紹，一般動圈揚聲器支撐線性沖程不大于8 p-p mm。圖13）
（圖13）
所以揚聲器有時能通過手眼直觀判斷個大概。例如看音圈直徑大小、折環(huán)材料、華斯厚薄，磁鐵大小材料，錐盆軟硬等等。
揚聲器口徑與最低頻率與最大輸出聲壓的關(guān)系（見下表）例如使用6.5寸揚聲器制作的倒相箱要想下潛頻率到50hz 輸出100db聲壓時，需要揚聲器沖程8.2mm P-P。再比如使用4寸揚聲器的倒相箱下潛頻率到50hz 輸出100db聲壓時，需要揚聲器沖程21.4mm P-P。
因為影響到倒相箱的因素太多：比如箱體材料的剛性、吸音材料的阻尼大小多少、揚聲器參數(shù)、SBB4、QB3、SC響應(yīng)等，要比標(biāo)準(zhǔn)障板變量大得多，不容易量化，圖表只是大概。使用此表配合圖14上圖所述的倒相箱響應(yīng)，通過調(diào)整音箱容積和倒相孔調(diào)諧頻率可符合這種響應(yīng)。這種低頻輸出的特點介于倒相箱與密閉箱之間，有倒相箱的下潛深的特點，又兼顧密閉箱的瞬態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點，適用于相對大一點口徑的揚聲器。
圖14下圖的聲壓響應(yīng)適用于較小口徑的揚聲器，這樣做的結(jié)果導(dǎo)致了倒相孔的輸出聲壓非常高，瞬態(tài)響應(yīng)和群延時響應(yīng)都很差。但是按下圖調(diào)整可以比上圖調(diào)整聲壓高2-3db。正所謂魚與熊掌不可兼得，得到了低一點的下潛頻率和聲壓，犧牲了低音的瞬態(tài)和品質(zhì)。
（圖14）
一款音箱的低音好不好，往往誤認(rèn)為都是取決去于低頻–3db多少赫茲，例如一個5寸的小喇叭低頻下限能40赫茲，總之認(rèn)為–3db越低越好，我認(rèn)為這樣有點偏激，如果不要求輸出聲壓和靈敏度的話，我可以做一個3寸的揚聲器低頻下限也能到30赫茲，問題是靈敏度和聲壓太低，只能貼到耳朵上當(dāng)耳機(jī)用，所以扯開輸出聲壓和靈敏度談低頻下限就是扯淡。
這是我平常測試揚聲器的一個簡單實用的工具（下圖）。利用杠桿放大原理，短臂一端系一吊錘，吊錘靠重力壓靠在被測揚聲器防塵帽上；長臂一端端頭垂直放一鋼尺，可觀察臂端頭移動距離。長臂和短臂尺寸是10:1可放大10倍。所以揚聲器振盆有一點移動就非常容易觀察到。根據(jù)F=BLI和F=kx揚聲器錐盆移動距離和流過音圈直流電流成正比。利用這個工具可簡單測量揚聲器的線性沖程（包括磁路、彈波、折環(huán)）BL值和揚聲器的順性，其中BL值是個非常重要的參數(shù)，揚聲器靈敏度、動生阻抗，電力聲類比分析都需要BL值。由于測試揚聲器時需要通幾十ma–一千多ma直流電流，測試時間過長有可能燒毀音圈，所以用階梯恒流源，這樣可避免長時間反復(fù)調(diào)整電流。此LM7805h恒流源有7檔電流輸出分別是200ma–400ma……1400ma每檔間隔200ma，適應(yīng)低音揚聲器，如果嫌間隔電流太大，可根據(jù)需要自己調(diào)整電阻阻值R，輸出電流=5/R 可靈活掌握。圖）
待續(xù)...
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