低音炮音箱的設(shè)計(jì)原理與制作(精)

1、超重低音音箱，俗稱低音炮， 對(duì)營(yíng)造震撼的氣勢(shì)效果具有非常重要的作 用大多數(shù)牌號(hào)以 AV 功放加五只音箱與低音炮組成套餐形式推銷家庭 影院產(chǎn)品中，低音炮已經(jīng)是必不可少的配置了，實(shí)際上，設(shè)計(jì)規(guī)范、制 作精湛、 效果出色的低音炮 其在家庭影院系統(tǒng)音頻重放中的效果相當(dāng) 迷人只可惜市場(chǎng)上的低音炮效果出眾者價(jià)位令一般人難以接受 價(jià)位 實(shí)惠者效果卻難以令人接受，世間的事往往就是不能令人如意不過(guò)， 善于動(dòng)手的影音愛(ài)好者卻 “自已動(dòng)手，豐衣足食 ”，基于此，本文擬就低 音炮的設(shè)計(jì)原理做簡(jiǎn)單的介紹，供有興趣音參考。一般而言， 從低音炮的構(gòu)成來(lái)講， 低音也分有源與無(wú)源二大類， 所謂 有源低音炮指包含功率放大器的低音

2、炮，其中電路部分除功率放大 外通常還具有音頻頻率濾波 （濾去低音以上的音頻頻率成分 ），相位調(diào) 整。音量調(diào)整等單元；而無(wú)源低音炮即與一般音箱無(wú)二，由單元與無(wú)源 功率分頻器組成， 其中分頻器是一低通濾波器而已。使其重放頻率范圍 僅為超重低音音頻。下面就低音炮的 -大單元音箱，功率放大分別做以 介紹。一、低音炮箱體設(shè)計(jì)原理和分類就低音炮設(shè)計(jì)原理， 可大致分三大類， 即密閉式音箱、 倒相式音箱以 及帶通濾波式音箱。1. 密閉式音箱顧名思義， 這種音箱箱體是完全封閉的， 與一般的所謂閉箱結(jié)構(gòu)上 樣，見(jiàn)圖 1密閉式音箱的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 瞬態(tài)響應(yīng)比較好 即聽(tīng)感深沉、 清晰。 不足是，在相同的體積下，與其

3、它類型的音箱相比，其低頻下潛截止頻 率要高于其他音箱，因此，如果要獲得更低的低頻下潛頻率，通常需要 較大的箱體容積并選用口徑較大的喇叭單元， 而且音箱的效率即靈敏度 要低于其他類型音箱。在箱體容積設(shè)計(jì)方面， 有一個(gè)工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)供參考 當(dāng)喇叭單元的諧 振頻率 Fs低于50Hz時(shí)，箱體容積最好能夠大于 1.4立升。Fs大于 50Hz 時(shí)，箱體容積最好能夠大于 2 立升。閉箱在制作、 調(diào)校時(shí)通常還需要在箱體內(nèi)填充大量吸音棉， 材料以玻 璃纖維，長(zhǎng)纖維羊毛為主，能夠改善音箱的柔順性，也可達(dá)到等效增加箱體容積的效果， 理論上達(dá) 40%，實(shí)用上可以按等效增加容積 15%-24% 進(jìn)行計(jì)算，相當(dāng)于減少箱體的

4、容積。另外，填充吸音棉，也可提高音箱 的效率，正確的填充量，最大可提高音箱效率達(dá) 15%，吸音棉的多少通 常需要通過(guò)反復(fù)試聽(tīng)來(lái)決定填充量的多少，以聲音不渾濁（量偏少 ），沉悶（量過(guò)多 ）為原則，其它類型音箱也是如此。對(duì)于閉箱型低音炮， 對(duì)單元的要求相對(duì)其它類型音箱要嚴(yán)格一些， 其 中希望 Fs以低于 40Hz為好，Qts 應(yīng)該在 0.3-0.6，F(xiàn)s/Qts 5。0除此之外 單元口徑最好大于 20cm,而且屬于長(zhǎng)沖程設(shè)討。2. 倒相式音箱是市場(chǎng)上最多的一類音箱， 音箱上設(shè)計(jì)有倒相管， 即所謂的低音反射 式設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖 2。倒相式音箱，在單元工作于諧振頻率 Fs 以上錐盆位移相對(duì)較小，因 而功率承

5、受能力較高，諧振失真較小，但在諧振頻率以下，錐盆位移量 大幅度增加，諧振失真增加，在相同容積與單元條件下，倒相式音箱可 以獲得較閉箱更低的低頻下潛截止頻率。 另外，理論上倒相式音箱的效 率可以做到大于閉箱約 3dB。當(dāng)然，倒相式音箱包括倒相管的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)校難度要大于閉箱。 倒相式音箱內(nèi)部也需要填充適量的吸音棉，通常比閉箱少一些。在單元選取上， Fs以低干 45Hz為好， Qts應(yīng)該小于 0.5，而 Fs/Qts 取值應(yīng)該在 100 左右為好，單元口徑應(yīng)該大于 17cm，為獲得較大的聲 壓功率，與閉箱一樣，宜選用長(zhǎng)沖程設(shè)計(jì)的單元。3. 帶通濾波式音箱這種音箱比較少見(jiàn)，參見(jiàn)圖 3、圖 4，由圖

6、可以看出，它是在閉箱與 倒相式音箱的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的 .既有閉箱的設(shè)計(jì)痕跡， 也有倒相式音箱 的特征，其中圖 3 所示音箱也有稱四階帶通式音箱，圖 4 所示音箱可以 稱之為六階帶通式音箱。A.四階帶通式音箱在閉箱腔內(nèi)增加了一個(gè)開(kāi)口腔， 其中一部分工作于閉箱模式， 另一部 分工作于倒相式模式，因此，這種音箱既具有閉箱的優(yōu)勢(shì)，也具備倒相 式音箱的特點(diǎn)，它的效率高于純粹的閉箱，低頻下潛截止頻率與倒相式 音箱相近，可以用較小口徑的單元獲得較低下潛截止頻率。另外，它的 帶通頻率可以調(diào)整， 因而分頻器可以簡(jiǎn)單化， 因?yàn)橐粝浔旧砭拖喈?dāng)于自 然分頻器。在單元選取上， 原則上與閉箱相似， 但由于效率略高于閉箱，

7、 而且錐 盆位移量比較小，可以使用較小口徑、短沖程的單元。B.六階帶通式音箱在四階帶通式音箱的閉箱部分腔內(nèi)又增加了一個(gè)開(kāi)口腔， 即有二個(gè)開(kāi)口腔，其中一個(gè)開(kāi)口腔工作于較低的頻率，另一個(gè)工作于較高的頻率，二者合成具有一定帶寬的頻率響應(yīng)，與上述四階帶通式音箱相比， 效率 與帶寬的可調(diào)性更加靈活，而且可以利用更小口徑的單元獲得更低、更 深沉的低音效果，同時(shí)、錐盆位移量更小、諧振失真更低。在單元選取上，基本上與倒相式音箱相近，但 Qts該掌握在 0.4 左右 比較好，單元口徑基本上沒(méi)有嚴(yán)格的要求，如果要獲得高聲壓功率、低 失真輸出，單元口徑當(dāng)然還是盡量大一些比較好。由于帶通式音箱的倒相孔在工作時(shí)的氣流、

8、 聲壓通常比較大， 尤其是 在大動(dòng)態(tài)、超低頻信號(hào)時(shí)，因此，不論是四階帶通式音箱，還是六階帶 通式音箱，倒相管在可能的情況下，應(yīng)該盡量大一些，以避免在工作時(shí) 出現(xiàn)氣流聲。在箱體設(shè)計(jì)上，其容積的取值在實(shí)際應(yīng)用中并不是依據(jù)理論計(jì)算而來(lái) 的，尤其是商品箱，主要是以美觀、尺寸的協(xié)調(diào)方面為準(zhǔn)，電聲指標(biāo)靠 倒相管、吸音棉的調(diào)整來(lái)達(dá)到最佳水準(zhǔn)即可，當(dāng)然，其容積越接近工程 計(jì)算值，性能越能達(dá)到最好的水準(zhǔn)。另外，在箱體制作上，內(nèi)部加強(qiáng)筋 的作用不容忽視， 在箱體接縫處以及大板中間加一些加強(qiáng)筋利于降低音 箱的諧振，所以箱體重一些總是有好處的。二、電路的構(gòu)成低音炮在家庭影院系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用， 其中的原因在于影片音

9、頻 解碼還原過(guò)程中獲得了一個(gè)超重低音信號(hào)， 不論在模擬杜比系統(tǒng)還是現(xiàn)今非常流行的數(shù)字環(huán)繞系統(tǒng)中，既然有超重低音信號(hào)， 必然就需要專門 的音箱來(lái)重放。就低音炮電路構(gòu)成來(lái)分析，一般由前級(jí)放大、低通濾波、相位調(diào)整、 功率放大、保護(hù)以及電源等部分組成，就其作用來(lái)說(shuō)，前級(jí)放大就是將 AV 功放輸出的超重低音信號(hào)進(jìn)一步放大到足以驅(qū)動(dòng)功率放大部分滿功 率輸出的幅度， 因?yàn)楦鱾€(gè)牌號(hào)的 AV 功放提供的超重低音信號(hào)電壓不一 樣，一般從 0.3-1 伏不等，所以前級(jí)放大還是必要的，前級(jí)電路還有一 個(gè)重要的作用就是起隔離緩沖的意義， 因?yàn)楦鱾€(gè)牌號(hào)的功放輸出的超重 低音信號(hào)存在差異，有的廠家在設(shè)計(jì)上偷料，致使其輸出內(nèi)

10、阻很高，如 果直接驅(qū)動(dòng)低音炮的功率放大單元，有可能效果非常不好； 低通濾波是 低音炮內(nèi)電路部分一個(gè)比較重要的單元， 它的作用就是將混雜在功放輸 出的超重低音信號(hào)中的低頻以上的信號(hào)進(jìn)一步濾除，一般設(shè)計(jì)將 80-180Hz（很多高檔產(chǎn)品將濾波器低端截止頻率設(shè)計(jì)成連續(xù)可調(diào)的 ），如 果屬于固定頻率的濾波器，一般取值大約在 110-150Hz 左右， 過(guò)低音箱 容易產(chǎn)生混降聲，過(guò)高，容易混入人耳可辨的音樂(lè)信號(hào) ;用于各個(gè)牌號(hào) 的 AV 功放輸出的超重低音信號(hào)是反相還是正相沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，因而， 相位調(diào)整就是在低音炮擺放時(shí)根據(jù)系統(tǒng)連接的需要將低音炮正相或反 相使用，視效果而定，一般也必不可少；功率放大單元

11、就不用羅嗦了， 是有源低音炮的核心所在了， 同樣， 為保護(hù)低音炮安全工作并在異常時(shí) 保護(hù)器材不被損壞貴重部件或?qū)⒐收蠑U(kuò)大化，保護(hù)電路一般也是必要 的；電源是各個(gè)電路單元工作的動(dòng)力， 是基本組成部分。 需要補(bǔ)充的是， 近來(lái)一些低音炮還設(shè)計(jì)了電源自動(dòng)控制功能， 使低音炮在無(wú)信號(hào)時(shí)自動(dòng) 關(guān)閉低音炮的主電源。本文提供一種設(shè)計(jì)比較完善的超重低音前級(jí)信號(hào)處理部分電路， 其中 第一級(jí)為信號(hào)放大，根據(jù)需要可調(diào)整本級(jí)放大倍數(shù)，第二級(jí)為50Hz 以下超重低音的提升電路， 這是一般低音炮電路所沒(méi)有的，第三級(jí)為頻率 可調(diào)低通濾波器，調(diào)整范圍為 80Hz-200Hz，第四級(jí)為隔離緩沖級(jí)，第 五級(jí)為 0-180 度相位連

12、續(xù)調(diào)整電路 .這也是一般低音炮所沒(méi)有的功能單 元，很有特色， 最后一級(jí)也屬于隔離緩沖級(jí)， 最后面為音量調(diào)整電位器。 制作方而、其三塊雙運(yùn)放可采用一般 4558 即可，供電電源為穩(wěn)壓電源 12-18V，由于電流很小，可由功率放大級(jí)電源經(jīng)電阻降壓取得，以簡(jiǎn) 化設(shè)計(jì)制作難度。對(duì)此電路感興趣者，可以根據(jù)需要予以適當(dāng)?shù)膭h減。至于功率放大以及保護(hù)、 電源部分電路與一般功放沒(méi)有什么區(qū)別， 為 節(jié)約篇幅略去，不過(guò)，用于低音炮工作與超低頻段，就功放而言非常消 耗功率，要求功率放大部分提供足夠功率輸出，根據(jù)音箱的效率，一般 要求輸出功率要大于 80W,同樣，電源功率儲(chǔ)備足夠也是必要的，否則， 在大動(dòng)態(tài)時(shí)功放輸出的失真加大且輸出功率受到制約， 而影響低音炮的 效果，至于分立元件還是用功率集成塊，應(yīng)該都是可以的、有一點(diǎn)是毫 無(wú)疑問(wèn)的，對(duì)于低音