音箱的設(shè)計與制作

1、Lynn Olsen是美國著名的發(fā)燒友，其文章經(jīng)常見于報章，近段時間，他為他的朋友們設(shè)計了Ariel音箱-一種介于低效率發(fā)燒音箱和高效率的號角音箱之間 的啞鈴傳輸線（迷宮）音箱，并發(fā)表在他的個人網(wǎng)頁上，供世界各地的DIY愛好者參考制作，組織了Ariel俱樂部。同時根據(jù)各地朋友反饋的改進(jìn)意見，促使 Ariel不斷升級改良，發(fā)展到MK5，有3個不同迷宮出口的版本。最近發(fā)表的MK6，改進(jìn)了出口和單元后部的空腔。同時還衍生出ME2（請參考其網(wǎng) 頁）-采用相同的單元和分頻器的小型倒相箱箱體，在大房間使用需要輔助低音音箱。ARIEL MK3的外觀 ARIEL MKV外觀圖 設(shè)計原則本設(shè)計遵循以下3點原則：

2、1、高于一般的效率并擁有自然逼真的聲音、寬闊的音場和音色中性略偏暖和。 2、盡量簡潔的設(shè)計，分頻器設(shè)計足夠簡潔以至可以通過更換不同的電阻、電容、線圈等和改變迷宮里的阻尼材料的填充來微調(diào)聲音。 3、比較容易的木工工藝，設(shè)計里多處采用黃金比例以減少因為迷宮設(shè)計和面板衍射等引起的頻響波動。單元選擇一開始就以“簡潔”的精神指導(dǎo)本設(shè)計，因此在單元選擇時多下功夫，避免使用一些需要特殊的頻率均衡電路去修正頻響的單元。 VIFA 的P13WH-00-08是聚丙烯振膜、導(dǎo)磁柱有出氣口的5.5英寸中低音喇叭，沒有典型7、8英寸聚丙烯喇叭的略先顯渾濁的中頻（原因是口徑小，振膜做 得比大口徑要堅硬），更引人注目的是其

3、頻率響應(yīng)，平直的中頻響應(yīng)直到5KHZ，然后以12 db/Oct平滑下降，因此可使用簡單分頻器并摒棄頻率均衡電路。其實，人耳對至關(guān)重要的中頻十分敏感，設(shè)計者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的喇叭在中頻有許多峰谷，HIFI 音箱通常使用頻率均衡電路去修正中頻頻響，直到前幾年，才出現(xiàn)不需要這種電路的個別喇叭（作者指出另外的唯一選擇就是Focal 的6V415，但它在4.5kHz有小小的峰）。但VIFA的P13WH-00-08的缺點是低頻量感略小、下沉深度不足，所以設(shè)計者用一對P13WH- 00-08裝在6英尺長的傳輸線里，可以把低頻F3擴(kuò)展到60HZ（作為對比：安裝在QB3響應(yīng)的倒相箱內(nèi)，F(xiàn)3在80HZ并以24db/oct

4、下降）， 采用一對單元還提高了聲輻射阻抗，因此靈敏度提高了將近6db。（從88db/W/M上升到平均92db/W/M），功率承受能力也增大了一倍，好處是不 言而喻的，缺點是多使用一個單元，成本上升，并由于啞鈴式排列，最小聽音距離要求是2米。 下面是VIFA的P13WH-00-08的外形、頻響圖 有 人會認(rèn)為本箱子的F3偏高，其實本箱子的設(shè)計目的是擁有非常自然的聲音，中頻和高頻絕對一流，而且F3以下的衰減較緩慢。在$1000 到 $5000的中價位HI-END音箱中，通常采用的折衷方式是滿足一些發(fā)燒友所需要的：放棄極度清晰的中頻，繼而產(chǎn)生較強烈的低頻。因此若采用6.5 或 8的喇叭，低頻可以得到

5、改進(jìn)，但也要采用頻率均衡電路修正其起伏的中頻頻響-這并不能明顯改善中頻音質(zhì)。 高 音喇叭的選擇相對容易一些，不象好的中低音喇叭那樣貧乏。因為材料科學(xué)、聲學(xué)全息科技、計算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，軟球頂高音向前邁了一大步，例如Scan- Speak D2905/9500 和 D2905/9700就超越了目前最好的金屬球頂高音。Scan-Speak D2905系列共有9000、9300、9500、9700、9900等共5款，越后的型號價格越高，最初設(shè)計時設(shè)計者使用9000，后來經(jīng)過測試、改 良，設(shè)計者認(rèn)為在Ariel中最適合使用的是9500（使用9000、9300性能有輕微下降，并不推薦使用9700和99

6、00-雖然更昂貴，但分頻器 是為9500設(shè)計的，除非你有精密的測量工具去重新設(shè)計分頻器 ），它是9300的改進(jìn)版，使用磁流體阻尼、冷卻，使用了與最高型號9900相同的無共鳴的振膜后腔。 下圖是9500外形、頻響圖 客觀地說，VIFA P13WH-00-08、Scan-Speak D2905/9500是世界上最自然的、頻響最平直的喇叭之一，頻率響應(yīng)、群延時圖、瀑布圖也是格外的優(yōu)秀。page開發(fā)過程最 初的版本（MK1）比較簡單，三個喇叭裝在同一聲學(xué)腔里-沒有分隔開，采用折疊為兩段的傳輸線，出口在音箱后邊的上方，這個版本的低音比較缺乏，但 中、高音還是比較滿意的。為此設(shè)計者和朋友進(jìn)行了探討和改進(jìn)，

7、嘗試把出口放在離地板幾英寸高的位置（把傳輸線折為三段，出口在下），結(jié)果低音出來了，他們 認(rèn)為是地板對低頻起到反射、提高了低頻效率、功率承受能力并降低了失真，而且聲學(xué)響應(yīng)與房間的聯(lián)系更密切了。后來采用了Randy設(shè)計的新型的傳輸線，它 的特點是：1、混合了1/4波長諧振式（TL）和迷宮式設(shè)計，總長的1/3-1/2點以后為迷宮管道。2、將喇叭單元的位置從傳輸線開始點移動到總長的1 /5位置，并在0點到1/5點填充阻尼吸音物體，其余的適當(dāng)位置也填充一些薄的阻尼物體。這樣就產(chǎn)生了MK2。MK2 是Ariel歷史的較大轉(zhuǎn)折，這個版本提出使用混合1/4波長諧振（TL）、迷宮式的觀念，傳統(tǒng)的1/4波長諧振式

8、很難處理80-200Hz的頻段，該頻 段會有一些諧振產(chǎn)生峰谷，填充太多的阻尼物又會引起動態(tài)的壓縮-這是很難處理的問題。MK2較好的解決了該問題，兩個低音單元有相對分隔的腔體，一 開始是1/4波長諧振式，喇叭單元后傾斜、扭轉(zhuǎn)的隔板減少了該閣板的反射影響，然后到了迷宮部分再合并起來。大家都抱怨扭轉(zhuǎn)15度的隔板較難加工定位，因此MK3改進(jìn)了喇叭后面的隔板，并稍微修正了迷宮，得到的結(jié)果是上低頻部、低中頻部的頻響平滑了。根 據(jù)Ariel俱樂部成員的提議，MK4的每一個單元采用了完全獨立的管道（MK3是在迷宮部分合并了），降低了兩個單元之間的相互影響和因為距離不同而引 起延時干擾。而且迷宮部分之前的1/4

9、波長諧振管的截面逐漸減少，顯著的改善了100-500HZ的中低頻部分的聲染色。有一個問題是在低于8英尺高的房間里低音會偏多，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，可以把音箱離地近一點以調(diào)整出口的大小，來改善這個問題。因 此衍生出MK5B、MK5R、MK5S三個略有分別的版本，MK5B的出口在下方，調(diào)整大小時要將音箱上下移動，MK5R的出口在后面，可以用另外的木版 調(diào)整出口的大小，MK5S的出口在旁邊，而且是分布式的，理論上，三個版本沒有分別，但由于出口位置不同，跟房間的聲學(xué)特性綜合后，總特性是有一點點差 異。最新發(fā)表的MK6，后面板使用不同的木頭材料，并允許填充鐵沙、鉛彈之類的物品，進(jìn)一步降低了箱體的諧振。同時改進(jìn)了

10、迷宮出口，使得很容易調(diào)整出口的大小。箱體的設(shè)計、制作 本箱體的結(jié)構(gòu)跟號角不同，傳輸線里的截面變化是較凌亂的-優(yōu)點是可以降低傳輸線里的空氣流動速度，而普通的號角截面過渡越平滑越好。 高 音喇叭的安裝中心不在面板的垂直中線，而是位于黃金分割點，目的是為了減少面板左右轉(zhuǎn)角衍射引起的上中頻段波動、染色（面板左右轉(zhuǎn)角的急劇變化的邊緣在聲 波的作用下產(chǎn)生衍射，該衍射干擾了喇叭發(fā)出的聲波并又作用在喇叭的振膜上，引起中頻頻響的波動、染色）。同樣，低音喇叭的安裝軸線也偏離垂直中線。制作時 要注意，左右聲道音箱喇叭排列是鏡像的。同時，前面板跟側(cè)板的過渡應(yīng)使用圓弧過度，圓弧半徑為3/4英寸。 前 面板使用兩塊3/4

11、英寸（19mm）的特級MDF粘合起來，另外的外板使用3/4英寸特級MDF（后面板厚度可以增大，例如1英寸或更厚）。里板使用多層 夾板，多層夾板的強度是MDF的3到4倍。當(dāng)沒有合適厚度的板材，應(yīng)保證箱子的里面尺寸相同，在沒有MDF或多層夾板時，里板應(yīng)使用較堅硬的板材，外板應(yīng) 使用相對軟的板材。里板與外板最好用入榫、涂膠粘合的方式固定，不推薦用螺絲來固定，應(yīng)該用精確的木工工藝來保證固定牢度，即涂膠水前先嵌起來，看看是否 已經(jīng)十分牢固。 中低音單元外部直徑是5.53(5 17/32)英寸，邊緣深度是3/16英寸，開孔尺寸為4.56(4 9/16)英寸，高音單元外部直徑為4.125英寸，邊緣深度0.1

12、56(5/32)英寸，開孔尺寸為3.25英寸.安裝螺絲的角度最好在45、135、 225、315度，這里不推薦用木螺釘安裝，因為木螺釘不能提供統(tǒng)一的扭矩、而且不能經(jīng)歷多次拆卸、安裝。應(yīng)該使用T型螺母固定在孔的另外一邊，再使用內(nèi) 六角螺栓固定喇叭。 安裝時喇叭時應(yīng)用襯墊材料，保證沒有漏氣，而且高音喇叭的安裝腔體跟中低音喇叭腔體是隔離的，所以它的引線應(yīng)該用玻璃膠等密封。兩單元的面板不能突出在箱體面板，否則會引起嚴(yán)重的可測量的失真、頻響波動。 阻尼、吸音材料的放置測 試面板阻尼的簡單方法是：放一段動態(tài)大的如合唱、管弦樂，把耳朵貼到音箱的離喇叭近的前、后側(cè)面上，聆聽是否有不良的振動和討厭的嗡嗡聲。Ar

13、iel內(nèi)部 的隔板已經(jīng)對箱體起到了很好的加強作用，如果你的木工水平好的話，振動是很小的，否則要檢討你的木工水平并采取相應(yīng)方法來改善。然 后適量放置一些較薄的海綿、羊毛等材料在中低音喇叭的后面（不要把喇叭的后部的空氣出口堵死）。再象音箱結(jié)構(gòu)圖那樣在隔板的表面貼上1/2英寸厚的羊毛毯 （注意，前視圖中左側(cè)板里表面沒有畫阻尼材料，其實同樣要貼）。在迷宮管道里可以按試聽結(jié)果蓬松地放置一些吸音材料。page分頻器的設(shè)計和改進(jìn)、試聽正 如期望的那樣，由于單元本身的特性就很平滑。一開始Ariel使用了真正簡單的設(shè)計，用2UF的電容串聯(lián)在高音單元，再用16 OHM的電阻并聯(lián)在高音單元上去降低單元阻抗變化引起的

14、影響，理論上是非常完美的，測試結(jié)果也非常的好。但聽起來卻不是很好，就象平常的音箱一樣有點不自 然，產(chǎn)生的高音較多。設(shè)計者多次調(diào)整了C、R的值，但沒有太大的改善，因此說流行的并不總是最好的。后來找到了問題的根源-高音喇叭的最大線性位移很 小，一階分頻器在分頻點及以下的頻段衰減太慢，造成過大的功率進(jìn)入高音單元，造成較大的振膜位移超出線性位移。產(chǎn)生了較大的失真。因此改用 12db/Oct的兩階高通分頻器，高音正接。（另外說一句，其實最初設(shè)計的一階分頻器的高音應(yīng)該反接以對準(zhǔn)相位，設(shè)計者更喜歡使用不同斜率的濾波器令高 音可以正接，達(dá)至更佳的群延時特性）。重新設(shè)計的高通部分如下：C1、L1組成低Q兩階濾波

15、器，R2為阻尼電阻，R3、C3組成感抗補償。低通濾波器也需要進(jìn)行改造，雖然中低音單元頻響很平滑，但相對來說，中頻還是有點突出，因此設(shè)計者設(shè)計了阻抗補償回路，并嘗試改變元件的數(shù)值得到很好的效果，最終的設(shè)計如下：左 邊的LCR電路用來吸收2KHZ附近的30 OHM的阻抗峰，使用后，阻抗峰被限制在8 OHM，10HZ-100KHZ間的阻抗在3.5 OHM到8 OHM之間，200HZ到800HZ間阻抗為4.5 OHM,所以使用膽機(jī)時應(yīng)接在4 OHM端口。使用新分頻器后頻響如下：（測量距離2米，0軸），可以發(fā)現(xiàn)100HZ-10KHZ之間非常平滑，約有2 db的下降，并在3.8KHZ分頻點左右達(dá)到最低點（

16、有點類似人耳的等響度曲線）。高 通的電容是可以微調(diào)的，影響了聲場的遠(yuǎn)近，在乎于個人的喜好和實際環(huán)境、擺位等，設(shè)計者建議如果覺得聲像太遠(yuǎn)，可以把C1改為6UF，如果覺得聲像觸手可 及，則保留在4.7UF。還建議C1不要使用一般如SOLEN等聚丙烯電容，強烈建議使用Teflon 材料的North Creek牌、Hovland牌、或 VTV牌的銀油電容。雖然很昂貴，但這是本音箱最重要的元件，作用十分巨大-其重要性比CD機(jī)、前置放大器還要重要！該電容應(yīng)該在1%內(nèi)配對。并 注意電容的方向（雖然薄膜電容沒有極性，但正反方向還是存在一定的不同）。另外建議嘗試用4.7UF的聚丙烯電容再并聯(lián)0.47UF的Tef

17、lon電容。除 了C1電容可以微調(diào)外，高頻的電平也可以通過改變R1、R2的值進(jìn)行微量調(diào)整。（注：在圖紙里R1由R1A、R1B并聯(lián)而成）例如去掉R1、R2改為16 OHM可以得到較多的高音，R1為1 OHM、R2為8 OHM得到較少的高音，設(shè)計者偏向使用R1為0.5 OHM、R2為10 OHM。電阻值的輕微變化引起音色的變化是非常大的，因此每次改變的增量要小，而且要通過聽大量類型的音樂來確定其數(shù)值。Lynn Olsen設(shè)計、改造、調(diào)試分頻器用了3個月時間，并利用MLSSA、LMS等檢測設(shè)備得到了15個稍微不同的版本。建議沒有測量儀器時，播放粉紅噪音來測試箱體阻尼和分頻器，這樣對某一頻段的聲染色較敏感，但不能聆聽出頻譜的谷點（除非谷點很深）。有條件的可用MLSSA, FFT, LMS等測試、改進(jìn)。請參考公布的MLSSA測試結(jié)果與近場測試結(jié)果。MLSSA測試結(jié)果近場測試結(jié)果(可以看到在房間里，F(xiàn)3向下擴(kuò)展了)分頻器應(yīng)安裝在獨立的木盒子里，并隔離電容的振動，離大的鐵/鋼物體至少12英寸遠(yuǎn)，線圈之間應(yīng)相隔6-8英寸以上并互相垂直放置，線路采用星型接地，并使用雙線分音。擺位的要求建 議將Ariel往內(nèi)旋轉(zhuǎn)一定的角度（喇叭0軸線跟兩喇叭連線夾角為50-55度，即喇叭的