Hi-Fi音箱的設計理念與技術原理

1、Hi-Fi音箱的設計理念與技術原理作者: 張百良首先介紹一下箱體設計。箱體設計常見有三種類型，即閉箱、倒相箱、傳輸線箱。     閉箱最早是AR公司發(fā)明的技術，早先一直是采用障板式設計，也就在AR發(fā)明了所謂“氣墊式”專利后（即閉箱）才名符其實地成為音箱了，閉箱的特點是低頻力度好、反應迅速、低頻清晰有力，但是下潛深度有限，低頻量感不足。    傳輸線箱是利用聲導管的原理，將單元發(fā)出的后向聲波經(jīng)一段聲導管后，在某一低頻率處與前向聲波同相迭加，從而得以獲得較好的低頻下潛深度。但是聲導管的長度需為幾十赫茲聲波波長的一半，約

2、需幾米長，這樣后向聲波與前相聲波之間雖然相位同相，但有一個幾十毫秒的時間延遲，所以大多數(shù)傳輸線箱的低頻量感雖然不錯，但瞬態(tài)較差，低頻較為混濁無力。縱觀目前世界Hi-FI市場，傳輸線設計基本上很少看到了，筆者的個人觀點是傳輸線箱或許會逐漸消亡，倒相箱與傳輸線的出發(fā)點是相同的都是充分利用后向聲波來加強低頻頻下潛，但倒相式用的是用集中參數(shù)諧振工的倒相方式，來代替?zhèn)鬏斁€式半波長聲導管的分布參數(shù)倒相方式，這樣雖然同樣將聲波倒相了，而附加的時間延遲卻只有十毫秒左右，并且倒相式結構簡單，易加工、易調(diào)節(jié)，故此目前倒相式與閉箱成為目前設計的兩大系統(tǒng)，其它較常見到的還有空紙盆式（被動輻射式），其原理與倒相式相同，

3、且超出本文的范圍之外，故不作介紹。    倒相箱與閉箱相比較，各有千秋。閉箱好在有力度、瞬態(tài)好、清晰，聽古典音樂，尤其是室內(nèi)樂極佳，所以像英國ATC等獨鐘于閉箱。而倒相箱好在低頻下潛較深、量感足、承受功率大、靈敏度高，比較全面能勝任各種場合。熟優(yōu)熟劣只能憑各人喜好了。    監(jiān)聽一號音箱設計時為求低頻下潛深度以及適應性采用的是倒相式設計（而實際上也完全可以作閉箱），為了保證低頻大音壓下不出現(xiàn)功率壓縮，或氣流聲，則倒相管的直徑不易過小。實際設計時，計算公式僅是一個參考，最終要用耳朵較聲來調(diào)整。  

4、  設計完箱體尺寸后，就要考慮箱體制作方面的要求：首先就是箱內(nèi)吸聲材料的選取，吸聲材料的不同，能夠顯著改變箱體有效體積。有些發(fā)燒友受國內(nèi)一些發(fā)燒文章的誤導，迷信采用玻璃棉或石棉來作吸聲材料，玻璃棉的吸音效果雖然較高，并且具有絕熱膨脹的優(yōu)點，但實際上，除非單元不合適，設計出的箱體體積過大，如國內(nèi)一些低檔的高Q、高等效容積喇叭那樣，需要采用玻璃棉來減少箱體實際體積外，采用玻璃棉并無太大的優(yōu)點，而且玻璃棉在音箱中的使用。采用普通海綿、晴綸棉或者長羊毛棉，可以很方便地設計出音質上佳的音箱。監(jiān)聽一號由于設計體積為18升左右，故在設計時選用的就是中泡通孔海綿。  &

5、#160; 箱體板材的選取與處理對箱體音質的影響是巨大的。對板材的要求是相當?shù)膭偠扰c內(nèi)阻尼衰耗特性。目前較好的選材是中密度纖維板（MDF），只是國產(chǎn)的中密板質量較差，要用高密板才能達到進口MDF的效果。但是中密板的內(nèi)阻尼效果依然不夠，我們采用內(nèi)壁貼附特殊配制的瀝青板的方法彌補。這種瀝青板阻尼特性一年四季都較穩(wěn)定，并且阻尼度極佳。先在開好料的箱板板材上涂上一層木工膠，將瀝青板放置居中，并且大頭的釘子間隔4-8cm釘牢，這樣箱板與瀝青板成為一個有機的整體，可以基本上做到“只有喇叭發(fā)聲，絕無箱板發(fā)聲”的理想。    談完箱體的設計，就要談一下音箱的心

6、臟部分分頻器的設計，毫無疑問，分頻器是一對音箱的靈魂，它直接決定了音箱的音色，但以往的一些發(fā)燒友對于分頻器存在著一些機械的認識，如有人曾撰文“痛斥”一階分頻（-6dB/oct)，認為具有無限大衰減的理想濾波器才是最佳選擇，也即濾波器的階數(shù)越高越好，衰減斜率越大越好，這種看法一是只膚淺地看到了分頻器“分”的作用，二是機械地看到了分頻器由高低通濾波器組成這個問題。    關于分頻器，我想談一點哲學，國內(nèi)曾經(jīng)片面地宣傳“一分為二”，而忽略了“合二為一”，而實際上筆者覺得，“一分為二”為表，“合二為一”為本，高音單元音色明亮，可喻之為“陽”，低音單元音色低沉深厚

7、，可喻之為“陰”。陰、陽有對立的一面，也有相互包容的一面，是故古代之太極黑白魚的圖形，并不是一個圓劈為兩半這樣簡單，而是陽之尾就是陰之頭，首尾相連，相生相化，并且黑白魚的眼睛，更是陰中之陽，陽中之陰的所謂至陰至陽，回到分頻器來說，其作用與其說是分割陰陽，勿寧說它是調(diào)合、融冶陰陽于一爐。試想一下，如果分頻點以下，單是低音單元發(fā)音，分頻點以上單是高音單元發(fā)音，那么音色豈不是被割裂了，音像定位也會上下跳動，決無可能達到較好的音質。相反，如果單元質量優(yōu)良，則在分頻點以下以低音單元為主，高音單元為輔，分頻點以上則反之，則分頻點處由于分頻器的調(diào)度之妙，將高低音單元這兩個音色等各不相同的“陰”與“陽”有機地

8、融合為一體，可以得到較佳的音色。    通過以上分析可以看出，在單元性能有保證的前提下，較低階的分頻器肯定是優(yōu)于高階分頻器的，尤其是考慮到高階濾波會帶來的較大的相位變化與較大的時間延遲，低階濾波的優(yōu)點是不言而喻的。當然低階濾波對單元要求相當高，如果分頻點較低，而濾波階數(shù)也較低的話，高音單元的功率負擔就越大，這也是監(jiān)聽一號設計中高音濾波用了二階，而低音用一階的原因之一。    決定高、低音濾波的階數(shù)配合還要考慮到單元本身在分頻點處相位的銜接問題。通過高低通濾波的相位差來彌補單元濾波會帶來的較大的相位變化與較大的時間延

9、遲，低階濾波的優(yōu)點是不言而喻的。當然低階濾波對單元要求相當高，如果分頻點較低，而波波階數(shù)也較低的話，高單元的功率負擔就越大，這也是監(jiān)聽事情    設計中高音濾波用了二階，而低音用一階的原因之一。    決定高、低音濾波的階數(shù)配合還要考慮到單元本身在分頻點處相位的銜接問題。通過高低通濾波的相位差來彌補單元之間的相位差，以獲得較平直的相頻響應，而平直的相頻響應是中頻音色純美自然的必備條件，我在此推薦N601與T301配合時，分頻點取在2.5-3KHz之內(nèi)時，以高通濾波比低通濾波高一階為佳。  

10、60; 其次是阻抗補償，由于低音電感在分頻點的作用不可忽視，故加以適當?shù)淖杩寡a償電路為佳，但補償一定不要過頭，否則會對音色帶來較大的劣化，以補償后的阻抗不低于補償前阻抗曲線的最小阻抗值為佳，對于高音靈敏度的調(diào)整以L型電阻衰減網(wǎng)絡為佳，單個電阻衰減并不會節(jié)約多少成本，而對音色又無好處。    最后還要提一句，一定是雙線分音為佳，至于有些朋友講有些單線分音的箱體改雙線分音后高音過多的問題，是由于其原設計是單線分音，為了抵消低音串擾對高音的掩蔽效應而將高音的靈敏度調(diào)高了一點，改雙線分音后，要將高音衰減加多一點，對于本身按雙音設計的就無此問題，關于雙線

11、分音可以參考音響世界上我的一篇文章。    設計后的音箱做出樣箱后還需要進行一系列的測試調(diào)整，包括阻抗測試、幅頻測試、相頻測試以及失真度頻響曲線、落水圖或者瞬態(tài)響應等，發(fā)現(xiàn)問題進行改進，作為專業(yè)設計一定是在測試無問題后才進行人耳校聲調(diào)整的，因為無科學的基礎就談不上藝術，“皮之不存，毛之焉附”。對于業(yè)余制作，如無測試條件，這一頂只能付之闕如，就一定要認真研究廠方提供的測試曲線，并且吃透原設計，并且在人耳校聲一關多花功夫，才能彌補測試條件的不足。    前面談了很多，僅是音箱設計的技術部分，對于高級Hi-Fi來講，這或

12、許僅占四成，而人耳校聲等藝術部分對于一個好的設計來說卻占到六成。上面談的那些技術部分雖然繁雜，卻畢竟有跡可循，只要下一番功夫，是可以吃透掌握的。而“人耳校聲”這部分不僅要求多聽常聽，對現(xiàn)場音樂有豐富的經(jīng)驗，對于高檔知名器材有深切的了解，更關鍵的是要求具備較深厚的文化藝術根底，對哲學的了解或許不無幫助。正如欲語所言“功夫在詩外”，僅學做詩只能成為“詩匠”，只有博學人文地理等諸般學科，才能冶諸家之長于一爐，鑄就磊磊大觀的“詩才”，以此推之，我們或許可言，“功夫在Hi-Fi外”，這僅指校聲，并且是頂級的要求（對于一般Hi-Fi或許只要適當?shù)募夹g積累和Hi-Fi經(jīng)驗）。  

13、0; 關于校聲，為求得Hi-Fi所追求的中性，必須廣泛的用各類音樂來校聲，因為一種音樂往往只覆蓋某一段或某幾段頻率，用各種音樂來校聲，可以最大可能地把整個頻段調(diào)至最佳。音樂信號中，我個人覺和人聲可能是最復雜、最難重放的，古語有“絲不如竹，竹不如肉”之說，這“肉”就指人聲，而同時人聲又是人們最熟悉、最容易挑剔的。把人聲重放好是非常關鍵的。并且人聲對中頻段的幅頻平坦、均衡、相頻的平直等都非常敏感，所以人聲往往是設計師校聲的最常用手段之一。    聽人聲校聲時，要注意口型、定位、韻味?？谛途劢骨逦投ㄎ粶蚀_穩(wěn)定與頻響的平直、左右聲道的平衡都有很大關系。而人聲的韻味則與相位曲線的平直有著莫大的關系，相位設計乃是這十年來國際上剛剛興起的技術，監(jiān)聽一號的人聲純美，除了單元質量的貢獻外，相位設計功不可沒。    其它，如用大提琴、炮聲、鼓聲來校低頻，小提琴獨奏來校中高頻與高頻的定音，而且打擊樂中鈸等來校超高頻的泛音解析力，而大型的交響樂可以校音場的寬深以及大動態(tài)與復雜場面下的音像定位，而鋼琴音域寬廣，泛音豐富，其音粒的質感與泛音的音色對各頻段的平直響應，有著極高的要求。