超重低音音箱制作

自已制作超低音音箱此文向大家詳細介紹了自己制作超低音音箱的方法，超低音音箱又叫做輔助低音喇叭，是一種專門用于重放低音效果的音箱。主要分以下內部逐步介紹.箱體的結構草圖和思路十分簡單的制作過程成形后的樣子，還滿專業(yè)哦在本文的開頭我要鄭重的提醒大家，雖然我們盡可能的把自己動手制作音箱的方法介紹的更加簡單，但是親手設計和制作一部超低音音箱（又叫做輔助低音喇叭）絕對不會如同從商場里買回一個低音喇叭然后塞到木頭箱子里那么簡單。當然，因為只需精心的制作和調試一只揚聲器，而不需要為不同音域發(fā)音設備的配合而手忙腳亂，所以制作一個超低音音箱又要比制作一個全音域的音箱要容易的多。同時，由于超低音音箱的放音頻率范圍處在人耳可辨聲頻譜的低頻區(qū)，人耳對于這個頻率范圍內聲音的敏感程度要大大低于中頻和高頻區(qū)，所以自己制作出一部能讓自己有點成就感的音箱還是有可能性的。實質上超低音音箱的工作原理有點類似于汽車引擎里邊的活塞，活塞在自己有限的行程內往復運動，而超低音音箱則在有限的頻率范圍內工作。顯然，超低音音箱工作的目的是將你音響系統(tǒng)的低音范圍下潛的更低，這樣一來你的家庭影院系統(tǒng)將帶給你更加震撼的效果。一般說來，超低音音箱放音的頻率范圍在20Hz至100Hz之間，因而要制作一個超低音音箱首先必不可少的就是一個個頭足夠大的低音喇叭。需要注意的是，現(xiàn)在市場上出售的一些所謂超低音音箱和發(fā)燒友們眼中真正的超低音音箱是有所區(qū)別的。你從那些市售的音箱中所聽到的音效其實是依靠其頻響范圍內的波峰推動的，但是這種工作方式對于音頻采樣的還原效果卻毫無正向的推動作用。而商家則利用普通消費者對技術不甚了解的空子，將這個問題隱瞞過去，或者繞過這個問題，而誘導消費者把超低音和低音效果混為一談，并且極力向消費者展示其產(chǎn)品的低音效果，由此誤導消費者。而當采用適當?shù)募夹g手段測試這些音箱時，你會發(fā)現(xiàn)，在超低音的頻率范圍內，這些所謂的超重低音音箱根本無法完成一架真正的超低音音箱所能完成的任務。好在無論是低音炮還是超低音音箱都有一套完整的技術規(guī)范，從基本的數(shù)學理論到實際的技術參數(shù)都可以在資料當中查到，這些背景知識可以幫助你初步判別產(chǎn)品的真?zhèn)蝺?yōu)劣。判別的最直接方式就是觀察并分析這個音箱所使用的揚聲器的規(guī)格，一般情況下，這個規(guī)格參數(shù)是由揚聲器廠家來提供的。如果打算自制一臺超低音音箱的話，那么首先就要明確自身的需求，然后根據(jù)這個需求來選擇一個合適的揚聲器，之后為之配上一個合適的外殼，根據(jù)需要選擇合適的濾波單元。在下面的頁面中我們將討論一下如何選擇上述那些部件，并且介紹一下自己制作發(fā)燒級超低音音箱的方法。前面已經(jīng)提到過，這次DIY的目的是設計制作一臺既能在其工作頻率范圍內提供線性的聲壓級別，同時又能提供精準的音頻采樣還原效果的超低音音箱，從搖滾樂中快速變化的低音鼓到聲音頻率變化平滑的爵士樂再到家庭影院級電影聲效中雷鳴般的爆炸聲，都應該能夠真實表現(xiàn)出來才行。要想將快速低音鼓和雷鳴般的爆炸聲在超低音音箱中完美的表現(xiàn)出來絕非易事，因為二者之間似乎存在著一定的矛盾。其中的后者，爆炸聲的效果需超低音的聲壓周期能夠持續(xù)很長一段時間，然而想準確再現(xiàn)低音鼓的聲響效果，使其聽起來沒有一種遲滯或者拖沓的感覺，則需要超低音揚聲器的振動周期較短，從而能夠跟上和捕捉到快速變化的鼓聲細節(jié)。在這一點上，絕大多數(shù)市售的所謂超重低音揚聲器都是達不到要求的。所以你就會發(fā)現(xiàn)，市售的那些專門為家庭影院而定制的超重低音音箱在播放快節(jié)奏的音樂時效果就不太理想，反之亦然。家庭影院產(chǎn)品要求超低音音箱能夠大幅度振動從而使大量空氣隨之振動以達到準確還原爆炸聲或者其它低頻效果的目的，而音樂播放則要求音箱能夠低幅度但快節(jié)奏的振動從而有效的控制空氣的運動來實現(xiàn)聲音頻率的快速變化效果。顯然一架優(yōu)質的超低音音箱應該既能滿足家庭影院的低音需求，又能滿足音樂頻率的快速變化，換而言之，應當是兩種特性的聯(lián)合體。帶動空氣振動的能力主要是由音箱中的錐形紙盆提供的，這個紙盆的表面積大小及其振幅決定了其工作特性。不過不必依靠負責而繁瑣的數(shù)學運算，同樣可以簡單的將工作原理這樣理解：打個比方說，如果你有兩只揚聲器，其中一只的紙盆的有效表面積是另外一只的一半，那么如果想帶動同樣多的空氣振動，那么紙盆小一些的那個揚聲器其振幅就要達到另外一個的兩倍。不過遺憾的是制作一只表面積大的紙盆要比制作一只表面積小而振幅大的紙盆要容易的多。這在一定程度上是由驅動紙盆運動的機械原理決定的，音圈懸浮在揚聲器的磁場區(qū)域里，只有一個很小的范圍可以進行線性運動。這就是本次DIY所使用的PEERLESSXLS10揚聲器一只典型揚聲器的振幅（或稱作偏移量）一般為+/-8mm，如果將這個幅度增大，揚聲器雖然還能工作，但是由于音圈已不完全處在磁場范圍內，故而揚聲器會進入非線性工作區(qū)，進而發(fā)生聲音的非線性失真。這顯然是我們不希望看到的，因為它使得原始音頻當中出現(xiàn)了新的頻率成分，從而改變了原來的面貌。但是簡單的增加錐形紙盆的錐徑長度也不是解決問題的辦法，因為紙盆需要達到一定的剛度才能確保整體一致的振動，否則就會出現(xiàn)錐形中心部分與邊緣振動不同步的狀況。顯然紙盆越大，就需要越強的磁場和聲圈來驅動其振動，這樣出現(xiàn)振動不同步的可能性也就越大。一般來說， 15"已經(jīng)是使用常規(guī)材料、常規(guī)工藝制造紙盆尺寸的極限了。在我們今天的 DIY工作中，根據(jù)需要，可以選用10"或者12"紙盆的揚聲器，它們都可以在精確度、紙盆有效面積和最大聲壓級這幾個指標中取得相對的平衡，基本滿足我們的要求。1選擇一款合適的10"或者12"揚聲器絕非一件容易的事情，因為目前出現(xiàn)的揚聲器種類眾多，各有所長。所以首先我們要明確選材的標準，這對于判斷揚聲器的指標是否符合我們的要求非常重要。我們將設計要求羅列如下：緊湊設計，紙盆的尺寸需要外殼擁有30升容積封閉型音箱或者有導向孔箱體，或者無源輻射器箱體帶有放大器均衡和有源濾波器的有源音箱系統(tǒng)4?可在最大聲壓級達到100dB的狀態(tài)下使聲音頻率下潛到5.整套系統(tǒng)的總體造價控制在800美元（約700歐元）以內我們所尋找的10"或12"揚聲器需要有較大的振動幅度，可以帶動更多的空氣振動，但是它同時還需要裝備有足夠強勁的音圈和磁場系統(tǒng)以保證靈敏度達到要求。同時其還必須擁有一個很低的諧振頻率，低等效容積和低 Q值，這樣一來，它才既能夠裝進一個相對較小的外殼當中，又能夠提供準確和足夠深度的低音下潛。經(jīng)過一番挑選，我們認為了Peerless出品的XLS10（830452和XLS12（830500基）本符合我們的要求。根據(jù)它們的型號您應該可以看出，前者為10"揚聲器，而后者為12"的。我們最終選擇了10"揚聲器XLS10那么為什么選擇它呢？還有我們的30升有效容積音箱是怎么設計的呢？別急，下面您就將看到。實際上，將音箱外殼設計成密封式的并不利于低音效果的還原，因為它會使得滾降幅度達到12dB/oct，在-3dB點（F3,fsb之下。這就意味著聲壓級會在-3dB點之前迅速衰降。但是實際上滾降在很大程度上決定于外殼的響度與揚聲器Q值的乘積，Q值越低則滾降幅度越低。不過密閉型外殼也有一些優(yōu)點，剛好可以適用于我們今天的設計。例如低Q值的揚聲器在小型密閉外殼當中往往可以提供高速和準確的響應，從而可以為追蹤音頻變化提供幫助。除此之外，密閉外殼可以阻礙空氣流動，從而對于限制紙盆在低頻范圍內的振動幅度也有一定的作用。將XLS10裝入30升容積外殼意味著總質量因數(shù)，即揚聲器的Q值和外殼結合的參數(shù)要下降到0.3。而通常這個參數(shù)在0.5到0.7之間才是理論上在密閉型音箱中準確還原低頻分量的指標。因此在這個音箱當中F3值應當達到78Hz而同時需要一個非常低的Q值，這樣頻率范圍才能向下擴展到需求的范圍，同時頻率響應曲線的斜率也要下降到-6db/octave以下為了證實XLS10能夠在密閉音箱中達到其它一些需求，我們還需要進行模擬計算，不過這次是針對電源輸入功率的預計。我們需要的聲壓級是20Hz100dB而XLS10的額定輸入功率是300瓦。但是這個數(shù)值意味著如果我們不調整揚聲器最大振幅的話，根本達不到設計的要求。顯然揚聲器需要工作在最大振幅之下。下面兩張圖片分別說明了在300瓦輸入功率下頻率與聲壓級和振幅的關系：在第二張圖片上可以看到，在頻率到達30Hz點時揚聲器已到達線性工作的最大振幅，在20Hz時振幅達到17.4mm，已經(jīng)越過了線性工作范圍。因而為了確保揚聲器線性工作，總質量因數(shù)必須達到0.3，然而此時XLS10無法在密閉30升音箱中在20Hz時達到100db聲壓級。同樣也可以試用60升音箱，將音量加倍，或者使用15升音箱，將音量減半，得到的結果時相同的。顯然下一步我們需要試用的是帶有導向孔的音箱外殼，在同等音量下，看一看能否得到更理想的結果。一個帶有導向孔的，或者叫做低音反射音箱具有通過調諧孔擴展低頻響應范圍的功能。這個調諧孔和揚聲器協(xié)調工作以使之達到更低的頻響范圍。實質上當從調諧孔（即導向孔）發(fā)出的聲波與從揚聲器發(fā)出的聲波在頻響范圍或更低的范圍內是同相位時，這樣就起到了將低頻分量輸出放大的作用，同時，由于這種放大作用的存在，可以使得揚聲器工作幅度的下降得以實現(xiàn)。不過缺點是，當這個聲波與揚聲器振動的聲波發(fā)生180度的反相時，理論上聲波將被全部衰耗掉，而實際上也將受到很大的衰減，這就使得揚聲器振幅必須加大。而另外一個缺點就是這種方式提升了諧振頻率的阻抗，這使得聲圈的工作溫度大大增加，同時有可能引入諧波失真。幸好在我們的工作過程中， XLS10揚聲器沒有遭受到這些不利因素的困擾，其通風性能良好的四層全鋁音圈使得上述因素的影響降低到了最小。將XLS10裝入30升有效容積的外殼意味著導向孔的最大直徑將受到限制，因為其大小必須符合外殼尺寸的要求。當然如果是一個較長的導向孔可以通過彎曲的方式置入外殼之內，但是這樣會增加設計的復雜程度。除去端口的長度我們還需要使用加倍擴張的導向孔來防止端口引入的噪聲帶來的影響，因為這個噪聲對于聲壓級的影響非常強烈，有可能使得整個設計前功盡棄。為了得到一個平坦的頻率響應曲線，我們建議將導向孔輸出的頻率調諧在 25Hz為佳，此時系統(tǒng)的頻響曲線如下圖所示：顯然這個曲線已經(jīng)比上一頁中采用封閉式音箱時的頻率響應曲線好了不少。曲線顯示導向孔音箱可以提供更低的頻率輸出，但是美中不足的是，該曲線在20Hz點左右開始發(fā)生急劇變化，而這會很大程度上影響到 20Hz時的聲壓級和振幅，而此時導向孔的直徑已經(jīng)達到了72mm，這足以使噪音有可乘之機。結果就是，即便是非常小的噪聲，也會影響到最終的放音效果。在上面的圖中我們可以看到，在20Hz達到100dB聲壓級的目標已經(jīng)基本上實現(xiàn)了，紙盆的振幅控制在12.5mm以內而空氣的最大運動速度為34.1-m/s。同時非常值得注意的是，此次我們的放大器只消耗了160瓦的功率，而在封閉型音箱中，XLS10消耗的功率幾乎是這里的兩倍。當然同樣也有一些缺點，首先導向孔的長度需要不少于607mm，這也就意味著我們必須將其彎曲才能裝進容積有限的外殼之內。另外，這種方案已經(jīng)接近了在導向孔音箱中揚聲器振幅和空氣運動速度的極限。那么無2源輻射器箱體又能夠帶來哪些更好的特性呢？無源輻射器基本上就是一個不帶音圈和磁鐵的揚聲器紙盆，它可以和導向孔一樣被安置在音箱的適當位置，并且通過在紙盆上增加額外的質量就可以將其調節(jié)到適當?shù)墓ぷ黝l率。這種方式的優(yōu)勢顯然在于可以無需使用長而彎曲的導向管從而使整個音箱受到噪聲的影響，同時，由于無源輻射器的作用，揚聲器的工作幅度可以不必過大，從而延長了揚聲器的使用壽命。于是我們再次將PeerlessXLS1無源輻射器裝入30升外殼中，并增加了400克的質量。實際上這個無源輻射器就是一個沒有聲圈和磁鐵的 XLS10揚聲器。同樣，這個無源輻射器也可以用相同的方式被導向孔取代，工作形式類似。下圖是測試曲線：在圖片中可以看到，放大器所消耗的功率比前兩次更小了，只需要120瓦。而揚聲器的振動幅度也大大低于最大允許幅度。不過稍顯遺憾的是無源輻射器的振動幅度超過了其最大允許值22個毫米，而唯一的解決辦法是繼續(xù)增加無源輻射器的質量，但是這樣一來，其工作頻率將進一步降低。增加質量很容易，只要在紙盆的背面擰上一小塊金屬就可以了，比如紙盆總質量是600克，加上200克的質量，那么無源輻射器的工作幅度就可以減小 40％。如下圖所示：另外這種方式還有一個優(yōu)點就是使得低頻響應的線性區(qū)域得到擴張，同時放大器所消耗的功率還沒有增加。這樣一來，選擇那種外殼方案已經(jīng)一目了然了。 PeerlessXLS1揚聲器與XLS10無源輻射器的配合幾乎可以滿足我們設計之初的所有要求。它使得超低音音箱的頻率響應可以輕而易舉的定位在準確的范圍內，而且工序并不復雜，只是簡單的增加一個濾波器和放大器輸入。在實際的解決方案中，如果將超低音音箱放置于緊貼墻面或者緊貼墻角的位置，也可以提供基本差不多的效果。另外，由于低頻聲音的自然屬性，不需要額外的均衡器就可以實現(xiàn)線性頻率響應。下面我們就將選用這種方案來實地進行設計，首先是外殼的設計，這一步看似簡單，但是實際上需要一定的工藝水平，因為其對超低音音箱的最終效果起到了很重要的作用。箱體的結構草圖和思路顯而易見，如果你要將一個質量達到1100克的10"揚聲器裝入一個30升容積的箱殼當中，你必須事先精打細算，確保安裝得嚴絲合縫。材質較厚得木質板材外圍和內部起到支撐箱體作用的梁柱都會對整個音箱的共振效果產(chǎn)生影響，因此必須對此做出驚精確的計算。在音箱中大約有 10％到35％的的聲音并不直接發(fā)源于揚聲器紙盆，而是發(fā)自箱體表面的振動。這也就是說，如果外表面設計合理，可以對聲響效果產(chǎn)生很大的正面作用，這樣要比單純提升紙盆性能更加高效。在我們的設計中，箱體設計并非只是為了擺放揚聲器和無源輻射器，我們同時還要為放大器設計合理的安放位置。這款放大器最小輸出功率為120瓦，輸出阻抗8歐姆。根據(jù)預算的要求，可以有幾款放大器用于選擇，它們是ThommessenSW2.5Hypex'sexcellentDS4.0DetonationDT300,或者也可以選擇更強勁的ThommessenSW6.0不過其中任何一款放大器都需要足夠的獨立密閉空間來施展自己的身手，這一點必須注意。我們的外殼設計過程其實就是從不同方案中挑選出最佳方案的過程，我們試用了不同的外圍面板厚度，不同的內部支撐梁方法。最終我們選用了使用支撐梁將箱體分成幾部分的方案。這樣每一個部分都有多于四個內表面。音箱外殼使用了22mm中密度纖維板，邊角處使用45度切割以用來保證邊角結合時不會留下縫隙。我們沒有使用阻尼隔音材料，因為在超低音音箱工作的頻率范圍內，使用阻尼材料是沒有意義的。箱體的結構草圖和思路顯而易見，如果你要將一個質量達到1100克的10"揚聲器裝入一個30升容積的箱殼當中，你必須事先精打細算，確保安裝得嚴絲合縫。材質較厚得木質板材外圍和內部起到支撐箱體作用的梁柱都會對整個音箱的共振效果產(chǎn)生影響，因此必須對此做出驚精確的計算。在音箱中大約有 10％到35％的的聲音并不直接發(fā)源于揚聲器紙盆，而是發(fā)自箱體表面的振動。這也就是說，如果外表面設計合理，可以對聲響效果產(chǎn)生很大的正面作用，這樣要比單純提升紙盆性能更加高效。在我們的設計中，箱體設計并非只是為了擺放揚聲器和無源輻射器，我們同時還要為放大器設計合理的安放位置。這款放大器最小輸出功率為 120瓦，輸出阻抗8歐姆。根據(jù)預算的要求，可以有幾款放大器用于選擇，它們是ThommessenSW2.5Hypex'sexcellentDS4.0DetonationDT300,或者也可以選擇更強勁的ThommessenSW6.0不過其中任何一款放大器都需要足夠的獨立密閉空間來施展自己的身手，這一點必須注意。我們的外殼設計過程其實就是從不同方案中挑選出最佳方案的過程，我們試用了不同的外圍面板厚度，不同的內部支撐梁方法。最終我們選用了使用支撐梁將箱體分成幾部分的方案。這樣每一個部分都有多于四個內表面。音箱外殼使用了22mm中密度纖維板，邊角處使用45度切割以用來保證邊角結合時不會留下縫隙。我們沒有使用阻尼隔音材料，因為在超低音音箱工作的頻率范圍內，使用阻尼材料是沒有意義的。整個外殼用到的材料如下：-4x面板，350x600-mm所有邊角采用45度切割-2x頂板和底板，350x350-mm所有邊角采用45度切割-1x內板,306x556-mm-1x內板,194x306-mm上開有兩個直徑100-mm的圓洞-1x內板，90x306-mm上開有兩個直徑20-mm的圓洞3-2x攀條，75x267-mm4x橫拉條,75x142-mm在圖片中你可以看到，從標注的那些數(shù)字就知道這個音箱的體積著實不一般。我們最終選用了ThommessenSW6.（放大器，如果你選用的是其它型號的放大器的話，你就得根據(jù)實際情況更改箱體的設計方案和各部件的尺寸參數(shù)。-十分簡單的制作過程剛才分析介紹了那么半天，實際上組裝這部超低音音箱的過程非常簡單，只要所有的面板部件都精準的切割好，那么你就可以順利的開始了。組裝的過程是由內到外。也許你以前從未做過類似的工作，那么親自動手試一下也是一件非常有趣的事情。首先將面板搭起來，成型后用帶子或者繩子綁扎起來，這樣外形就可以得到很好的固定，這時候你需要對各個面板做一些微調，待所有的部件都嚴絲合縫的對齊之后，向縫隙處灌入膠水，一般使用乳膠就可以了，使之粘在一起，個別部分如果沒有支撐則需要用夾子固定在涂抹膠水，另外為了確保箱體的密閉性，在縫隙較大的地方要多涂抹一些膠水以確?？p隙被遮蓋住，待膠水晾干后，產(chǎn)品就最終成型了。無源輻射器的制作也不是十分復雜，在該部件的背面本身就有用于擰接重物的螺口。固定重物的過程要注意，不能傾斜，不能影響到無源輻射器本身的工作。我們使用普通的1毫米厚，直徑82毫米的鉛片來做為添加的重物。在安裝完畢并確保安裝位置準確無誤之后，要在其上噴涂黑色涂料。你一共需要三塊這樣的鉛片來達到共計200克的質量。自上向下依次是鉛片、沒加鉛片的無源輻射器和添加了噴涂成黑色的鉛片的無源輻射器待膠水完全晾干并固定后，這個過程一般需要24小時左右，你可以開始進行最后一步的組裝了。如果你想使你的音箱更加專業(yè)，那么你就需要對其進行反復的打磨，同時確保每一個縫隙或者