低音炮音箱制作與設(shè)計原理 低音炮是如何分類的

超重低音音箱，俗稱低音炮，對營造震撼的氣勢效果具有非常重要的作用．大多數(shù)牌號以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．只可惜市場上的低音炮效果出眾者價位令一般人難以接受。價位實(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，善于動手的影音愛好者卻“自已動手，豐衣足食”，基于此，本文擬就低音炮的設(shè)計原理做簡單的介紹，供有興趣音參考。

一般而言，從低音炮的構(gòu)成來講，低音也分有源與無源二大類，所謂有源低音炮指包含功率放大器的低音炮，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；而無源低音炮即與一般音箱無二，由單元與無源功率分頻器組成，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)計原理和分類

就低音炮設(shè)計原理，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)上一樣，見圖1。

密閉式音箱的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，瞬態(tài)響應(yīng)比較好．即聽感深沉、清晰。不足是，在相同的體積下，與其它類型的音箱相比，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)計方面，有一個工程設(shè)計數(shù)據(jù)供參考．當(dāng)喇叭單元的諧振頻率Fs低于50Hz時，箱體容積最好能夠大于1.4立升。Fs大于50Hz時，箱體容積最好能夠大于2立升。

閉箱在制作、調(diào)校時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)行計算，相當(dāng)于減少箱體的容積。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反復(fù)試聽來決定填充量的多少，以聲音不渾濁(量偏少)，沉悶(量過多)為原則，其它類型音箱也是如此。
對于閉箱型低音炮，對單元的要求相對其它類型音箱要嚴(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≤50。除此之外單元口徑最好大于20cm ,而且屬于長沖程設(shè)討。

2、倒相式音箱

是市場上最多的一類音箱，音箱上設(shè)計有倒相管，即所謂的低音反射式設(shè)計，見圖2。

倒相式音箱，在單元工作于諧振頻率Fs以上錐盆位移相對較小，因而功率承受能力較高，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、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，F(xiàn)s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，宜選用長沖程設(shè)計的單元。

3、帶通濾波式音箱

這種音箱比較少見，參見圖3、圖4，由圖可以看出，它是在閉箱與倒相式音箱的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的.既有閉箱的設(shè)計痕跡，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)增加了一個開口腔，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，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，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)又增加了一個開口腔，即有二個開口腔，其中一個開口腔工作于較低的頻率，另一個工作于較高的頻率，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、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的氣流、聲壓通常比較大，尤其是在大動態(tài)、超低頻信號時，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，以避免在工作時出現(xiàn)氣流聲。
在箱體設(shè)計上，其容積的取值在實(shí)際應(yīng)用中并不是依據(jù)理論計算而來的，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)整來達(dá)到最佳水準(zhǔn)即可，當(dāng)然，其容積越接近工程計算值，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頻解碼還原過程中獲得了一個超重低音信號，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，必然就需要專門的音箱來重放。
就低音炮電路構(gòu)成來分析，一般由前級放大、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，就其作用來說，前級放大就是將AV功

輸出的超重低音信號進(jìn)一步放大到足以驅(qū)動功率放大部分滿功率輸出的幅度，因?yàn)楦鱾€牌號的AV功放提供的超重低音信號電壓不一樣，一般從0.3-1伏不等，所以前級放大還是必要的，前級電路還有一個重要的作用就是起隔離緩沖的意義，因?yàn)楦鱾€牌號的功放輸出的超重低音信號存在差異，有的廠家在設(shè)計上偷料，致使其輸出內(nèi)阻很高，如果直接驅(qū)動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中的低頻以上的信號進(jìn)一步濾除，一般設(shè)計將80-180Hz(很多高檔產(chǎn)品將濾波器低端截止頻率設(shè)計成連續(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，過低音箱容易產(chǎn)生混降聲，過高，容易混入人耳可辨的音樂信號;用于各個牌號的AV功放輸出的超重低音信號是反相還是正相沒有統(tǒng)一規(guī)定，因而，相位調(diào)整就是在低音炮擺放時根據(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；電源是各個電路單元工作的動力，是基本組成部分。需要補(bǔ)充的是，近來一些低音炮還設(shè)計了電源自動控制功能，使低音炮在無信號時自動關(guān)閉低音炮的主電源。

本文提供一種設(shè)計比較完善的超重低音前級信號處理部分電路，其中第一級為信號放大，根據(jù)需要可調(diào)整本級放大倍數(shù)，第二級為50Hz以下超重低音的提升電路，這是一般低音炮電路所沒有的，第三級為頻率可調(diào)低通濾波器，調(diào)整范圍為80Hz-200Hz，第四級為隔離緩沖級，第五級為0-180度相位連續(xù)調(diào)整電路.這也是一般低音炮所沒有的功能單元，很有特色，最后一級也屬于隔離緩沖級，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，可由功率放大級電源經(jīng)電阻降壓取得，以簡化設(shè)計制作難度。對此電路感興趣者，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有什么區(qū)別，為節(jié)約篇幅略去，不過，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，電源功率儲備足夠也是必要的，否則，在大動態(tài)時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)是毫無疑問的，對于低音炮來說，變壓器以及功率放大的輸出功率越大越好。

需要補(bǔ)充說明的是，音箱制作看似簡單，但要做出效果、聽感出色的音箱還真不是件容易的事。在業(yè)余條件下更是比較困難，如果廠家提供的單元參數(shù)比較規(guī)范且提供了參考箱體設(shè)計指南，那在業(yè)余條件下制作音箱相對容易些，低音炮更是如此。當(dāng)然，這并不影響一些資深音響人士憑著一股精神，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、調(diào)試以及驚人的聽力制作出效果出眾的音箱。