自己制作超低音音箱

文章摘要： 显然一架优质的超低音音箱应该既能满足家庭影院的低音需求，又能满足音乐频率的快速变化，换而言之，应当是两种特性的联合体。带动空气振动的能力主要是由音箱中的锥形纸盆提供的，这个纸盆的表面积大小及其振幅决定了其工作特性。不过不必依靠负责而繁琐的数学运算，同样可以简单的将工作原理这样理解：打个比方说，如果你有两只扬声器，其中一只的纸盆的有效表面积是另外一只的一半，那么如果想带动同样多的空气振动，那么纸盆小一些的那个扬声器 其振幅就要达到另外一个的两倍。不过遗憾的是制作一只表面积大的纸盆要比制作一只表面积小而振幅大的纸盆要容易的多。这在一定程度上是由驱动纸盆运动的机械原理决定的，音圈悬浮在扬声器

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    显然一架优质的超低音音箱应该既能满足家庭影院的低音需求，又能满足音乐频率的快速变化，换而言之，应当是两种特性的联合体。带动空气振动的能力主要是由音箱中的锥形纸盆提供的，这个纸盆的表面积大小及其振幅决定了其工作特性。不过不必依靠负责而繁琐的数学运算，同样可以简单的将工作原理这样理解：打个比方说，如果你有两只扬声器，其中一只的纸盆的有效表面积是另外一只的一半，那么如果想带动同样多的空气振动，那么纸盆小一些的那个扬声器 其振幅就要达到另外一个的两倍。不过遗憾的是制作一只表面积大的纸盆要比制作一只表面积小而振幅大的纸盆要容易的多。这在一定程度上是由驱动纸盆运动的机械原理决定的，音圈悬浮在扬声器的磁场区域里，只有一个很小的范围可以进行线性运动。

 
这就是本次DIY所使用的PEERLESS XLS10 10"扬声器

    一只典型扬声器的振幅（或称作偏移量）一般为+/-8mm，如果将这个幅度增大，扬声器虽然还能工作，但是由于音圈已不完全处在磁场范围内，故而扬声器会进入非线性工作区，进而发生声音的非线性失真。这显然是我们不希望看到的，因为它使得原始音频当中出现了新的频率成分，从而改变了原来的面貌。但是简单的增加锥形纸盆的锥径长度也不是解决问题的办法，因为纸盆需要达到一定的刚度才能确保整体一致的振动，否则就会出现锥形中心部分与边缘振动不同步的状况。显然纸盆越大，就需要越强的磁场和声圈来驱动其振动，这样出现振动不同步的可能性也就越大。一般来说，15"已经是使用常规材料、常规工艺制造纸盆尺寸的极限了。在我们今天的DIY工作中，根据需要，可以选用10"或者12"纸盆的扬声器，它们都可以在精确度、纸盆有效面积和最大声压级这几个指标中取得相对的平衡，基本满足我们的要求。

    选择一款合适的10"或者12"扬声器绝非一件容易的事情，因为目前出现的扬声器种类众多，各有所长。所以首先我们要明确选材的标准，这对于判断扬声器的指标是否符合我们的要求非常重要。我们将设计要求罗列如下：

1. 紧凑设计，纸盆的尺寸需要外壳拥有30升容积
2. 封闭型音箱或者有导向孔箱体，或者无源辐射器箱体
3. 带有放大器均衡和有源滤波器的有源音箱系统
4. 可在最大声压级达到100 dB的状态下使声音频率下潜到
5. 整套系统的总体造价控制在800美元（约700欧元）以内

    我们所寻找的10"或12"扬声器需要有较大的振动幅度，可以带动更多的空气振动，但是它同时还需要装备有足够强劲的音圈和磁场系统以保证灵敏度达到要求。同时其还必须拥有一个很低的谐振频率，低等效容积和低Q值，这样一来，它才既能够装进一个相对较小的外壳当中，又能够提供准确和足够深度的低音下潜。经过一番挑选，我们认为了Peerless出品的 XLS10 (830452)和XLS12 (830500)基本符合我们的要求。根据它们的型号您应该可以看出，前者为10"扬声器，而后者为12"的。我们最终选择了10"扬声器XLS10。那么为什么选择它呢？还有我们的30升有效容积音箱是怎么设计的呢？别急，下面您就将看到。

30升容积箱体设计的理论基础（上） 

    实际上，将音箱外壳设计成密封式的并不利于低音效果的还原，因为它会使得滚降幅度达到12dB/oct，在-3dB点(F3, fsb)之下。这就意味着声压级会在-3dB点之前迅速衰降。但是实际上滚降在很大程度上决定于外壳的响度与扬声器Q值的乘积，Q值越低则滚降幅度越低。不过密闭型外壳也有一些优点，刚好可以适用于我们今天的设计。例如低Q值的扬声器在小型密闭外壳当中往往可以提供高速和准确的响应，从而可以为追踪音频变化提供帮助。除此之外，密闭外壳可以阻碍空气流动，从而对于限制纸盆在低频范围内的振动幅度也有一定的作用。将XLS10装入30升容积外壳意味着总质量因数，即扬声器的Q值和外壳结合的参数要下降到0.3。而通常这个参数在0.5到0.7之间才是理论上在密闭型音箱中准确还原低频分量的指标。因此在这个音箱当中F3值应当达到78Hz而同时需要一个非常低的Q值，这样频率范围才能向下扩展到需求的范围，同时频率响应曲线的斜率也要下降到- 6db/octave以下。

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