低音炮音箱的制作原理及相關(guān)電路介紹

超重低音音箱，俗稱低音炮，大多數(shù)牌號(hào)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(jì)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．

本文擬就低音炮的設(shè)計(jì)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(jì)原理和分類

    就低音炮設(shè)計(jì)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(jì)方面，有一個(gè)工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)供參考．當(dāng)喇叭單元的諧振頻率Fs低于50Hz時(shí)，箱體容積最好能夠大于1.4立升。Fs大于50Hz時(shí)，箱體容積最好能夠大于2立升。
    閉箱在制作、調(diào)校時(shí)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(jì)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(duì)于閉箱型低音炮，對(duì)單元的要求相對(duì)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(chǎng)上最多的一類音箱，音箱上設(shè)計(jì)有倒相管，即所謂的低音反射式設(shè)計(jì)，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(duì)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(jì)、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(jì)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(jì)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(gè)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(shì)，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(gè)開口腔，即有二個(gè)開口腔，其中一個(gè)開口腔工作于較低的頻率，另一個(gè)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(shí)、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(shí)的氣流、聲壓通常比較大，尤其是在大動(dòng)態(tài)、超低頻信號(hào)時(shí)，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(shí)出現(xiàn)氣流聲。
　　在箱體設(shè)計(jì)上，其容積的取值在實(shí)際應(yīng)用中并不是依據(jù)理論計(jì)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(jì)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(gè)超重低音信號(hào)，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(hào)，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(jí)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(jí)放大就是將AV功放輸出的超重低音信號(hào)進(jìn)一步放大到足以驅(qū)動(dòng)功率放大部分滿功率輸出的幅度，因?yàn)楦鱾€(gè)牌號(hào)的AV功放提供的超重低音信號(hào)電壓不一樣，一般從0.3-1伏不等，所以前級(jí)放大還是必要的，前級(jí)電路還有一個(gè)重要的作用就是起隔離緩沖的意義，因?yàn)楦鱾€(gè)牌號(hào)的功放輸出的超重低音信號(hào)存在差異，有的廠家在設(shè)計(jì)上偷料，致使其輸出內(nèi)阻很高，如果直接驅(qū)動(dòng)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(gè)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(hào)中的低頻以上的信號(hào)進(jìn)一步濾除，一般設(shè)計(jì)將80-180Hz(很多高檔產(chǎn)品將濾波器低端截止頻率設(shè)計(jì)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(hào);用于各個(gè)牌號(hào)的AV功放輸出的超重低音信號(hào)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(shí)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(shí)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(gè)電路單元工作的動(dòng)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(jì)了電源自動(dòng)控制功能，使低音炮在無信號(hào)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉低音炮的主電源。

　　本文提供一種設(shè)計(jì)比較完善的超重低音前級(jí)信號(hào)處理部分電路，其中第一級(jí)為信號(hào)放大，根據(jù)需要可調(diào)整本級(jí)放大倍數(shù)，第二級(jí)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(jí)為頻率可調(diào)低通濾波器，調(diào)整范圍為80Hz-200Hz，第四級(jí)為隔離緩沖級(jí)，第五級(jí)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(jí)也屬于隔離緩沖級(jí)，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(jí)電源經(jīng)電阻降壓取得，以簡化設(shè)計(jì)制作難度。對(duì)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(chǔ)備足夠也是必要的，否則，在大動(dòng)態(tài)時(shí)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(duì)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(jì)指南，那在業(yè)余條件下制作音箱相對(duì)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。