制作High-end A4监听音箱的方法

制作High-end A4监听音箱的方法

本音箱设计合理、制作简单、性能优良，唯一的缺点是造价高昂。本文介绍的high—end A4监听音箱麦S是R Smulders先生专门为喜欢动手制作的音响发烧友设计的(见图1)，它使用丹can—Speak公司最新推出的High—end扬声器单元，音质可达到同类二分频小型音箱目前的最高水平，能满足发烧友在狭小室内空间欣赏音乐的需要。由于箱体的面板尺寸只相当于一张A4复印纸，故取名为“A4监听音箱”。本音箱的主要规格见表1。

一、设计及制作
由于普通家庭室．内空间不够宽敞，要求音箱做得尽可能小巧一些，摆放在室内不致引人注意。然而，音箱的效率no与箱体容积VB和低频-3d8滚降点f3有以下关系：
no＝kn·f33·VB
上式中，kn是箱体系数，对于设计良好的低音反射式音箱，kn＝2x10-6；对于优质的密闭式音箱则kn＝10-6。箱体容积VB的单位是l(升)，f3的单位是Hz(赫)。因此，若要减小箱体容积，就必须升高-3dB低频滚降频率使低频响应变差，再不然就只好允许音箱在较低的频率下工作。如今的大功率功放一般都具有足够的功率富余量，用它们驱动低频率音箱已不成问题，因此某些精心设计的小音箱也有可能具有较宽的带宽和较好的低频响应。当然，箱体容积不能无限制地减小，以免超过扬声器功率极限而烧坏音圈或增大音箱的非线性失真。
本音箱的设计者通过精心设计使小容积箱体与优良音质这两个看起来互不相容的属性成功地实现了恰当的兼顾。低音反射和分频滤波器的调谐都计算得非常正确，结实的箱体无任何共振。当然，使用Scan-Speak公司的high-end驱动单元也是本音箱取得成功的重要因素之一。经试听，本音箱的音质非常接近比它大得多的音箱，以致许多试听者(他们看不见被试音箱)以为他们正在聆听体积较大的音箱．

1、采用二分频方式
两路扬声器系统受蔑视和嘲弄的时代已经一去不复返，四路或五路系统在昙花一现之后已经逐渐减少，许多high-end音箱制造厂家又回到了两路或三路系统。然而，多年来音响界面临一个问题，即两路和三路系统相比哪个更好一些?本音箱的设计者认为，只有当全部条件都是已知时才能找到这个问题的正确答案。即便到了这一步也要记住，任何多路系统都是折衷的结果。理想的解决方案是音箱只使用一只驱动单元，由该单元为20Hz-20kHz整个音频范围提供笔直的相位和频率响应。由于目前还没有这种理想的全音域驱动单元，迫不得已才用两只或三只驱动单元来重放音频范围的声音。在这些单元的分频点上不可避免地会产生一些难以消除和补救的误差，这正是大多数音箱生产厂家限制分频点的数量(即限制驱动单元数量)的原因所在。
多路系统驱动单元的选用取决于重放所需的声压。例如，要求低音具有很高的声压级(SPL)，则需使用一只口径25cm以上的低音单元。遗憾的是，这种大口径驱动单元具有低频响应隆起的倾向，不宜用于1kHz以上频率，也不宜用于两路系统，因为目前的高音单元还不能覆盖1kHz-20kHz频率范围。28mm球顶高音单元通常不能可*地重放2kH2—3kHz的声音，19mm球顶高音单元的低端极限频率则高达4kHz-51kHz。它们的低端频率响应与大口径低音单元的高端频率响应不能实现平滑的过渡。
如果允许低音范围的声压级低于100dB，则可使用一只口径较小的低音单元。在这样低的声压级下通常难以使低频响应下潜到50Hz以下，但本音箱使用的Scan-Speakl5cm低／中音单元在低频下却能产生足够的声输出并能令人满意地重放2kHz-3kHz的声音，这样就不必使用中音单元了。某些口径较小的低音单元设计成能在较小的音箱中令人非常满意的重放低音，本音箱使用的低／中音单元就是一个很好的例证。

2、驱动单元的选用
本音箱的驱动单元选用丹麦Scan-Speak公司的产品(见图2)。该公司原本是独立的制造厂家，几年前被Vifa公司收购后成为Vifa公司的high-end产品分部。Scan-Speak公司的驱动单元大都是手工制作的高品质锥盆式和球顶式产品，它在上世纪八十年代推出的D2905／990000型Revelator(启示者)高音扬声器曾在全世界获得很高的荣誉，被认为是市场上最好的球顶高音扬声器之—。
本音箱使用的15w 8530K00型15cm低／中音单元也属于“Revelator”系列，其盆架设计成适合特殊的长冲程音圈并便于气流通过。由于不存在共振，增强的纸盆具有极好的阻尼作用而且纸盆支环具有良好的线性，该单元在同类产品中能提供最真实的重放和动态性能。
直到现在，Scan-Speak公司生产的高音单元全部是织物球顶式，只有本音箱使用的D2904／980000型28mm高音单元是该公司最新推出的铝球顶式产品。任何球顶的声压频率响应都有一系列的谷点(零点)，它们出现在声波到达球顶顶点与边缘之间的路径差正好是声波在空气中传播路径的入／2倍的频率上。结果在这些零点附近产生相位差，使轴向声输出朝向零点逐渐减小。
出现零点的频率fn是球顶高度h的函数。28mm铝球顶的h＝5mm，于是
fn＝C／入＝345／5×（10）-3＝69kHz
因此，第一个谷点出现在34.5kHz。当球顶单元由装在边缘的相同直径的音圈来驱动时，第一个分裂共振出现在第一个相位零点(即本例中的34.5kHz)的附近，该频率远高于人的听觉范围。该高音单元的共振频率较低(500Hz)，它在重放最高频率时由一个单独悬挂的特制扩散段来使声音实现线性化。它的声音非常开阔、清晰并富于细节。

3、分频滤波器
本音箱的无源分频滤波器为两个驱动单元分别提供相应的高、低音频段，它经过仔细设计使驱动单元的特性与箱体达到匹配，制作时不要轻易改变滤波器电路和驱动单元。

分频滤波器的电路见图3。低／中音单元的1阶低通滤波部分主要由电感L1与电容C1组成，其频响滚降率为每倍频程6dB。网络R1-C1在高频下对该单元(LSl)的阻抗增加起补偿作用，没有它滤波器就不能正常工作。为了尽量减小L1的内阻，该电感用直径0．5mm的漆包铜线绞合成厚1.5mm的Tritec绞合线绕7圈制成盘状空芯电感，其电感量为2.2mH，内阻为0．52欧。使用绞合线的另一优点是集肤效应小。
高音单元的3阶高通滤波部分由C2、C3和L2组成，其频响滚降率为每倍频程18dB。由于两个单元的灵敏度不相同，分压器R1-R3使加到高音单元LS2的功率衰减5dB，以便使两个单元的声输出保持一致。C2和C3对音箱的性能有很大影响，必须由高品质电容器来担任，至少要用金属化聚丙烯(MKP)电容器。据设计者介绍，C2最好是由一只1pF与一只4.7pF的锡箔式(KPSn)电容器并联组成，C3则由两只并联的10uF MKP电容器与一只47uF KPSn电容器串联组成。但试听时，在装有MKP电容器的样品与另一个装有KPSn电容器的样品之间并末听出差别。
整个滤波器的分频频率设计在2kHz，主要目的是在低／中频响应与高频响应之间实现无缝的过渡。从图4所示的频响特性曲线查觉不到分频点，说明本音箱分频滤波器的设计是成功的。由于元件数量少，分频滤波器可装在一块自制的或市售的分频滤波器印制电路板上，如图5所示。该图左边的盘状线圈就是用绞合线绕制的空芯电感L1。注意，LSl和LS2两个驱动单元必须按图3所示的极性进行同相连接，否则会严重降低音箱的性能。

4、箱体制作
本音箱的箱体制作比较简单，只需按图6所示将．6块具有相应开口的箱板紧固在一起即可，无需使用加强板或支柱。高音单元装在偏离面板中央的位置和前面板两侧倒成圆角是为了获得正确辐射方向因而采取的措施。此外，与通常的做法相比，低音反射口不是位于前面板而是位于箱体背后。该反射口内接的出声管可用直径35mm、长123mm稍具锥度的聚氯乙烯塑料管制成。
为了避免箱体共振，对两侧箱板和上、下面板使用22mm厚的中密度纤维板(MDF)，前面板则使用30mm厚的MDF。6块箱板的内表面最好全部贴上4mm厚的铅皮(但较贵)，也可贴上相同厚度的沥青油毛毡进行声阻尼。在箱板开口处应仔细地将阻尼材料剪掉，以免妨碍驱动单元和出声管的安装。
如图6所尔，两个驱动单元应平齐地嵌装在前面板上，否则频率响应会出现若干谷点。后面板上的音箱接线板也采用相同的嵌装方式，不过后者只是为了美观。该接线板具有两只连接喇叭线的大型接线柱，如果打算采用双线分音(bi-wir-ing)连接方式，则可选用具有四只接线柱的音箱接线板。分频滤波器电路板装在箱内底板上，再用优质喇叭线把它与驱动单元和音箱接线柱连接起来。箱体外表可按各人爱好进行喷漆或贴面装饰。

二、实测结果
为了真实而全面地了解本音箱的性能，试验时先进行初步试听，再进行仪器测试，最后进行仔细试听。结果表明，仪器测试与试听结果非常一致，一切都在意料之中，实际试听的效果比仪器测试结果还要好一些。
本音箱的频率特性见图4。对其总的平坦响应和100Hz附近的少许加重不再重复说明。500Hz附近的频率响应有少量下陷，750Hz附近有1.5dB的轻微隆起，这些瑕疵无损于实际性能。它们肯定不是低／中音单元引起的，因为该单元的频率响应平直得像一支铅笔。实际上它们是因前面板尺寸较小而引起的，大多数小型音箱都存在类似现象。图4中用虚线表示的曲线是在低音反射口前面直接测得的低频响应。该反射口调谐到40Hz，图7的阻抗特性更清楚地表明了这点。该图还表明本音箱的阻抗不低于7欧姆，这意味着任何适当的功放都可以驱动它。但最好使用功率储备量大的功放，因为本音箱的灵敏度较低(距离lm处约为85。5dB／W)。

三、试听评价
仪器测试固然重要，但音箱的使用性能只能通过仔细试听来作出最后评价。尽管本音箱容积较小、貌不惊人，但能产生非常开放而真实的声音，用于重放优良的现场录音时效果更佳。它在中音和高音范围重放的声音细节使人联想到静电式音箱，低音紧实、不加渲染且下潜之深出人意料，其低频响的-3dB点位于40Hz附近。
正如人们对优质监听音箱所期待的那样，本音箱不偏向任何一种音乐，它重放古典音乐、爵士乐和通俗音乐都同样地完美、圆润和自然。重放帕瓦罗蒂、里德、菲茨杰拉德和布赖特曼等富有特色的歌声与重放帕尔曼的小提琴声、古德曼的单簧管声和威廉斯的吉他声都一样地真实。总之，本音箱是那种使你很快忘记试听并完全沉浸在音乐之中的少数音箱之一。
然而必须记住，即便是性能这样好的小型音箱，其低频性能也存在某些局限性。不过本音箱的低频局限性并不突出，只是在与大型音箱直接对比时才变得明显。此时需要使用容积比本音箱大10倍的大型音箱才能显露出低频性能的差别。
由于低音反射口位于箱体背后，本音箱不宜直接面朝墙壁摆放。但在试听时把它放在墙壁附近得到的效果比远离墙壁好，此时低音格外温暖，远离墙壁时则声音显得较为冷艳。