自製高品質有源超重低音音箱

    很多發燒友普遍使用6.5～8英寸低音單元的音箱，這些音箱的低頻下限比較低，低音聽起來雖然有力，但能量和延伸能力卻不足。眾所周知，低音是音樂信號的基礎，它在很大程度上影響聽音的氛圍，缺失低音信號聲音會顯得輕飄而不真實，而在正規的家庭影院播放中，超重低音箱是很重要的一分子，如果少了重低音的烘托，那就完全失去臨場感，也就是說不真實。
    因此，筆者建議，如果有條件，還是選用中大型落地箱為好，以得到更豐富的低頻響應，而組建家庭影院時，應把超重低音音箱考慮進去。當然，如果原來的系統沒有豐富的低頻效果，你也可單獨添置一個優質的超重低音音箱來提高重播效果。不過，好一點的超重低音音箱售價不菲，既然我們有能力去自己設計製作書架箱或落地箱，那麼我們是否也能自己做一個好一點的超重低音音箱呢?答案是肯定的，有興趣的讀者不妨跟隨著我依葫蘆畫瓢。

理想的超重低音箱的概念
     在製作前，我們應對什麼是“好一點的超重低音音箱”有一個基本的概念。筆者認為衡量超重低音音箱的品質高低有幾個方面。
1.好的超重低音箱必須是有源放大的
    所謂“有源放大”就是內置功放的，而無源超低音音箱是沒有內置功放，箱內只有無源分頻器，要和主音箱共用或另配功放。無源超低音音箱是利用前級的音量控制來決定音量，如果超重低音音箱的靈敏度或音量和主音箱不平均，會引發聲場混亂、頻響不均衡、聲像定位出不來等情況，而此時超重低音音箱的擺位又不能解決這一問題，這些問題就難以改善。加上超低音大口徑單元的振動質量肯定大於主音箱單元，故發聲速度要慢一些，加了這種超重低音音箱之後，效果往往很渾濁。
    有源超低音音箱是專門為低音重播而設計的。它的工作特徵是信號直入帶有源分頻的前級。100 Hz以下的頻率由專用的低音放大器放大后驅動超低音音箱。100 Hz以上的頻率經分頻後送至放大器，放大後由主音箱播出。這時要有一個獨立的音量控制用來控制超低音音量跟主音箱在音量上的比例。
    正規的添加超低音音箱是超低音在交叉分頻頻率以下工作(例如100 Hz或120 Hz)，而主音箱在交叉分頻頻率以上工作，不過這樣的分頻器要設在信號源輸出之後，主聲道前級之前，因而，一些高級的超低音音箱都設有一對左右聲道輸出端子，但在日常使用中很多人都是直接從前級輸出直駁入超低音音箱。
    由此看來，有源超低音音箱所用的單元和內部磁路結構、專用的低頻提升技術，以及分頻放大器、箱體等都是為低頻再現而服務的。因此，有源超低音音箱的表現並非無源音箱所能比擬的。

2.超低頻量感要充足，延伸要足夠低
    超低音音箱的功能就是彌補主聲道音箱的低頻不足。

3.超低音單元要能承受大功率而不失真
    眾所周知，面積越大的振膜低頻潛得越深，同時為了要達到充足的能量，大多數的超低音單元都在10英寸以上，單元的振膜越大，相對的質量也會增加，單元的運動不容易受控制，這時需要較大的控制能量既較強的輸入功率。否則，振膜的動靜不能令行禁止就會使聲音模糊，如果單元反應的速度跟不上音樂的速度，就會造成低頻段的失真，使聲音模糊不清，同時也會讓低頻變得軟弱而不夠力。

4.要有設計合理堅固的箱體結構
    超低音是音箱播放中失真最嚴重的頻段，但低頻段其實也藏有許多細節和質感，像低音大提琴與管風琴的低頻就不一樣，絕不是轟轟響模糊一片的盲目“雄渾”感，性能優異的超低音還可以輕易聽出堂音、細節以及音色等各種巧妙的變化，反應快的超低音可以重現出凝聚的衝擊力和有效提升分析力並與中、高頻段銜接良好。箱體的長寬高比例和堅固與否會直接影響到超低音的細節清晰度、分析力、速度感、瞬態反應等，因此不能等閑視之。

選材設計製作
    就上述幾個觀點，這款DIY的有源超重低音箱將通過精心選材、精心設計製作來達到媲美優質商品機的效果。
    首先我們選用的低音單元是惠威Hi-FiRESEARCH 12英寸的W12低音單元(如圖1)。它的特徵是採用高損耗、高順性、超薄、耐疲勞橡膠折環和德國KEVLAR增強紙基複合材料振膜，配以高散熱塗層、無渦流損耗、高承載功率76 mm音圈和耐高溫SV線以及一體化高密度鋁盆架，它的對稱磁場(SMD)驅動系統可減少音圈電感與反電動勢的相互調製，加上超長衝程線性位移設計，使它有著承受功率大，fo(諧振頻率)和Qts(品質因數，總Q值)較低，瞬態好，低頻響應極佳，低音豐滿有力，高清晰度和解析力，動態大，低失真的優點，很適合做有源超低音。
W12低音單元的幾個主要相關參數是：額定阻抗8Ω；諧振頻率(fo)28 Hz； 額定功率150 W(最大300w)； 靈敏度(2.83V，1m)90 dB；總Q值0.42；振動質量89.7 g；等效容積(Vas)156 L。圖2是它的結構尺寸圖。
 
    選定單元后，應當考慮推動這個低音單元的功率大小，為了很好地控制低音單元的運動，筆者認為功率放大器輸出的功率不宜小於低音單元的150 W 額定功率，但也不宜大於它的最大300W 輸入功率，因此所用的功率放大器輸出功率應在200 W(8Ω)左右。對於一般幾十平方米聽音室而言，如果設計合理，這個功率已足夠。
    超重低音音箱用的功率放大器不僅要有大推動力，同時其瞬態失真要小、反應速度要快。這裡採用的恆流功放驅動，是用線性元件把流過揚聲器音圈的電流取樣反饋到功放輸入端，使放大器以固定電流方式驅動負載，這樣就很好地解決功放內非線性失真或瞬態失真不能兼顧的問題。
    使用恆流功放驅動還有不少好處，首先，輸到揚聲器音圈的電流不受揚聲器阻抗的影響，因而簡化了保護，提高了可靠性；其次是反饋取樣電壓與流過揚聲器音圈的電流成線性關係，不存在相位差，減少了功放內部的瞬態失真，系統的瞬態失真指標取決於揚聲器的瞬態特性；其 是用輸出負載特性的功放驅動阻抗隨頻率變化的負載，會增強聲音的力度和解析力，反應速度也快。圖3就是超重低音箱用的主動伺服式功率放大器。它是專門根據W12低音單元的相關參數作了取樣設計。該線路可輸出200 W左右的RMS功率，為上下對稱分別採用負反饋恆流設計，這種線路的特點是負反饋分別加在輸入級晶體管的發射極上，與各自的偏置電路組合成獨立的上下對稱線路，優點是前級的發射級不易混入雜訊，功放有很高的信噪比。
    伺服均衡相位、音量控制線路的設計特點是從音源或前級輸出的信號經L，R輸入送到運算放大IC1A的輸入端，開關K1和IC1B就是用來控制信號的正反相，使之與主音箱有更正確的相位匹配。由三聯波段開關K2和IC1C構成的線路是以巴特沃斯三階低通濾波器組成的約40 Hz，55 Hz，75 Hz，100 Hz共4個低頻輸入截止點。
 
圖3 起重低音音箱用的主動伺服式功率放大器
    圖4是主動伺服式功率放大器所用的電源圖。發燒友都知道，好的功放在電源上下的功夫並不比線路少，為了取得更出色的音效，該機採用了一個約650 w 的R型優質變壓器，R型變壓器的漏磁和效率比常見的環型或EI型變壓器要好，溫升低，放在使用環境相對複雜的超重低音箱內部明顯比環型或EI型變壓器有優勢。
 
    該機的前後處理線路各有自己獨立電源供應，繞組是分開的，其中，控制線路的供電採用三端穩壓處理后輸出正負15V的電源供電給IC1和IC2，后級功放為了減少電源內阻，用4對中等容量濾波電容並聯輸出，以得到更快的反應速度。為了進一步減少箱內磁場的互相干擾，整個主動伺服式功率放大器裝在一個30 cm×35 cm×9.5 cm的厚鋁金屬機箱內，其中散熱器是裝在箱體的外表，以利於散熱。
    得到主動伺服式功率放大器所佔的容積大小后，我們就可以很方便地求出超重低音箱的內腔容積大小。從W12低音單元的幾個主要相關參數來看，該單元較適合做倒相箱，為了取得相對平坦而不是渲染的低頻響應，有較出色的瞬態響應和良好的低頻延伸，在設計箱體時是採用SC4響應設計。用SC4響應設計是倒相箱設計方案中的較好選擇，它的特徵是箱體比較大，但它卻有著很低的調諧頻率和相對出色的瞬態響應以及較低的失真輸出特點，可能有讀者問為什麼不採用更好的SBB4響應設計? SBB4當然更好，但我們在綜合考慮了兩種設計的音質與箱體的大小關係后，認為SC4響應足以滿足高水平的聽音要求。
    用SC4響應設計的倒相箱雖好，但它要求低音單元有較低的Q值，w12低音單元的總Q值是0.42，基本附合這種要求。該超重低音箱是按查表方式設計的，表1收錄了從0.37～0.44的低Q值SC4設計數據，在設計不同Q值的SC4響應倒相箱時，讀者也可用此數據設計。
 
    根據表1，我們很快就能求出該超重低音箱的內空容積。
求箱體內空容積Vb：
Vb= Vas÷α=156÷0.9113=171.2(L)
求箱體的調諧頻率 ：
fb= (fh÷fo )×fo=1×28=28(Hz)
求音箱的低頻截止頻率f3：
f3= (f3÷fo )×fo=0.937×28=26(Hz)
求倒相管長度L：
Lv =2350Dv² ÷(fb²×Vb)-0.73Dv
    其中Dv是倒相管的開口直徑，為得到很好的線性，這裡取值100mm，經計算，Lv≈102.1 mm。
    按照箱體容積公式計算所得的值均為凈容積，實際計算時要記得加上內置功放的體積(10升左右)和揚聲器的容積(約為4升左右)，而加固支撐件的體積可設在9升左右，這樣，箱體的最終容積V=171.2+10+9+4=194.2 L，實際製作時可按195 L計算箱體尺寸。
    箱體內部凈空的高、寬、深尺寸比與音質有密切關係，如果尺寸比選擇不當，有可能導致兩個甚至三個軸向振動頻率重疊，產生難以消除的駐波干擾，讓聲染色加重。為減少不必要的影響，本箱的高、寬、深比例取值為1.3:1:1.2。經計算，箱體內部凈空的高、寬、深尺寸分別為65 cm，50 cm，60 cm。箱體用25 mm厚的中密度纖維板(MDF)製作，為提高箱體的剛性，箱體內部設有一個支撐板，同時前障板用兩
塊25 mm厚的中密度纖維板(MDF)粘合起來，以減少箱板共振帶來的音染，得到較清晰的音效。圖5是該音箱的製作尺寸圖，製作時請注意各障板接觸面要加工平直，結合面要塗上木工膠使其接觸面緊密，並用木螺絲收緊，確保接合緊密牢靠不漏氣。為平衡前後障板的重量，主動伺服式功率放大器設在後障板，散熱器為外露式設計。從該箱的后障板布置圖中可以看出，倒相孔是開在背後的，也就是說，該箱在擺位時不要太靠近后牆。
 
    一般音箱內的吸聲材料的放置方法有粘貼法和填充法兩種，倒相式音箱常採用粘貼法，該箱的吸聲材料用量是在箱壁鋪上用棉布包裹的5 cm厚左右的礦棉。如果覺得低頻能量過多，可適當加厚吸聲材料。這樣，音箱的總Q值(Qts)下降，可以改變低頻厚度，使低音更清晰，提高瞬變反應速度。為了超低音箱得到清晰高解析度的低音，該箱宜選用金屬釘腳，最好是用銅質的腳錐。

使用建議
    使用中，如果低頻輸入截止點調得過高，與主音箱低頻段重疊過多，低頻在某些頻段顯得渾濁拖沓，將影響低頻的速度和清晰度。相反，當低頻輸入截止點調得過低時，低頻也會出現不連貫的現象，讓人覺得主音箱與超低音箱是“各自工作”。因此，選擇合理的低頻輸入截止點會使主音箱與超低音箱實現平滑的低頻過渡，低頻量感會增加但又不會覺得有過於突兀、渲染，讓整體氣勢渾然一體。一般的調整原則是
如主音箱的-3dB低頻下限為6O Hz的，宜選55 Hz低頻輸入截止點，也可以這樣粗略調配。如主音箱的低音單元是4～5英寸的，可選75 Hz低頻輸入截止點；如低音單元是6～7英寸，選55 Hz低頻輸入截止點或更低檔。
    超低音箱的音量調整不要調得過大(最好不要超過10點鐘)，防止超低音過於喧賓奪主和減少失真。在相位的調整時，先放一段低頻較豐滿的音樂，然後將相位分別設定在0°及180°位置，比較這時的低頻的量感，以量感豐滿、聲音清晰、凝聚者為佳。當調整好后，超低音箱已融入整套系統中，你就會感受到它的威力。
    自己製作一個像這樣的有源超低音箱約需要2500元，但它的音效可媲美售價高一倍的商品箱，而且實實在在。有需要的朋友，不妨自己動手豐衣足食。