音箱基本原理和设计方面的资料很多,本文不再涉及,本文的侧重点放在家庭影院音箱制作时的细节处理和易被忽视的内容,这部分技巧应用时,会对音箱的性能产生累积效应。个人自制音箱时,当然希望自己做的音箱音色出众,所谓出众就是与其它音箱相比有质的区别,但不要忘记,这种质变需要量变的积累。下面介绍一些实现音箱性能累积效应的技巧或方法。
要制作家庭影院音箱,首先要确定音箱采取何种结构形式。音箱的种类很多,如封闭型、倒相型、无源辐射型和曲径型等等,并不都适合自制,举个例子,曲径型音箱的构造复杂,且不说制作上的难度,就是音箱内部曲径通道的吸声材料的吸声系数和阻尼的考虑,没有必要的仪器设备,极难有效把握。所以就自制家庭影院音箱来说,前置音箱宜采用结构较简单的封闭型和倒相型音箱,环绕音箱可采用封闭型音箱(AC-3和DTS系统除外)。确定了结构形式后,再根据低音单元的TS参数和驻波抑制尺寸比确定音箱的外形尺寸。
对环绕声系统而言,家庭影院音箱形成的声音扩散感是相当重要的,基本的要求是音箱的水平扩散性尽可能好。对于前置主音箱而言,如果音箱宽度为W,则该音箱的水平扩散上限频率的估算值为f=C/W,C为声速(约340m/s),从f的表达式可以发现,W小,则f高,即音箱的水平扩散上限频率高,水平扩散性好。这是诸多家庭影院前置主音箱外观细窄的一个原因,细窄音箱的另一个优点是占空比好,便于放置。所以音箱外形细窄并不纯粹出于造型考虑。
要使音箱的扩散性增强,就多数扬声器需要分频的音箱而言,应尽量使扬声器工作在扩散性较好的频段,通常扬声器单元扩散的上限频率估算值f\(_{H}\)=c/d,d为扬声器单元的有效直径。显然要使音箱的分频点低于fH,这一要求在三分频音箱要达到并不难,二分频音箱要达到有难度,此时至少应使分频点在1.5f\(_{H}\)以下,否则即使音箱的轴向测试频响较好,它的扩散性却是不好的,听感上会觉得中高频缺乏,声像后缩。综上所述,前置主音箱自制时,采用三分频(12dB/oct)方案应是较满意的选择。
高音扬声器的指向性尖锐,可采用两只高音扬声器呈夹角安装,增强扩散性,THX系统中的环绕音箱采用此种方案较多。
中置音箱主要是起加强定位,提高语音清晰度的作用,应有一定的功率余量,多数采用双低音扬声器对称安装方案,自制时可考虑采用口径5英寸以上的扬声器,不宜采用口径4英寸以下的扬声器,很多国产4英寸扬声器实际上是以往低档扬声器的改头换面,成本只有几元钱,效果极差,口径5英寸以上,这种情况才有所改善。
辐射发声器件在音箱面板上的布局的误区是过于随意,或仅从美观的角度考虑,疏忽了布局的声学效应。通常倒相管在面板上要尽量避开音箱高度的\(\frac{1}{2}\)处和1;4处,同时也不要离地面过近,以防止音箱内驻波和地面反射的干扰。低音扬声器与倒相管的中心距离一般在2.5倍低音扬声器口径以内,可以使发声情况不致过于离散。但也要防止另一种倾向,即将倒相管与低音扬声器紧挨着,这样的话,中频声波通过倒相管的泄漏分量会加大。按照斯莫尔——席勒的理论(简称ST理论),倒相管的幅频响应约是以倒相箱谐振频率f\(_{B}\)为中心频率的带通响应,不应有中高频声波出现。但是要注意该理论的有效应用范围仅为200Hz以下,超过这一范围,该理论就显粗糙,实测结果证明了这一点,同时显示在频率较高的频段,通过倒相管的中频声波泄漏是客观存在的。这就是超低音带通音箱应用时,均要加阶数较高的低通滤波器的原因。倒相箱不好利用这一办法处理,解决的方法是在箱体内低音扬声器的背面加强吸声处理。造成倒相管中频声波泄漏加大的另一错误是将倒相管置于音箱面板的角落处,必须避免。
高音扬声器尤其是球顶高音在音箱面板上的非对称安装(即不将高音扬声器安装于面板的中心轴线上),有助于改善频响特性,抑制面板反射导致的频响恶化(产生强烈峰谷)。高音扬声器和中音扬声器的指向性尖锐,分频频率较高,因此它们的中心距离应尽可能小。
采用双低音方案时,要清楚这种方案会出现一个低音提升频段,其频段范围约在f\(_{L}\)=c/8b和fH=c/2b之间,b为两低音扬声器的中心距离,b变大,低音提升频段下移,b变小,低音提升频段上移,可以通过调整中心距离b,来改变低频响应。
音箱内的驻波抑制可采用不平行面板法或圆柱形箱体,圆柱形箱体效果较好,缺点是制作难度大。自制音箱尤其是家庭影院音箱,采用不平行面板法较为方便,即让音箱不呈简单长方体,而呈梯形或金字塔形。吸声材料的合理布置也可以抑制驻波,并且不仅仅只有紧贴音箱壁板放置一种方法。一般吸声材料紧贴壁板,可以处理中频驻波,在箱体内悬空挂置可以处理稍低频率的驻波,两种方法采用哪一种,还是均采用,可以根据实际对比试听情况进行调整。家庭影院音箱中的环绕音箱如果为封闭型音箱,采用玻璃纤维作为吸声材料较好。前置主音箱多为倒相箱,可以选用定型棉毛纤维或定型合成纤维,但不宜采用密度过高、已经板结的定型纤维材料。
分频器应尽可能自制,市售分频器不见得适合家庭影院音箱自制时的需要。分频器排印制版时,高、中、低音分频线路的输入点应集中于一点,不要采用银条逐次连接的方式,防止由于银条分布参数的影响,导致分频曲线滚降区出现拐点。
制作分频器电感的漆包线要粗一些(通常采用φ1以上的漆包线,电感量大于1mH的线径还要加粗),以免低音灵敏度下降过多和音色出现浑浊,分频器上电感的轴向应相互垂直,减小互感。家庭影院音箱的前置音箱通常需要有较大的功率余量,分频电感宜采用空芯电感,如采用磁芯电感,使用时,当功率达到某一较大临界值时,由于磁芯的磁滞影响,会产生很强的奇次谐波,甚至谐波分量超过基波分量。自制音箱时,自制者对磁芯电感的功率临界值很难把握,所以,家庭影院音箱自制时,不建议使用磁芯电感。在杜比定向逻辑环绕声系统中,其环绕声道功率相对较小时,环绕音箱可以放低要求,使用磁芯电感。
分频电容的使用也有讲究,电容的性能对中高频的音色相对有影响,一般电容会产生一定的谐波和互调失真,以目前采用较多的铝电解电容、聚酯电容和金属化聚丙烯电容为例,失真值最大的是铝电解电容,最小的是金属化聚丙烯电容。即使是不同厂家生产的同种电容,其性能也有差异,如漏电电阻的大小、频率特性等,可以利用指针式万用表来估计漏电电阻值,将万用表量程挡置于10kΩ,表棒搭接于电容的两脚(不要用手直接将表棒与电容两脚接在一起,以免人体漏电电阻并在上面,导入测量误差),此时万用表指针将会顺时针摆动,然后沿逆时针方向摆回,此时表针所指的阻值为漏电电阻值(一般为几十到几百MΩ,电解电容小一些,约几MΩ),如果所测值大大低于上述数量级,则该电容漏电严重,不能使用,如果所测的电容是微法级,但没有出现万用表指针摆动现象,则该电容开路,同样不能使用。
分频器上使用的衰减电阻应采用大功率无感线绕电阻,不要用普通碳膜或金属膜电阻。在单只电阻功率不够的情况下,要以并串的方式组合。
胶合材料除采用木工胶或乳胶外,另需准备少量硅胶或热熔胶,作为音箱接缝处的封闭胶。
以上方法同样可供高保真音箱制作时参考。(胡新)