超重低音音箱制作

自已制作超低音音箱

此文向大家详细介绍了自己制作超低音音箱的方法，超低音音箱又叫做辅助低音喇叭，是一种专门用于重放低音效果的音箱。主要分以下内部逐步介绍.

箱体的结构草图和思路

十分简单的制作过程

成形后的样子，还满专业哦

在本文的开头我要郑重的提醒大家，虽然我们尽可能的把自己动手制作音箱的方法介绍的更加简单，但是亲手设计和制作一部超低音音箱（又叫做辅助低音喇叭）绝对不会如同从商场里买回一个低音喇叭然后塞到木头箱子里那么简单。当然，因为只需精心的制作和调试一只扬声器，而不需要为不同音域发音设备的配合而手忙脚乱，所以制作一个超低音音箱又要比制作一个全音域的音箱要容易的多。同时，由于超低音音箱的放音频率范围处在人耳可辨声频谱的低频区，人耳对于这个频率范围内声音的敏感程度要大大低于中频和高频区，所以自己制作出一部能让自己有点成就感的音箱还是有可能性的。

实质上超低音音箱的工作原理有点类似于汽车引擎里边的活塞，活塞在自己有限的行程内往复运动，而超低音音箱则在有限的频率范围内工作。显然，超低音音箱工作的目的是将你音响系统的低音范围下潜的更低，这样一来你的家庭影院系统将带给你更加震撼的效果。一般说来，超低音音箱放音的频率范围在20Hz至100Hz之间，因而要制作一个超低音音箱首先必不可少的就是一个个头足够大的低音喇叭。

需要注意的是，现在市场上出售的一些所谓超低音音箱和发烧友们眼中真正的超低音音箱是有所区别的。你从那些市售的音箱中所听到的音效其实是依靠其频响范围内的波峰推动的，但是这种工作方式对于音频采样的还原效果却毫无正向的推动作用。而商家则利用普通消费者对技术不甚了解的空子，将这个问题隐瞒过去，或者绕过这个问题，而诱导消费者把超低音和低音效果混为一谈，并且极力向消费者展示其产品的低音效果，由此误导消费者。而当采用适当的技术手段测试这些音箱时，你会发现，在超低音的频率范围内，这些所谓的超重低音音箱根本无法完成一架真正的超低音音箱所能完成的任务。

好在无论是低音炮还是超低音音箱都有一套完整的技术规范，从基本的数学理论到实际的技术参数都可以在资料当中查到，这些背景知识可以帮助你初步判别产品的真伪优劣。判别的最直接方式就是观察并分析这个音箱所使用的扬声器的规格，一般情况下，这个规格参数是由扬声器厂家来提供的。

如果打算自制一台超低音音箱的话，那么首先就要明确自身的需求，然后根据这个需求来选择一个合适的扬声器，之后为之配上一个合适的外壳，根据需要选择合适的滤波单元。在下面的页面中我们将讨论一下如何选择上述那些部件，并且介绍一下自己制作发烧级超低音音箱的方法。

前面已经提到过，这次DIY的目的是设计制作一台既能在其工作频率范围内提供线性的声压级别，同时又能提供精准的音频采样还原效果的超低音音箱，从摇滚乐中快速变化的低音鼓到声音频率变化平滑的爵士乐再到家庭影院级电影声效中雷鸣般的爆炸声，都应该能够真实表现出来才行。要想将快速低音鼓和雷鸣般的爆炸声在超低音音箱中完美的表现出来绝非易事，因为二者之间似乎存在着一定的矛盾。其中的后者，爆炸声的效果需超低音的声压周期能够持续很长一段时间，然而想准确再现低音鼓的声响效果，使其听起来没有一种迟滞或者拖沓的感觉，则需要超低音扬声器的振动周期较短，从而能够跟上和捕捉到快速变化的鼓声细节。在这一点上，绝大多数市售的所谓超重低音扬声器都是达不到要求的。所以你就会发现，市售的那些专门为家庭影院而定制的超重低音音箱在播放快节奏的音乐时效果就不太理想，反之亦然。家庭影院产品要求超低音音箱能够大幅度振动从而使大量空气随之振动以达到准确还原爆炸声或者其它低频效果的目的，而音乐播放则要求音箱能够低幅度但快节奏的振动从而有效的控制空气的运动来实现声音频率的快速变化效果。

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。

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

为了证实XLS10能够在密闭音箱中达到其它一些需求，我们还需要进行模拟计算，不过这次是针对电源输入功率的预计。我们需要的声压级是20Hz 100dB。而XLS10的额定输入功率是300瓦。但是这个数值意味着如果我们不调整扬声器最大振幅的话，根本达不到设计的要求。显然扬声器需要工作在最大振幅之下。下面两张图片分别说明了在300瓦输入功率下频率与声压级和振幅的关系：

在第二张图片上可以看到，在频率到达30Hz点时扬声器已到达线性工作的最大振幅，在20Hz时振幅达到17.4mm，已经越过了线性工作范围。因而为了确保扬声器线性工作，总质量因数必须达到0.3，然而此时XLS10无法在密闭30升音箱中在20Hz时达到100db声压级。同样也可以试用60升音箱，将音量加倍，或者使用15升音箱，将音量减半，得到的结果时相同的。显然下一步我们需要试用的是带有导向孔的音箱外壳，在同等音量下，看一看能否得到更理想的结果。

一个带有导向孔的，或者叫做低音反射音箱具有通过调谐孔扩展低频响应范围的功能。这个调谐孔和扬声器协调工作以使之达到更低的频响范围。实质上当从调谐孔（即导向孔）发出的声波与从扬声器发出的声波在频响范围或更低的范围内是同相位时，这样就起到了将低频分量输出放大的作用，同时，由于这种放大作用的存在，可以使得扬声器工作幅度的下降得以实现。不过缺点是，当这个声波与扬声器振动的声波发生180度的反相时，理论上声波将被全部衰耗掉，而实际上也将受到很大的衰减，这就使得扬声器振幅必须加大。而另外一个缺点就是这种方式提升了谐振频率的阻抗，这使得声圈的工作温度大大增加，同时有可能引入谐波失真。幸好在我们的工作过程中，XLS10扬声器没有遭受到这些不利因素的困扰，其通风性能良好的四层全铝音圈使得上述因素的影响降低到了最小。

将XLS10装入30升有效容积的外壳意味着导向孔的最大直径将受到限制，因为其大小必须符合外壳尺寸的要求。当然如果是一个较长的导向孔可以通过弯曲的方式置入外壳之内，但是这样会增加设计的复杂程度。除去端口的长度我们还需要使用加倍扩张的导向孔来防止端口引入的噪声带来的影响，因为这个噪声对于声压级的影响非常强烈，有可能使得整个设计前功尽弃。为了得到一个平坦的频率响应曲线，我们建议将导向孔输出的频率调谐在25Hz为佳，此时系统的频响曲线如下图所示：

显然这个曲线已经比上一页中采用封闭式音箱时的频率响应曲线好了不少。曲线显示导向孔音箱可以提供更低的频率输出，但是美中不足的是，该曲线在20Hz点左右开始发生急剧变化，而这会很大程度上影响到20Hz时的声压级和振幅，而此时导向孔的直径已经达到了72mm，这足以使噪音有可乘之机。结果就是，即便是非常小的噪声，也会影响到最终的放音效果。

在上面的图中我们可以看到，在20Hz达到100dB声压级的目标已经基本上实现了，纸盆的振幅控制在12.5mm以内而空气的最大运动速度为34.1- m/s。同时非常值得注意的是，此次我们的放大器只消耗了160瓦的功率，而在封闭型音箱中，XLS10消耗的功率几乎是这里的两倍。当然同样也有一些缺点，首先导向孔的长度需要不少于607mm，这也就意味着我们必须将其弯曲才能装进容积有限的外壳之内。另外，这种方案已经接近了在导向孔音箱中扬声器振幅和空气运动速度的极限。那么无