分頻設(shè)計詳述

很多人都認為DIY喇叭比起前級，后級及DAC簡單，因為它只是一個木箱加上分音及單元便可以了，真是沒有技術(shù)可言。當(dāng)然啦,做出來有聲出的確很簡單.但做出好聲音就有點難度了。

一向以來，分音器、音箱的設(shè)計都是廠商視為秘密般的收藏.這樣使得僅有很少數(shù)的DIYer可以進行喇叭的實作，實在有點可惜。我嘗試在這里為大家解開這個秘密，希望大家看完這篇文章可以對設(shè)計有了初步的了解，然后可以做出自己的第一對喇叭。

還要多謝立民兄給我寫這篇文章的機會。

本篇會有三個單元：

分音器篇 音箱篇 實作篇

簡介

首先想給大家一個說明，對喇叭各部份有個初步了解：

超高音：負責(zé)22kHz以上的頻率

高音：負責(zé)5000Hz~22kHz頻率.

中音：負責(zé)1500~5000Hz頻率

低音：負責(zé)1500Hz以下頻率

超低音(增加)負責(zé)200Hz以下頻率

分音器：指定的頻率分配給各個單元工作。

音箱：分為密封式,倒相式及迷宮式

喇叭單元的結(jié)構(gòu)在此不作說明了，因為太過復(fù)雜很難解釋清楚，以后再利用篇幅講解。

分音器篇

表面上分音器只是一個十分簡單的電路,應(yīng)該不會太難設(shè)計.可是在現(xiàn)實卻是完全兩會事了.其中所包含的測量,分析及所要的儀器的確是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜.

不過今次要講的不是那么高深難明的測量…………….而是要從最基本開始,好有個完整概念.分音器可分為以下兩大類:

主動分音及被動分音：兩者的分別很大，主動分音使用在前級及后級之間，用OPA來達成分音的目的,須要多部后級才能使用。而被動分音(以下稱之分音器)就是放在音箱內(nèi)的分音器,要用電感零件來達成分音的目的。但只須一部后級便可以使用.也今次所要介紹的。

編注：主動分音，又稱有源分音（香港方面的說法），Active Cross Over；被動分音，又稱無源分音（香港方面說法），Passive Cross Over。其中又可以把分音器再分為：

二路設(shè)計有：

?

First - Order線路圖

C1=0.159 / RH F L1=RL / 6.28 F

式中的:

RH = 高音阻抗值

RL = 低音阻抗值

F = 分頻點

?

Second - Order線路圖

Second - Order Linkwitz - Riley

C1 = 0.0796 / RH F L1 = 0.3183 RL / F

C2 = 0.0796 / RF F L2 = 0.3183 RH / F

Second - Order Bessel,

C1 = 0.912 / RH F L1 = 0.2756 RL / F

C2 = 0.0912 / RL F L2 = 0.2856 RH / F

Second - Order Butterworth

C1 = 0.1125 / RH F L1 = 0.2251 RL / F

C2 = 0.1125 / RL F L2 = 0.2251 RH / F

Second - Order Chebychev

C1 = 0.1592 / RH F L1 = 0.1592 RL / F

C2 = 0.1592 / RL F L2 = 0.1592 RH / F

式中的:

RH = 高音阻抗值

RL = 低音阻抗值

F = 分頻點

Third - Order線路圖

Third - Order Butterworth

C1 = 0.1061 / RH F L1 = 0.1194 RH / F

C2 = 0.3183 / RH F L2 = 0.2387 RL / F

C3 = 0.212 / RL F L3 = 0.796 RL / F

式中的:

RH = 高音阻抗值

RL = 低音阻抗值

F = 分頻點

?

Fourth - Order線路圖

Fourth - Order Linkwitz - Riley

C1 = 0.0844 / RH F L1 = 0.1000 RH / F

C2 = 0.1688 / RH F L2 = 0.4501 RH / F

C3 = 0.2533 / RL F L3 = 0.3000 RL / F

C4 = 0.0563 / RL F L4 = 0.1500 RL / F

Fourth - Order Bessel

C1 = 0.070 / RH F L1 = 0.0862 RH / F

C2 = 0.0719 / RH F L2 = 0.4983 RH / F

C3 = 0.2336 / RL F L3 = 0.3583RL / F

C4 = 0.0504 / RL F L4 = 0.1463 RL / F

Fourth - Order Butterworth

C1 = 0.1040 / RH F L1 = 0.1009 RH / F

C2 = 0.1470 / RH F L2 = 0.4159 RH / F

C3 = 0.2509 / RL F L3 = 0.2437 RL / F

C4 = 0.0609 / RL F L4 = 0.1723 RL / F

Fourth - Order Legendre

C1 = 0.1104 / RH F L1 = 0.1073 RH / F

C2 = 0.1246 / RH F L2 = 0.2783 RH / F

C3 = 0.2365 / RL F L3 = 0.2294 RL / F

C4 = 0.091 / RL F L4 = 0.2034 RL / F

Fourth - Order Gaussian

C1 = 0.0767 / RH F L1 = 0.1116 RH / F

C2 = 0.1491 / RH F L2 = 0.3251 RH / F

C3 = .2235 / RH F L3 = 0.3253 RL / F

C4 = 0.0768 / RL F L4 = 0.1674 RL / F

Fourth - Order Linear - Phase

C1 = 0.0741 / RH F L1 = 0.1079 RH / F

C2 = 0.1524 / RH F L2 = 0.3853 RH / F

C3 = 0.2255 / RL F L3 = 0.3285 RL / F

C4 = 0.0632 / RL F L4 = 0.1578 RL / F

三路設(shè)計有:

First - Order線路圖

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First - Order ( I ) 中音正相接

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C1 = 0.1590 / RH FH L1 = 0.0458 RM / FM

C2 = 0.5540 / RM FM L2 = 0.1592 RL / FL

First - Order ( II ) 中音正相接

C1 = 0.1590 / RH FH L1 = 0.0500 RM / FM

C2 = 0.5070 / RM FM L2 = 0.1592 RL / FL

Second -Order線路圖

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Second -Order ( I ) 中音增益2.08dB中音反相接

C1 = 0.0791 / RH FH L1 = 0.3202 RH / FH

C2 = 0.3236 / RM FM L2 = 1.0291 RM / FM

C3 = 0.0227 / RM FM L3 = 0.0837 RM / FM

C4 = 0.0791 / RL FL L4 = 0.3202 RL / FL

Second -Order ( II ) 中音增益2.45dB中音反相接

C1 = 0.78 / RH FH L1 = 0.3217 RH / FH

C2 = 0.3046 / RM FM L2 = 0.9320 RM / FM

C3 = 0.0248 / RM FM L3 = 0.0913 RM / FM

C4 = 0.0788 / RL FL L4 = 0.3217 RL / FL

?

Third -Order ( I ) 中音增益1.6dB 中音正相接

C1 = 0.0995 / RH FH L1 = 0.1191 RH / FH

C2 = 0.3402 / RH FH L2 = 0.0665 RM / FH

C3 = 0.0683 / RM FM L3 = 0.0233 RM /FM

C4 = 0.3125 / RM FM L4 = 0.4285 RM / FM

C5 = 148 / RM FM L5 = 0.2546 RL / FM

C6 = 0.2126 / RL FL L6 = 0.0745 RL / FL

Third -Order ( II ) 中音增益2.1dB中音正相接

C1 = 0.0980 / RH FH L1 = 0.1190 RH / FH

C2 = 0.3459 / RH FH L2 = 0.0711 RM / FM

C3 = 0.0768 / RM FH L3 = 0.1254 RM / FM

C4 = 0.2793 / RM FM L4 = 0.3951 RM / FM

C5 = 1.061 / RM FM L5 = 0.2586 RL / FL

C6 = 0.2129 / RL FL L6 = 0.0732 RL / FL

Third -Order ( III ) 中音增益0.85dB中音反相接

C1 = 0.1138 / RH FH L1 = 0.1191 RH / FH

C2 = 0.2976 / RH FH L2 = 0.0598 RM / FM

C3 = 0.0765 / RM FM L3 = 0.0253 RM / FM

C4 = 0.3475 / RM / FM L4 = 0.3789 RM / FM

C5 = 1.068 / RM FM L5 = 0.2227 RL / FL

C6 = 0.2127 / RL FL L6 = 0.0852 RL / FL

Third -Order ( IV ) 中音增益0.99dB中音反相接

C1 = 0.1158 / RH FH L1 = 0.1189 RH / FH

C2 = 0.2927 / RH FH L2 = 0.0634 RM / FM

C3 = 0.0844 / RM FM L3 = 0.0284 RM / FM

C4 = 0.3112 / RM FM L4 = 0.3395 RM / FM

C5 = 0.9667 / RM FM L5 = 0.2187 RL / FL

C6 = 0.2130 / RL FL L6 = 0.0866 RL / FL

?

Fourth - Order線路圖

Fourth - Order ( I ) 中音增益2.28dB中音正相接

C1 = 0.0848 / RH FH L1 = 0.1004 RH / FH

C2 = 0.1686 / RH FH L2 = 0.4469 RM / FH

C3 = 0.3843 / RM FM L3 = 0.2617 RM / FM

C4 = 0.5834 / RM FM L4 = 1.423 RM / FM

C5 = 0.0728 / RM FM L5 = 0.0939 RM / FM

C6 = 0.0162 / RM FM L6 = 0.0445 RM / FM

C7 = 0.2523 / RL FL L7 = 0.2987 RL / FL

C8 = 0.0567 / RL FL L8 = 0.1502 RL / FL

Fourth - Order ( II ) 中音增益2.84dB中音正相接

C1 = 0.0849 / RH FH L1 = 0.1007 RH / FH

C2 = 0.1685 / RH FH L2 = 0.4450 RH / FH

C3 = 0.3774 / RM FM L3 = 0.2224 RM / FM

C4 = 0.5332 / RM FM L4 = 1.273 RM / FM

C5 = 0.0799 / RM FM L5 = 0.1040 RM / FM

C6 = 0.0178 / RM FM L6 = 0.0490 RM / FM

C7 = 0.2515 / RL FL L7 = 0.2983 RL / FL

C8 = 0.0569 / RL FL L8 = 0.1503 RL / FL

很復(fù)雜嗎？不用怕只是舉一點例子，實際使用時不是全部使用的。何況現(xiàn)在已經(jīng)可以用計算機程序計算.所以大家不用擔(dān)心。除了分頻電路外還需加上以下電路使做出來分音器的效果更加完美：

降低高音靈敏度電路圖

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一般高音的靈感度都會比低音高出幾dB,所以要用這個電路來使高,低音的靈敏度平衡.

編注：使用這個衰減網(wǎng)絡(luò)時，要記得以下幾點

打算衰減多少dB來配合？注意，就電壓增益N倍來說來說，以dB表示的算式為

20LOG N。假設(shè)衰減十倍，則為衰減 20LOG10=20dB。反過來看，如果打算衰減6dB，則為衰減二分之一（20LOG0.5=-6dB）

衰減網(wǎng)絡(luò)加入前后的總阻抗不變：假設(shè)我們原先設(shè)計分音網(wǎng)絡(luò)時以

阻抗RL為假設(shè)，則加入兩個電阻后的阻抗：

R1+(R2//RL)=RL，其中R2//RL表示為兩電阻并聯(lián)，其合成阻抗為1/(1/R2+1/RL)

高音阻抗補償電路圖

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高音阻抗補償電路 :

我們知道單元的阻抗不是直線而是曲線,所以我們要設(shè)法把這條曲線拉得比較平直點.

C = 0.1592 / (RE Qes fs )

L = 0.1592 (Qes RE ) / fs

R = RE + ( Qes RE )/Qms

式中的：RE, Qes, Qms, fs可以在單元的數(shù)據(jù)中找到。

只要代入式中便可以找到答案。

現(xiàn)在很多高音的阻抗都已經(jīng)很平直了，所以也可以不用這個電路。

低音阻抗補償電路 : 低音阻抗補償電路圖

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上面已經(jīng)提過單元的阻抗不是一條直線，而低音的阻抗曲線就更難看。在低音的阻抗曲線上，我們可以看到低頻段及中頻段兩點的阻抗值更升到30 Ohm以上.如果要把低頻段的阻抗拉到平直是很難的,所以一般都不會理會，我們主要是把中頻段的阻抗拉得平直一點。

R = 1.25 RE

C = Le / R2

式中的

RE = 低音單元的直流電阻值

Le = 低音單元的電感值

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頻率響應(yīng)補償電路: 頻率響應(yīng)補償電路圖A

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這兩個電路分別有兩個作用.

電路是把頻率響應(yīng)增加(廣大)而又把靈敏度提升。

電路是把頻率響應(yīng)增加(廣大)而又把靈敏度降低。

頻率響應(yīng)補償電路圖B

?

L = 0.15916 / f

C = 0.15916 / f

式中f = 頻率響應(yīng)最小值而R的計算是比例難的。我們可以用10 ~ 30 Ohm電阻慢慢試.。試到自己認為好止。

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?平行頻率凹陷電路: 平行頻率凹陷電路圖

這電路的作用是把凸出來的某一頻段(f1~f2)降低.使頻率響應(yīng)較為平直.

C = 0.03003 / f

L = 0.02252 / f2 C

R = 1 / 6.2832 C B

式中的:

f = 需要衰減某頻段的中位數(shù)

g

(f1 = 2000Hz,f2 = 3000Hz.f = 2500Hz)

C = f1~f2需要衰減的靈敏度.

以上提及的公或及方法大都可以解決一般的設(shè)計使用.最重要的是多做實作便能了解其中的用處.我們用以上公式可能會得到很美麗的數(shù)值,但在實際使用(試聽)時,我們還要憑經(jīng)驗做一些細節(jié)的改善.

分音器篇的介紹到始為止.

如有任何地方出錯請大家指出改正.

參考數(shù)據(jù):The Loud Speaker Design Cookbook (Fourth Edition)

音箱篇

音箱的設(shè)計比起分音器的設(shè)計就更復(fù)雜了，動用的儀器要測試的參數(shù)…..更多。大家不要小看這個箱子，往往是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵.要設(shè)計一個好的箱子是難的，我嘗試說明一下。

音箱的設(shè)計可分為三大類：

密封式

反射式

迷宮式

今次要介紹的是密封式，反射式兩種。因為迷宮式的設(shè)計十分復(fù)雜，我們制造起來也很困難。

密封式

密封式的意思是把單元安裝在一個密封的箱子內(nèi)工作。其設(shè)計比反射式簡單.只要幾條算式便可以求出。

Qr = Qtc / Qts

Vr = Qr ^ 2 - 1

Vb = Vas / Vr

式中的Qtc , Qts ,Vas是喇叭的參數(shù).Vb是音箱的容積.( L )。但計算好后還要加上單元及分音器的容積，才是最終的音箱容積。最后還要把阻尼物放滿箱內(nèi)，但不要放得太實。不同的阻尼物會有不同的音色，例如羊毛的音色比較厚、暖玻璃纖維的音色比羊毛薄，音色光輝。波浪棉的音色我認為最差，大家不用也罷！我最喜歡用的是冬天穿的外衣內(nèi)的棉，反應(yīng)快，清晰！

反射式

雖然設(shè)計比密封式復(fù)雜,但也不會太難.

Vb = 20 * Qts ^ 3.3 Vas

Fb = ( Vas / Vb ) ^ 0.44 * Fs

式中的: Qtc , Qts ,Vas是喇叭的參數(shù).Vb是音箱的容積( L )

反相管的設(shè)計

Lv = (23562.5 * Dv ^ 2 * Np / (Fb ^ 2 * Vb )) - ( k - Dv )

式中的:

Dv = 反相管的直徑(cm)

Fb = 頻率 (Hz)

Lv = 反相管的長度( cm )

Vb = 音箱容積 ( L )

Np = 反相管的數(shù)量

k = 最后校正值(通常用0.732)

計算音箱的容積有很多方法,只是其中一種。我強調(diào)這只是一種方法,可能在實際中會有一點出入.我舉個例：市場上的PRO XX書架型號大多是同一的容積.在數(shù)據(jù)上他所使用的不同型號的低音單元計出來的容積應(yīng)該是不同的，但他卻使用差不多是相同容積的音箱來安裝不同的單元。再舉個例：同一的單體在A廠安裝在一個書架箱,但在B廠已經(jīng)安裝在一個落地箱.但在分音器上就完全不同了。我想大家已經(jīng)明白我想說什么吧。

以下軟件可以幫助我們設(shè)計。

FILTER 15

PXOVER

除了軟件我們還可用一些測試硬件在計算機上作出很多不同的測量.

AUDIOMATICA S.R.L.( http://www.mclink.it/com/audiomatica/clioeng.htm)

還可在以下網(wǎng)站找到更多的軟件

The Subwoofer Diy Page(http://205.214.207.99/audiodiy/sld/sealed4.htm)

音箱的設(shè)計到始為止.

參考數(shù)據(jù):

The Loud Speaker Design Cookbook(Fourth Edition)

The Subwoofer Diy Page(http://205.214.207.99/audiodiy/sld/sealed4.htm)

The speaker Buliding page(http://www.speakerbuilding.com/)

實作篇

大家已經(jīng)學(xué)得設(shè)計的基本.是時候做一些習(xí)作了，在實作篇中我會用一些KIT作為實習(xí)藍本，再從中加以改良。(注意:我不是認為原廠的設(shè)計有問題/不好，請大家不要誤會。)

原廠分音器線路圖

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今次為大家介紹的是SEAS EMBLA KIT這個KIT中使用的當(dāng)然會是SEAS的單元啦。他所使用的單元為:

高音--- 25 TAF C/D ( H417) 金屬膜高音

低音--- P17REX (H416) 膠盆低音

我們看到如此的線路圖又怎能不好好改動一番呢!今次要改動的不只是線路,連高音及低音都一同更改.只用上KIT的音箱設(shè)計.為什么只用原廠音箱設(shè)計?在上一篇已經(jīng)說明了.目標是使用不超過HK$3000來完成這個實作.經(jīng)過各種改動后這個已經(jīng)不什像EMBLA了.所以重新改名為SPEAKER ONE.以下是SPEAKER ONE所用的單元:

高音: 25 TFF (H519) 絲膜高音

低音: CC17RCY(H624) 紙盆低音

為何要改用這兩個單元，我想大家一看都已經(jīng)明白了。

絲膜高音的通透,細致，分析力好。

紙盆低音的人聲甜美,動態(tài)大。

但最重要的都是價錢便宜，省下來的錢還可以買很好的箱內(nèi)接線。SPEAKER ONE的分音器設(shè)計使用Two ways Second - Order Butterworth方式設(shè)計。

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SPEAKER ONE的分音器線路圖

新的分音器雖然比原廠的復(fù)雜,但看真點都只是多了數(shù)個零件。分音器中的線圈最好使用空氣芯的。 6.4u,4.8u可用兩至三只電容并出來再并上0.1u電容。至于使用什么品牌就視各位喜愛什么聲音了。8Ω、7.1Ω電阻要使用5W以上。其中8Ω電阻是用來衰減高音的靈敏度，這里使用8Ω可能大了一點。如果覺得高音暗可使用細一點直到平衡。喜歡雙線分音的話可依圖中所畫把高,低音的IN + IN - 分開。如不喜歡則可分別把高,低音的IN + IN - 接在一起便可。箱內(nèi)的吸音材料使用我最喜歡的(大衣內(nèi)的綿).如果大家找不到可使用玻璃綿代替，但使用時要小心，因玻璃綿會使皮膚敏感。音箱方面可找廠商代做,最好使用35mm MDF作為材料.

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圖中的尺寸是使用19mm MDF. 如使用35mm MDF便要把H,W,D的尺寸加大.反射管可使用PVC水管.在做箱時叫師專把PVC安裝入箱子的背板反射管的長度為12cm比原廠的長,這里要注意.經(jīng)過多日的制作終于可以試聽了，大家不要期望一出來的聲音會很好，因為使用的單元，零件，接線全都是新的，要經(jīng)過一段時間run -in才可進入狀態(tài)。這對喇叭的聲音雖然不會有無比的分析力，氣勢磅礡的低頻，晶瑩通透的高音，但出來的聲音自然,明快，音場合理，實是一對非常好的喇叭。最皇要的是這對喇叭只須約HK$2500的價錢就可做到，如此的喇叭已經(jīng)卻有如此的聲音， 已是非常難得。

低音: H624 x 2 HK$ 920

高音: H519 x 2 HK$ 380

音箱: 1對 HK$ 800

分音器,接線柱,接線 HK$ 400

TOTAL HK$2500

心得

這是我第一對實作出來也是我最喜歡的一對喇叭。在制造時都沒有什么特別困難，但要注意分音器的線圈不能太接近喇叭單體，線圈的放置也要小心，最好一個水平放，一個垂直放.最初試聽時分音器可暫時不放在箱內(nèi)，待慢慢試聽及細改后才放入去.這樣可省回很多時間。