自制高品质低成本超重低音音箱资料

1、自制高品质低成本超重低音音箱时间:2009-06-27来源:本站整理 作者:电子电路图网 产品的品质永远与成本挂钩，关于好的超重低音音箱的定义，在自制高品质有源超重低音音箱一文中笔者已有较全的阐述，在这里就不累赘了。在一个有源超重低音箱的成本组成中，扬声器单元和驱动放大系统以及箱体的成本分配基本比例应是4:4:2。从这个比例中可以看出，要DIY一个较好而且成本较低的超重低音箱，扬声器单元的选用至关紧要。 在自制高品质有源超重低音音箱一文中选用的扬声器单元是惠威Hi-Vi RESEARCH的12英寸的W12低音单元，该单元虽有不错的特性，但800元左右的售价的确不够“亲民”，这是导致整体成本上涨

2、的原因之一。笔者此次所介绍的超重低音箱所用单元为保证声音品质，仍然用惠威Hi-Vi RESEARCH牌的12英寸SS12低音单元，但售价比W12低音单元低很多，在300元左右。 选定扬声器单元后，可根据它的特定参数设计合适的箱体和驱动放大系统。在设计制作音箱前，必须了解SS12单元的几个重要的特性参数(也称为“Small参数”)，它们既反映单元的保真特性，又是设计重低频音箱的重要依据。(1)谐振频率(f0)，指扬声器有效重放下限频率，与扬声器口径有关，口径越大，f0越低。(2)总Q值(Qts)，反映扬声器f0附近振动系统阻尼状态的量，是决定扬声器低频特性的重要参数。Qts值较低时，箱体容积(V

3、b)相对较小，而且它与f0共同决定了音箱的截止频率f3和值。(3)等效容积(Vas) ，指在该容积中空气的声顺与扬声器的声顺相等(单位：L)。它是一个与箱体容积成比例的量，不同单元的Vas值相差很大。(4)额定阻抗(Z)，它是阻抗谐振峰后第一个阻抗最小值，一般有±520 的误差，计算分频器和放大器输出功率的主要依据。用来组合的单元的额定阻抗值最好相同。(5)特性灵敏度，反映扬声器效率的高低。效率高可减轻功放的负担，但灵敏过高容易产生失真，故单元灵敏度宜选在8891 dB。灵敏度相差3 dB，若要求两个单元输出的声压级相同，应对低灵敏度者输入高一倍的功率。自制音箱应选用灵敏度中上的单元

4、。 SS12低音单元的上述几个主要相关参数是：谐振频率(f0)17 Hz；总Q值0.34；等效容积(Vas)383 L；额定阻抗(Z)5 ；灵敏度(2.83 V/1 m)89 dB；额定功率150W/300W(最大)。图1是它的结构尺寸图。 常见的音箱可归类为密闭箱和倒相箱两大种，这两种音箱由于结构上的差别而有不同的频率和失真特性，所以有不同的音质特点。密闭箱的箱体是密闭的，利用了扬声器前向辐射的声能，杜绝了前后声波的“短路”产生的干扰，因而低频段幅频特性平直，箱体共振频率 以下的低频以12 dB/Oct的斜率缓慢衰减，延伸良好，振幅失真较小，瞬态响应好。设计正确时有很高的低频解析力，缺点是容

5、易产生驻波干扰，导致声染色，影响中低频的清晰度，低音能量相对弱。 倒相箱是在密闭箱的基础上增加了一载导管(倒相管)， 当单元振膜运动时，导管一方面直接对外辐射声波，另一方面又压缩(或扩张)箱内的空气，使箱内的控制气从倒相口排出。设计正确时，倒相管一箱体系统刚好使振膜后向辐射的声波倒相180°，使从导管开口处辐射出去的声波与振膜前方辐射的声波同相，加强并延伸了音箱总体上的低频响应，从而提高低频声压能量，其低频较密闭箱扩展了0.7倍，而在同样的低频响应下，箱体积仅为密闭箱的60。 倒相箱除了有上述优点外， 由于单元的谐振能量通过谐振波从开口大量辐射出去，加大了振膜的负载，它能有效抑制振膜

6、在谐振频段的大幅振动，从而减少了扬声器感应电势的产生，使失真显著减少，并能大幅提高低音单元的功率承受额。倒相箱的缺点是瞬态稍差，制作调试要求较高，同时要求单元的Q值在0.20.5之间才有较好的效果。 结合SS12低音单元的总Q值为0.34的特性以及为得到更强的低音能量，本例制作决定选用倒相箱。为了取得良好的瞬态响应和低频延伸以及相对平坦而低失真的响应，在设计箱体时同样是采用SC4响应设计。按SS12低音单元的总Q值为0.34的特性本来是能用更好的SBB4响应设计的，但考虑到SS12低音单元的383 L等效容积(Vas)太大，再用SBB4响应设计时箱体过于巨大，用SC4响应设计既有很低的调谐频率

7、和比较出色的瞬态响应，又有箱体较小的优点，它可以满足较高水平的听音要求。 本超重低音箱也是按查表方式设计的，表1收录了从0.290.36的Q值SC4设计表格，在设计不同Q值的SC4响应倒相箱时，读者也可照用此表设计。 考虑到低音单元在工作一段时间(即是老化“煲透”成熟)后，其主要参数如总Q值和谐振频率(f0)会有5左右的下降，故在设计时应按老化后的参数进行，有条件的朋友最好是按实测老化“煲透”成熟后的参数设计。 在这里按SS12老化后的参数进行设计， 其总Q值和谐振频率(f0)在老化后特性为：老化后总Q值=总Q值×950.32老化后谐振频率(f0)=谐振频率×9516Hz根

8、据表1求出该超重低音箱的各项指标特性。(1)求箱体内容积Vb=Vas÷160(升)(2)求箱体的调谐频率fb=(fb÷f0)×f0=17.7(Hz)(3)求音箱的低频截止频率f3=(f3÷f0)×f0=24.4(Hz)(4)求倒相管长度Lv=2350Dv2÷(fb2×Vb)-0.73Dv其中Dv是倒相管的开口直径，为得到很好的线性取值100 mm，则Lv396 mm。如果加长倒相管的长度或减小倒相管的截面积，可以使谐振频率降低一些，但此时的低频气流摩擦声也会明显增大，倒相箱的利用效率也会降低。过长的倒相管会导致低频偏重、浑，

9、声音的清晰度下降，在制作时可通过聆听决定。 选定单元后，根据单元的额定功率值和成本考虑，该音箱的功率放大器输出功率可取120150W之间，由于SS12的阻抗是5， 因而在8为负载能输出90 w左右的有效功放都能推动它。当然，条件许可时可选更好一点的大电流输出功放会有更好的表现。 该款超重低音箱的主动伺服式功率放大器的伺服均衡相位、音量控制线路的设计和自制高品质有源超重低音音箱一文中介绍的主动伺服式功率放大器之伺服均衡相位、音量控制线路相同，也是从音源或前级输出的信号经L、R输入送到运算放大IC1A的输入端，开关K1和IC1B就是用来控制信号的正反相，使之与主音箱有更正确的相位匹配。由三联波段开

10、关K2和IC1C构成的线路是以巴特沃斯三阶低通滤波器组成的约40 Hz，55 Hz，75 Hz，100 Hz共4个低频输入截止点。不过，推动放大器是采用集成功率块做BTL驱动，这是本重低音箱的特色之一，也是保证品质而有效降低成本的方法之要点。 普通OCL功放效率较高，但由于负载一端接地，故电源的利用率较低，如果将负载RL的接地端改接到另外一组相同的OCL功放输出端， 如图2所示，就构成了BTL(桥式推挽)功率放大器。BTL电路充分利用系统电压， 减小开环失真，且负载的输出功率也由此近似增大为单端输出时的4倍(理论值，实际2.53倍)。 根据电桥平衡原理， 由于集成功放的外接组件少，保护功能完备

11、，加之集成芯片内部的差分对管、互补对管的一致性较好，因而BTL电路普遍采用集成功放来制作。这里所用集成功放是双声道结构的LM4780芯片，是美国国家半导体公司(National Semiconductor)近期专为立体声家庭音响系统而设计的新款集成功放。LM4780可以为每一声道连续提供平均高达60W/8 的输出功率。它采用HV700高电压双极工艺制造，使之形成失真保护电路，它的噪声极低，失真也非常低，在普通至较高功率范围内，失真为0.0010.003 dB，频率范围在20 Hz20 kHz内，其总谐波失真及噪声(THD+N)都不会超过0.5。值得一提的是，所采用的自我峰值即时温度(°

12、;Ke)保护电路(SPIKE)，确保系统不会出现过压、欠压、过载、电源线或地线短路、温度过高以及瞬时温度峰值等问题，使芯片的输出可以获得全面的保护，这种保护功能是分立件和混合式放大器所没有的。 LM4780可以轻易另外加以配置，以便为BTL桥接或并行方式的高功率双放大器解决方案提供支持。很多朋友认为LM4780不及LM3886好用， 主要理由是LM4780的管脚多而细， 单声道输出电流有限。其实不然，LM4780单声道输出电流典型值为11 A，与LM3886的11.5 A相差无几，LM4780除了有方便地以一块集成功放和简单的线路完成双声道放大的优势外，它的最大优点是一块集成功放内的两路声道放

13、大器的对称性要比两枚单声道的LM3886要好得多。在BTL状态下它可以输出120W/8 以上的大功率，这样，用一枚LM4780作并联或BTL大功率输出的性能会比用两枚LM3886方便而且性能更高。 图3是该重低音箱的主动伺服式功率放大器线路图，它在5的阻抗下能输出约150W 的有效功率。图4是所用的电源图。该机的前后处理线路各有独立电源供应，绕组是分开的，其中，控制线路的供电采用三端稳压处理后输出正负15 V的电源供电给IC1和IC2。K3是静音开关。 BTL电路对电源的纹波要求不高，较小的滤波电容即可满足大动态输出的要求。但在实际应用中，由于输出功率比桥接前明显增大，这就要求电源方面需要有足

14、够的功率储备，同时还需要把滤波电容尽可能取大一些，以避免因供电电流不足而在大动态输出时引起瞬态削顶失真。本机的后级功放为了减少电源内阻，用4对中等容量滤波电容并联输出， 以得到更快的反应速度。为了取得更出色的音效且保证较低的成本，本机改用了一个约500 W的环型优质变压器，环型变压器的漏磁和效率比常见的EI型变压器要好，温升低，但比R型稍逊色，价格则是同功率R型变压器的一半左右，如此，又将成本降低。考虑到超重低音箱内部环境磁场相对复杂，该箱的整个主动伺服式功率放大器装在一个43cm×28cm×9cm的外置金属机箱内，这样，使超重低音箱的主动伺服式功率放大器和单元互不干扰，声音会更出色，也有利于功放散热。 由于主动伺服式功率放大器不放在超重低音箱内，就很方便地设计超重低音箱的长、宽、深了。不过，切记上述按照箱体容积公式计算，所得的值均为净容积，实际计算时要记得加上扬声器的容积(约3.5 L)和U形加固支撑件的体积(约5 L)，这样，箱体的最终内容积V=160+3.5+5=168.5(L)。 为了箱体内部没有驻波干扰， 尽量减少声染色，本箱的深、宽、高比例取值为1.4:1:1.3。经计算，箱体内部净空的深、宽、高尺寸分别位63.4 cm，45.3 cm，58.9 cm。箱体同样用25 mm