音响设计的奇思妙想

翻开任何一本音箱设计手册,毫无例外的都会从箱体的内部结构开始介绍:

●密闭式音箱 将扬声器按装在一个完全封闭的箱体中,它是用箱体将扬声器前后的声辐射隔开,以防止声短路。密闭式音箱内的空气对于扬声器来说好比是一个弹簧,从而改善了扬声器的低频响应。

●倒相式音箱 又称低频反射式音箱,A.L.Thuras早在1932年提出理论,1952年B.N.Locanthi提出了振膜与倒相孔的气体互相作用计算方式,但真正让倒相式音箱得到成熟的实用设计,是1961年A.N.Tniele运用Novak确定的简化模型,较细致的发表了许多实际性的设计方法。它和密闭式音箱的区别在于在音箱的面板上按装了一个倒相管,当扬声器工作时,背后辐射出的声波经过倒相管后辐射到前方,与扬声器前面的声波相叠加,然后共同向前辐射,使低频效果增强。

●无源辐射音箱 在倒相式音箱的基础上发展起来的系统,由一个无音圈单元代替倒相孔,较不易产生共振而出现驻波。

●推挽式音箱 密闭式音箱由于各种原因而不能做到小型化时而采用的一种加强音箱对空气的振动力度的音箱,将两只扬声器重叠安装在一起,同相振动,因此重放时对空气的振动力度增强。

●迷宫式音箱 也叫传输线式音箱,在喇叭单元后面制作一条折叠反射管道,而同周围的介质相耦合,放声管道的截面积一般等于喇叭单元振膜的有效面积,能提升低频下限频率与能量。

●克尔顿音箱 将一只低音扬声器按装于箱体内,低频声音的传输经过了若干个小孔,相当于给低频部分加装了一个带通滤器。

●哑铃式音箱 Joseph D’Appolito提出的设计,将高音单元以等距离的方式置于两个低音单元之间,而三个单元的圆心都处于同一条直线上。这种排列方式,具有广阔的水平扩散度及狭窄的垂直扩散度,有效地减少了天花板与地板的反射波,令喇叭的结像更为准确稳定。

●DSP/数字音箱 由译码和数字控制部分组成,能通过CPU对听音环境检测,对音频进行自动进行修正,或者以数字方式做分频,让每个单元可发挥最好效果。

●号角式音箱 典型的高效率大动态音箱系统,能提高喇叭的还原效率,而且失真非常低,但产品的设计十分复杂,不管是圆锥状号角,还是指数型或双曲张号角,其变化的展开尺寸要求都比较精确,如有误差就会出现很大的峰谷,使频率响应变差。背负载号角箱体也要严格设计制作,如背腔体积的容量、滤波器设计不当就会使性能变差。

●障板式音箱 最早使用的发生型式,喇叭振膜的前后会产生反相位声波,如果两个声波直接叠加就会发生相消性干涉,音量大幅减小,尤其低音波长较长容易绕射。使用障板可以让喇叭的背波行经较长的距离才到达听者的耳朵,找回低音,因为没有箱体的限制,声音更自然流畅。

有了基本认识后,设计者就可以根据挑选的喇叭单元特性,比如单元口径、振膜材质(高音单元的振膜材质有塑料膜、丝膜、金属膜、陶瓷膜等;低音单元的振膜材质有纸盆、聚乙烯盆、羊毛盆、铝镁合金盆、防弹布盆、碳纤维盆等)、灵敏度、阻抗、F0频率等,开始设计音箱了。在所有音响器材中,音箱是最容易设计的,几个单元加木箱,甚至只需在高音并联一只保护电容,就可以开声了。但音箱却也是所有音响器材中,最难把声音弄好的,变素太多太难掌握,光是箱体内的吸音材料就有毛毡、聚酯波浪棉、玻纤棉、天然棉、矿棉、羊毛等,每一种都会造成声音变化,何况还有吸音材料的密度、多寡、重量等其他变素。又以倒相孔为例,开孔的位置,倒相管的形状、开口大小、安装方式…,通通会影响声音,学问挺大的。

决定大致方案后,下一步可以考虑分频器制作,分频器在音箱系统中占关键地位,要保证高、低音信号准确无误地传输到各自单元而不产生干扰、失真、交调,频响曲线上不致产生较大的峰和谷,无大的相位畸变,目前多采用LC功率分频。分频器上常见的元件包括电感、电容、电阻与接线,任何一种材料都会造成声音改变。

对箱体的设计也有很多理论。一般箱体材质常规有以下几种:

①合成类合成类材质原料主要是木材,需要将木材进行化学处理,使木制品有防水和防蛀的功能,然后再压制而成。例如中密度纤维板(MDF)、高密度纤维板(HDF)、三合板、防水板等等。中纤板是以树木中的根、枝、茎等为材料经加工成细纤维,再用填充料粘合剂,由机械热压成型,结构均匀细密,具有韧性好、强度适中、抗潮湿、不易变形、表面光滑、阻尼特性较强,是制作音箱的最佳材料。

②原木类。是指未经处理的原生木材,由于密度不均匀,制作箱体品质往往无法得到很好的控制,优质木材如红木、花梨木、桃木、檀木等名贵硬木的无接缝整板是音箱制作的顶级材料,但材料难觅,价格昂贵,加工不易。次之为水曲柳、江木、花梨木、桦木、核桃木、枫木等,以比重大木质均匀者为佳,新材潮湿易变形需干燥处理。目前多半只用原木的木纹作为装饰而已。

③塑料类。容易加工,外形可以设计得比较漂亮,摆脱了木质音箱呆板的方砖型外观,ABS工程塑料等多半用在低端产品中,国外的部分高档音箱也采用塑料材质。国外厂家利用聚丙烯、增强改性环氧树脂、厚有机玻璃板等高分子聚合物,加上先进的技术也能创造出非常优异的产品。

④金属类。过去多用于专业音箱和特殊场合的动式音箱,由于金属箱体谐振频较高,声
染色不易处理而在家用音响较少采用。近年来由于加工技术进步,厚实的铝金属开始在一些高端产品上被使用。

⑤无机物类。如以混凝土浇铸成形,用石质板料(大理石、混凝土板、花岗岩石板、石膏板等)、玻璃,或干脆用厚重的大陶罐作箱体,具有音染小,声场稳定等优点。只是太重,移动调音都不方便,而且箱壁须作特殊处理。

不管选择哪种材料,总之,“加固消振,避免音染”为制作箱体的八字方针。除此之外,还要合理使用加强筋用于音箱中的薄弱环节;在箱内添加适量吸声材料,控制音箱Q值并减轻箱振;增加箱壁声阻尼性能,方法是箱体里面浇一层沥青,或贴敷多层高声阻尼材料(油毛毡、橡胶等)。至于特殊的箱体内形和外形,主要目的是针对驻波进行有效的予防,驻波的产生会严重影响声学系统的性能。采用的对策通常是让箱体内没有平行面,许多专业音箱采用扇形设计,或者家用音箱的水滴造型都是很好例子。箱体外形对辐射特性有较大影响,过多过锐的棱角会产生衍射和干涉,对策是采用较钝的过渡角,包括曲面设计、阶梯状设计及其它特殊的形状。

总的来说,音箱制作是一门非常复杂的系统工程,是介于机械工程学、声学、心理学、人机工程学之间的边缘科学技术,既是技术,也是艺术。完成的音箱可以用科学手段量测出技术指标,包括频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。但是艺术价值,就无法客观具体的衡量了,对发烧友来说,独特的音箱设计与鲜艳吸睛的颜色,绝对有加分的作用。虽然“扬声器设计手册”无法教导艺术,然而不同品牌的造型DNA,最后都会体现在实际的价格上。笔者找了些第一眼就能吸引眼球的音箱产品与大家分享,它们的设计充满奇思妙想,有部分已经被发烧友接受与喜爱,有些还在争取认同。音箱毕竟是需要发出声音,而发烧友更希望能发出好声音的产品,所以无法太过天马行空,在时尚的蓝牙音箱上有不少创意,但笔者觉得一部分是哗众取宠而已。总体而言,在Hi-Fi音响圈,比较有新意并且愿意大胆尝试的是意大利人与德国人,从下面的图片中大家可以试着找寻自己心仪的目标。全世界音响品牌众多,或有遗珠之憾敬请见谅。

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