浅谈超重低音音箱的设计和制作

超重低音音箱，也就是俗称的低音炮，它对营造震撼的气势效果很重要，重要程度极强。在大多数把以AV功放加五只音箱与低音炮组合成套餐形式来推销的家庭影院产品当中，低音炮已然成为了不可缺少的配置。实际上，那些设计规范、制作工艺精湛、效果十分出色的低音炮，它们在家庭影院系统音频重放里的效果格外迷人。只是令人遗憾的是，市场上效果出众的低音炮其价位让一般人难以承受。而价位实惠的低音炮效果又难以让人满意，这世间的事情常常就是不能尽如人意。不过，善于动手操作的影音爱好者却秉持“自己动手，丰衣足食”的理念，鉴于此，本文打算就低音炮的设计原理做简单的介绍，以供有兴趣的人参考。

通常来讲，就低音炮的构成方面而言，低音是分为有源和无源这二大类别的，有源低音炮所指的是包含功率放大器的那种低音炮，在其电路部分当中，除了功率放大之外，一般还具备音频频率滤波，也就是滤去低音以上的音频频率成分，还有相位调整，以及音量调整等单元；无源低音炮则和一般音箱没什么差别，是由单元以及无源功率分频器构成的，其中分频器只是一个低通滤波器罢了，这使得它的重放频率范围仅仅是超重低音音频。接下来会针对低音炮的一大单元音箱，功率放大分别予以介绍。

一、低音炮箱体设计原理和分类

关于低音炮的设计原理，能够大概划分成三大类别，分别是密闭式的音箱，还有倒相式的音箱，以及带通滤波式的音箱。

1、 密闭式音箱

从名称就能想到，这种用于放置声音播放设备的箱子，是处于毫无缝隙完全封闭状态的，和通常所说的那种封闭类型的箱子，在结构方面是相同的，可查看图1。

密闭式音箱有这样的特点，它的结构是简单的，瞬态响应相对比较良好，也就是听感会显得深沉且清晰。不过它存在一定不足，在拥有相同体积的情况下，跟其他类型的音箱作比较，其低频下潜截止频率相比于其他音箱是要更高的情形，所以呢要是想要获取更低的低频下潜频率，一般常常需要较大的箱体容积并且要选用口径较大的喇叭单元，而且该音箱的效率也就是灵敏度比其他类型音箱要低。

于箱体容积设计这方面，有一项工程设计数据可作参考，当喇叭单元的谐振频率Fs比50Hz低的时候，箱体容积相较适宜大于1.4立升，当Fs比50Hz高的时候，箱体容积相较适宜大于2立升。

闭箱在进行制作时情况，闭箱在进行调校时情况，通常还需要于箱体内填充大量吸音棉，材料是玻璃纤维的情况，材料是长纤维羊毛的情况，能够改善音箱的柔顺性，还能够达到等效增加箱体容积的效果，理论上该效果达40%，实用上可以按照等效增加容积15% - 24% 来进行计算，这相当于减少箱体的容积。另外，填充吸音棉，能够提高音箱的效率，正确的填充量，最大可将音箱效率提高至15%，吸音棉量的多少，通常要通过反复试听来确定，要以声音不浑浊（量偏少）、沉闷（量过多）为准则，其他类型音箱也不例外。

针对于闭箱型的低音炮而言，对于单元所提出要求，跟其它类型音箱相比较，是要更为严格一点的，其中期望Fs是低于40Hz才好，Qts应当处于0.3至0.6这个范围，Fs/Qts要小于等于50。除此以外，单元的口径最好是大于20cm，并且是属于长冲程设计。

2、倒相式音箱

这是在市场当中数量最为众多的其中一类音箱，这类音箱之上有着倒相管的设计，也就是那种被称作低音反射式的设计，请看一下图2。

倒相式音箱，当单元处于谐振频率Fs之上工作时，锥盆位移相对而言较小，所以功率承受能力高些，谐振失真也较小，然而在谐振频率以下时，锥盆位移量会大幅增长，谐振失真随之增加，在容积与单元条件相同的状况下，倒相式音箱能够获取比闭箱更低的低频下潜截止频率。此外，理论上倒相式音箱的效率能够做到比闭箱大约高3dB。

理所当然，那种倒相式音箱，涵盖倒相管的设计，以及制作，还有调校，其难度相较于闭箱而言要更大，倒相式音箱在内部同样是需要去填充适量的吸音棉的，一般情况下会比闭箱的量少一些。

关于单元选取，Fs选取低干45Hz为佳；并且Qts应当小于0.5；同时Fs/Qts的取值，在100左右为好；单元口径要大于17cm；为获取较大声压功率，如同闭箱一般，最好选用长冲程设计的单元。

3、带通滤波式音箱

有着这样一种音箱，它相对少见，可参见图3、图4，从图中能够看出，它是在闭箱以及倒相式音箱的根基之上发展起来的，既存有闭箱的设计痕迹，又具备倒相式音箱的特征，其中图3所展示的音箱也有被称作四阶带通式音箱的情况，图4所展示的音箱能够被叫做六阶带通式音箱。

A、四阶带通式音箱

于闭箱腔内增添了一个开口腔，其中一部分处于闭箱模式下工作，另一部分则在倒相式模式下工作，所以，此种音箱既拥有闭箱的优势，又具备倒相式音箱的特性，它的效率比纯粹的闭箱要高，低频下潜截止频率和倒相式音箱接近，能够用较小口径的单元获取较低下潜截止频率。此外，它的带通频率能够进行调整，进而分频器可得以简单化，缘由是音箱自身就等同于自然分频器。

关于单元选取这方面，从原则上来说，它跟闭箱是比较相似的，然而呢，因为它的效率相较于闭箱要稍微高那么一些，并且锥盆位移量相对比较小，所以能够采用较小口径、短冲程的单元。

B、六阶带通式音箱

在四阶带通式音箱的闭箱部分的腔内，又增添了一个开口腔，也就是存在二个开口腔，其中一个开口腔运行于较低的频率，另一个运行于较高的频率，二者进行合成，产生具有一定带宽的频率响应，和上述四阶带通式音箱相比较，效率与带宽的可调性更为灵活，并且能够借助更小口径的单元获取更低、更深沉的低音效果，同时，锥盆位移量更小，谐振失真更低。

关于单元选取，大体上和倒相式音箱差不多，然而，Qts把控在0.4左右较为适宜，单元口径基本不存在严格限定，要是想争取高声压功率、低失真输出，单元口径自然是尽量选取大些更为妥当。

平常情况下，带通式音箱在工作时，其倒相孔那里的气流声及声压，一般是比较大的，特别是当处于大动态、超低频信号之时。所以呢，不管是四阶带通式音箱，又或者是六阶带通式音箱，只要有可能，倒相管都最好能尽量大一点，这样做是为了防止在音箱工作时产生气流声。

在关于箱体的设计这个事情上，它的容积所取的值，就实际应用中的情形而言，并非是按照理论计算而得出的，特别是对于商品箱来说，主要是把美观以及尺寸的协调这两个方面当作标准，电声指标通过倒相管、吸音棉的调整从而达成最佳的水准就行，当然啦，它的容积与工程计算值越靠近，性能就越能够达到最好的那种水准。另外，在箱体制作这一环节当中，内部加强筋所起到的作用是不能被忽视的，在箱体的接缝处以及大板的中间添加一些加强筋，有助于降低音箱的谐振，所以箱体重一点总归是存在益处的。

二、电路的构成

低音炮于家庭影院系统里有着广泛应用，其缘由包含，影片音频解码还原进程中得到了超重低音信号，不管是模拟杜比系统，还是当下极为流行的数字环绕系统，只要存在超重低音信号，那就必定需要专门音箱来重放。

基于低音炮电路构成予以剖析，通常由前级放大、低通滤波、相位调整、功率放大、保护以及电源等部分组合而成，就其发挥的作用来讲，前级放大乃是把AV功放输出的超重低音信号进一步予以放大，直至足以驱动功率放大部分达成满功率输出的幅度，鉴于各个品牌的AV功放所提供的超重低音信号电压并不相同，一般在0.3至1伏的范围之内，所以前级放大实属必要，前级电路还有一个关键作用，即具备隔离缓冲的意义，由于各个品牌的功放输出的超重低音信号存有差异，部分厂家在设计过程中偷工减料，导致其输出内阻颇高，倘若直接驱动低音炮的功率放大单元，极有可能效果欠佳；低通滤波是低音炮内电路部分较为关键的一个单元，其作用是把混杂在功放输出的超重低音信号里低频以上的信号进一步加以滤除，一般设计为80至180Hz（诸多高档产品将滤波器低端截止频率设计成能够连续调节的），要是属于固定频率的滤波器，一般取值大概在110至150Hz左右，过低的话音箱容易出现混降声，过高则容易混入人耳能够辨别的音乐信号；用于各个品牌的AV功放输出的超重低音信号是反相还是正相并无统一规定，因而，相位调整就是在低音炮摆放之际依据系统连接的需求将低音炮正相或者反相使用，视效果来定，一般也是不可或缺的；功率放大单元就毋庸赘述了，是有源低音炮的核心所在，同样，为保障低音炮安全运行并在异常状况时保护器材不被损坏贵重部件或者防止故障扩大化，保护电路一般也是必需的；电源是各个电路单元工作的动力，是基本的组成部分。需要补充说明的是，近些日子以来，部分低音炮设计打造了电源自动控制这一功能，在没有信号的状况下此功能会让低音炮自动将主电源关闭。

有一种设计比较完善的超重低音前级信号处理部分电路，本文提供了它，其中第一级是信号放大，本级放大倍数能够依据需要进行调整，这是第一级的情况。第二级是50Hz以下超重低音的提升电路，这是一般低音炮电路并非具备的。第三级是频率可调低通滤波器，其调整范围是80Hz - 200Hz。第四级是隔离缓冲级。第五级是0 - 180度相位连续调整电路，这同样是一般低音炮所没有的功能单元，极具特色。最后一级同样属于隔离缓冲级，最后面是音量调整电位器。一方而在制作之时，其三块双运放能够采用一般的4558就行，供电电源为稳压电源，其范围是±12至18V，鉴于电流非常小，因此可由功率放大级电源经过电阻降压而获取，如此一来便能够简化设计制作的难度。对于此电路感兴趣之人，能够依据需求给予适当的删减。

谈起功率放大，还有保护、电源部分电路，其与一般功放并无差异，因节约篇幅故而略去，然而，用于低音炮运作，处于超低频段范围，就功放来讲极为消耗功率。这便要求功率放大部分给出充足功率输出，依据音箱效率来看，通常要求输出功率得大于80W。与此相同，电源功率储备充足同样是必不可少的。不然的话，在大动态状况下，功放输出的失真会增大，且输出功率会受到限制，进而影响低音炮的效果。至于分立元件或者使用功率集成块，应该全是可行的。有一点毋庸置疑，对于低音炮而言，变压器以及功率放大的输出功率越大越佳。

还要补充说明的是，音箱制作看上去好像简单，不过要做出有不错效果、听感很棒的音箱，真不是一件轻松的事。在业余状况下更是较为困难，要是厂家给出的单元参数较为规范，并且给出了参考箱体设计指南，那么在业余状况下制作音箱相对容易一点，制作低音炮更是这样。当然，这并不妨碍一些资深音响人士靠着一种精神，经过多次试验、调试以及令人惊叹的听力做出效果突出的音箱。