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拆机乐园之音箱设计DIY

时间:2015-01-08 08:34 来源:电工之家

一、发烧的经历
10多年来我共设计了9对音箱,时间长的做了一年多,短的也做了好几个月。其中:第一对是尝试之作,居然很成功,音质也不错,转让给一位熟人后,人家也是挺中意,于是有了后续的作品;第二对、第三对是入门之作,以DN-A3分频的哑铃式两分频惠威音响,现在成了人家的摆设或家俱;第四第五对是入室之作,积累了一定经验,较轻松完成了,也是DN-A3分频的哑铃式惠威音箱,只可惜用它的就是一些不懂音乐的人,以致千里马埋汰在槽枥之间;第六对是成熟之作,就是我现在用的,是Hi-Fi兼容AV的三分频落地箱,高110cm,单只重25kg,音质很稳定。第七对是理想之作,这时我的设计理念已非常清晰和成熟,个人技艺达到的颠峰水平,这对音箱的确也非常好听,所谓“静若处子,动若奔雷”,是替一位同事结婚设计的;后来又做了两对:第八对和第九对是凑和之作,音质都不如第七对好听。
前段,组织部派我到浙大学习一周,在杭州买到一些配件。现在,我要做我的第十对音箱,完成之后将封刀挂剑、退隐江湖,不再设计音箱了,所以,我把它定性为封刀之作。
二、缘起和理念
有了落地箱后再搞一对小型的书架箱听人声是不错的选择,我有比别人更强烈的意愿,要从12年前说起,那时在乡镇工作,朋友知道我喜欢音响,特意找人从福建四大高峰之一的辰山之顶搞到一副松木板材(之前多用中密度纤维板和高密度纤维板MDF)。我一看就喜欢上了:那里海拨在1800米左右,终年气温较低,树木生长缓慢,上百年的松木才合抱大(约40~50cm),所以木质非常致密,比重特别大,比同等体积的中纤板还要重得多——这正是做音箱的首选良材!但机缘不到,我不随意使用。
今年,我从市里调到乡镇任职,终于有较多的时间来打磨自己喜欢的东西,我要精雕细刻、做一对音质比以往9对还好的Hi-Fi小音箱。
三、材料选择和数据设计
为了做好这对音箱,我对于器材的选择是精心策划的。
主要器材有:喇叭、分频器、接线柱、吸音棉、内六角螺丝、音响线、油漆等等。
辅助器材包括购买了600多元的各类使用工具,如钢锯、内六角螺丝刀、刨子、手工钻(及3mm、5mm钻头)、木工尺等等。
在设计数据上也力求合理、精益求精。

1.喇叭:器材的好坏直接关系音质,所以喇叭的配对至关重要!国外的发烧喇叭是一般人的首选,只是很少零售(多是卖整箱),网上一搜多半是二手的,考虑到没有参数资料、以后的更换成问题且价格高昂,只好把眼光转向国产的。事实上国货也有好的,如美之声、银笛、惠威、老南鲸中都有不错的产品单元。有人统计,在欧美的音响市场,人工费与材料的比值为6:1,而中国则倒过来是1:4。就是说国外7000元RMB的音箱中,材料只点到1000元,其他6000是人员工资和利润,中国倒是材料更贵。——从性价比上讲,国货不错!
高音单元:我选惠威的Q1—R,主要是声音靓而耐听,不刺耳。总体来说,我对惠威的大部分产品是不敢恭维的,以前也用过一些喇叭单元,总觉着音质好的不多,且跟其它厂家喇叭单元配对的兼容性很差。但Q1R却是其中的蛟蛟者,好在什么地方大家听一下就知道。它的参数如下:
Q1R 顶级高音扬声器技术参数
额定阻抗:          6Ω
谐振频率:          1000Hz
额定功率:          15W
最大功率:          30W
灵敏度(2.83v/1m):          89dB
重量:          0.8kg
音圈直径:          28mm
直流电阻:          5.3Ω
音圈线材:          耐高温铜包铝线
音圈骨架:          耐高温Aluminum
磁路型式:          屏蔽式防磁磁路
磁体材料:          高性能铁氧体
推荐分频点:          >2500Hz
低音单元:我用银笛6.5寸高保真防磁喇叭YD167-1506X2-S。为φ167圆形铝盆架,橡皮边羊毛盆,φ38铝骨架音圈,高性能磁屏蔽磁路单元。银笛的这款低音是其上乘之作。产品参数:
额定阻抗:  8Ω±15%          长期最大功率:  40W
额定功率:15W              额定特性灵敏度:  88±2dB(1m•1W)
F0:  38Hz±15%              额定频率范围:  f0-5500Hz 
Q0:  0.27                  M0:   16.5g
等效容积: 29L              有效振动半径(A):6.65cm
额定总谐波失真: (1m•89dB)≤7%(1.2f0-500Hz)   ≤5%(>500-5000Hz)

高音推荐分频点是>2500HZ以上,低音推荐分频点是3000~5000HZ
2.分频器:配对的是银笛的TF-2201二分频套件,低通、高通均为12db\oct,建议分频点为3000HZ。


认真研究了数个晚上,认为这款分频器是比较合适的,分频点3000HZ跟喇叭很匹配,而且可以使人声方面的音频曲线更加完美、平滑,能够更充分发挥本书架箱的优点。
有兴趣的朋友也可以自制分频器,只是比较麻烦。公式如下:
(1)低通滤波12db/oct、6db交叉:
L=296R/f   (mH)      C=14800/f*R  (uF)      
(2)高通滤波:
   L=170R/f   (mH)      C=85300f*R  (uF)
其中:
L—线圈电感值(mH)    C—电容容量(uF)
R—扬声器的阻抗(Ω) f—分频点的频率(Hz)

3.音箱内容积计算
根据厂家推荐YD167-1506X2-S的等效容积为29L,一般经验取它1/2~2/3为好,则容积最好在14.5~19.3升之间。当喇叭的Q0值为0.27时,音箱的固有频率Fc=F0 * 1.35≈50HZ,劲度比是(a)0.935。则:
V0=355A(四次方)/a*Fc(平方)*M0≈18(L)     其中:
A为有效振动半径6.65cm  a为劲度比0.935  M0是有效振动质量16.5g
V=V0+扬声器和其它在音箱内的物体占用的体积(本箱约为3升)=21(L)。

4.导相管的长度(l)计算
S=喇叭有效振动面积,则:
S=13.892~55.568(平方厘米)。取S=40则口径d=7.1~7.2cm
L=30000S/Fc(平方)*V0—0.825√S≈15~21cm 取L=16cm
5.音箱内部尺寸计算
限于板材的宽度和书架箱大小关系,综合考虑最佳消除驻波的比率,我将内空比初步设为2.7:1:1.2,由此求得内部尺寸。设内部宽度为N,则:
18升*1000=2.7N*N*1.2N          N=17.711cm 取内部尺寸互为质数:
高H=2.7N≈47.59cm  深D=1.2N≈21.41cm  宽W=N≈17.77cm
内容积为47.59×21.41*17.77≈18.105(L)符合设计标准,在15~19L内.
6.裁板
以板厚20mm计算,音箱尺寸为
高:47.59+4=51.59   深:21.41+4=25.41   宽:17.77+4=21.77
裁板尺寸:
前后板:  51.59x21.77                      4块
左右板:  51.59x21.41                      4块
上下板:  17.77x21.41                      4块
7.开口
   以前面板宽度中线为准,高音开口80mm、低音开口148mm、导相管开口83mm,在后障板开接线柱开口10mm  x 2。
  注:我用山上老毛竹裁成内径约70~72mm、长度约16cm、厚度约5mm的竹筒,经压力锅水煮30分钟 烘烤10分钟,20多天风干后制成导相管。


8.其它设计
(1)低音扬声器与导相管的中心孔距d=2.5~4倍A≈20cm。
(2)吸音棉用3mm的聚脂纤维棉。
(3)喇叭螺丝用内六角自攻螺丝钉。
(4)不用接线盒而用台湾产的长30mm接线柱。
(5)整个箱体不用铁钉或铁制螺丝钉连接(磁化后都是磁体影响音质),全部采用竹钉固定。竹钉直径5mm,经压力锅水煮30分钟 烘烤10分钟,20多天风干后制成。

四、箱体制作
(1)音箱板用砂纸逐块打磨干净、平整,尺寸要尽量精确;
(2)用白胶粘合音箱板,做到严丝合缝、尽量密合,不足处要砂光;
(3)箱体的四边每隔10cm打一枚经白乳胶涂抹的竹钉固定,待白胶干透彻后,锯去长出来的竹钉并用砂纸磨光竹头;
(4)箱体内涂抹一层厚3mm左右沥青油,凡有缝隙的地方都要灌密;(5)对箱体整体打磨、抛光、喷漆和其它美化处理(也可以贴纸);
(6)装吸音棉;
(7)用怪兽100芯线焊接分频器、接线柱、喇叭,注意:高音要反相相接,即高音的正负板与分频器的正负极反接;
(8)接线柱固定在音箱后障板上,喇叭下套橡皮垫圈用内六角螺丝固定在音箱前面板上;
   安装步骤大体如此,有一些次序前后调一下也无碍大局。
五、试听   

用了几张专业的测试碟、输入各种频段信号进行测试,又对人声、器乐、电子乐,以及交响乐曲交叉对比,对于中频、低频是很满意的,高音部分也不错,就是有一段,感觉在分频点3000HZ前后不是很平顺。可能是刚刚做好,音箱没有“煲”来;也可能是惠威跟银笛不好配对的原因。但除此之外,总体很好。拟过几天高音换成银笛防磁高音YDQG5-34试试。
   试听用的功放是EL-34B管子做的胆机,音源是荷兰生产的一种CD机,前后级音频线也为该厂赠送,品质还不错,音箱接线用怪兽200芯线材。

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