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自制一款适合小功率胆机的音箱

时间:2012-10-26  来源:123485.com  作者:9stone

    近年来在数字音源的感召下,古老的电子管功放又焕发出了青春。电子管放大器谐波丰富、声音醇厚、优美动听,但其也存在着以下一些不尽如人意的地方。例如,它的输出功率不容易做大,特别是那些流行的小功率管或被广为推崇的各类低效率Hi-Fi电路装配的发烧功放胆机的有效频率响应很难做得宽润与平滑,尤其是高频响应不易做好,一般能做到40Hz~16kHZ已经是相当发烧了。电子管功放的输出阻抗RZ比较高,它对扬声器的阻尼因素FD要比晶体管功放的低1~2个数量级。功放的FD反映了它对扬声器振膜的控制能力,FD大则声音清晰、层次分明;FD小则声音模糊、缺乏层次。电子管放大器对电信号的应变能力也较差,即它的转换速度不够敏捷。信号转换速度高的功放瞬态、动态响应较好,声音清晰、亮丽、有力度;速度低的则明显呈现出软、甜、柔的电子管音色。

一. 胆机及其音箱的特性
    许多胆迷曾多次被音响展示会或精品店中胆机的风采所倾倒,但当他们聆听自制或所购买的品牌胆机时却总也找不回那份韵味与气势。对此,一些朋友已明智地意识到问题可能出在音箱上。的确如此,就胆机远离Hi-Fi的一些音色个性和弱点来说,除了要从电路技术上下功夫来提高其保真度外,千万不要忽视了与它息息相关的放音系统,音箱对提高胆机音质和电声效率也有着非同凡响的作用。胆机虽好但也要靠靓声音箱相助,这点已渐渐成为了共识。因此,如何正确地为胆机选择扬声器、配置音箱以及充分利用放音系统的特性来校正、弥补胆机的一些缺陷显得尤为重要。对于动手派发烧友来说,最关心的问题是怎样制作出一款适应胆机特性的高效率Hi-Fi音箱。下面我们就来谈谈这方面的问题。

1. 提高胆机放声效率
    通常,在面积不太大的居室、客厅中原汁原味地聆听音乐的响度大约为92~94dB,这与原始音源节目制作时的音量基本吻合。而营造AV音响效果的响度至少为96~105dB,这对于那些能轻而易举地做到百瓦级以上的晶体管功放来说,即使配套的音箱灵敏度较低也没有什么问题。不过,一般家用型胆机的情况就不那么乐观了,特别是那些输出为3~15W 的单端A类或威廉逊、超线性等功放。尽管电子管功放是效率很高的感性负载输出,还有过荷承受能力强、过载后非线性畸变小、不需要很大的储备功率等优点,但是此类Hi-Fi功放由于输出功率有限,因此很难达到原汁原味的放音效果。如果给它们错配了灵敏度低的音箱则更是雪上加霜,在此情况下不可能经常开足音量、拼足力气去营造那惊心动魄的AV气氛。
    其实,一台功放所给出的声功率除了与功放的输出大小有关外,还与其配套音箱的灵敏度高低有直接关系。也就是说,在放音响度一定的情况下,随着音箱灵敏度的变化,所需要的电功率也截然不同。灵敏度高的音箱消耗的电功率较小,反之则较大。这方面的事例不胜枚举,如以往用于城乡电影放音的都是清一色的电子管功放和高灵敏度音箱,它们的音响服务于数千观众,但是功放的功率却仅为15~40W。当时如用一台功率为40W 的YJ603型电影扩音机来驱动灵敏度达108dB的巨型音箱,其所拥有的震撼力及冲击力足以使2000个座位席的影剧院中的空气振荡起来。
    有资料表明,在一定的响度级别下, 音箱的灵敏度每下降3dB则所需要的音频功率将增大两倍。当一台功放以105dB的响度进行AV放音时,如果它的音箱灵敏度为94dB,那么大约有10W的功率便绰绰有余了。此时分别换上91dB、88dB和85dB几种不同灵敏度的音箱,如果也要达到105dB的响度,那么输入功率将依次上升到20W 、40W 和80W。
    由此可见,随着音箱灵敏度的降低,输入功率由10W 上升到80W 。反之也表明,如果一台10W 的功放与94dB的音箱搭配,那么其音量与80W 功放配85dB音箱的旗鼓相当,前者的输入功率仅为后者的1/8。通过上面的例子,说明了小功率胆机只要配置了高灵敏度的放声系统,同样也能营造出相当不错的AV效果。

2.校正胆机音色
    无论多么发烧的晶体管功放还是电子管功放的音色都不是中规中矩、自然纯真的,多少都带有一些令人遗憾的个性音色。其中晶体管功放的音色表现是干、硬、噪,电子管功放却是软、甜、柔。功放品质越低下则所呈现的音色个性就越明显。其实,如站在Hi-Fi的立场上看,两者都是一种声染色失真。
    针对晶体管功放的干、硬、噪,近年来那些由柔顺的橡皮边低频单元和软球顶中、高频单元组成的具有软、甜、柔音色特性的放音系统,可以用来校正令人生厌的晶体管声。晶体管功放与这种特性的音箱联姻虽不是什么天作之合,但却能有效地令功放的狂气和躁气变得服服帖帖,音质和音色也确实变得柔顺耐听多了。对于胆机来说就不能给它配置校正晶体管音色特性的音箱。否则,胆机的个性将于此类音箱的特性不谋而合地叠加在一起,不但达不到补偿或校正电子管声音的目的,相反还会进一步地加强胆机的个性,使声音变得更加软、甜、柔。在这方面,行之有效的办法是给此类胆机配置特性相反的即具有冷、硬、亮音色个性的音箱,以此来校正胆机过分的声染色失真。当然, 不能矫枉过正,要恰到好处,否则,也会丧失可爱的胆味。
    不少胆机都缺乏爆发力和冲击力,中、高频也少了些沁人心脾的穿透力。这正是人们对胆机颇有微词的地方,也是它难以胜任AV的原因。事实上,出现上述情况除了有胆机功率不够大、频响及瞬态响应比较差这些问题外,还有一个重要的因素便是与所配制的放音系统的特性不适应。确实,胆机的瞬态响应赶不上晶体管机。长期以来,在电路方面都是通过尽量减少放大电路耦合级数、采用直流DC放大器以及改进电源品质等办法来提高其转换速率,使功放的瞬态响应得到了明显的好转。后来,人们已经注意到了扬声器辐射速度对瞬态响应的重要性。从扬声器的一些特性上来看,它的振膜、音圈、定心支片等构件的材料、质量、刚性、几何形状以及结构工艺等将直接影响声辐射速度。声速快的振膜反应灵敏,对那些瞬息万变的信号有非常准确的跟随能力,播出的声音明快、有力度。而声速慢的振膜反应迟钝,对信号的分析能力差,声音软弱无力达不到信号应有的高潮和爆发力。
    明白了电子管功放与晶体管功放转换速率上的差异后,在给它们配置音箱时就应该充分考虑到这一点。由于晶体管功放的转换速率较高,因此在一般的情况下不必对其所配音箱的瞬态响应特性过分挑剔,只要综合电声指标达到上乘的音箱便可。然而,胆机所配的音箱则要选择那些声速特别高的扬声器来组成音箱,以此来弥补胆机瞬态响应不佳的缺陷。通常,那些用铍、钛等金属或特种植物纤维制成的振膜,其声速可达220m/s,对声音不仅有非常出色的刻画能力,而且声音也特别铿锵有力。由这类单元组成的音箱虽然不合晶体管功放的口味,但对于胆机来说却是求之不得的。

3. 改善胆机音质
    许多CD节目中都有极丰富的高、低频乐音,但经过一些胆机的播放后没有了荡气回肠的低音,也少了些清脆纤细的高音。这里有功放的毛病,也有音箱的问题。在胆机中,除了输出变压器是左右高、低频带宽的关键元件外,还要考虑其各级电路中的容抗及分布电容所产生的相移影响。这样,胆机信号中的高低频成分再怎么精彩也别指望它能真实地展现出来。如果配置的音箱频率响应不太宽,高、低频单元的灵敏度又不高,那么所给出的声音必然是上面所述的样子。
    晶体管功放的情况就不同了,目前的晶体管功放几乎都是OTL直流DC放大器,很容易将功放频响做到0Hz~50kHz,因此对其音箱来说就不必刻意地追求宽频响。相反,为了防止过分的晶体管声,有时还特意给它们配置一些频响不十分宽的、具有软特性的音箱,以此来抑制那些尖刺、生硬的高频噪声。然而,对于频响一般的胆机,由于频带两端衰减量大,高、低频功率分量比中频段差得多,因此所配的音箱不但要强调高、低频灵敏度,而且还希望其频率响应特别宽。这样的音箱才能有效地展宽放音频带,改善功放高、低频响应的平滑程度。
    笔者常见到不少胆机的频响很到位,声音也柔和激荡、圆润悦耳,但仔细品味后觉得低音多了些尾音而显得有些浑,高音也少了些微妙的成分。这些问题是那些高输出阻抗胆机的通病,其特征是音量越大则上述不良表现越显著。造成这种现象的原因主要有两个。一是胆机的FD仅为10~30.它对扬声器的阻尼能力弱,振膜不能准确分析信号,所给出的声音不是丢了些细节便是新增了些原始信号中没有的成分,声音必然就变了样。二是所配音箱低频单元的Q值不合适,Q值高的扬声器振动系统质量大,振动惯性也大,响应不平滑且声音浑浊。胆机由于FD较小,对扬声器的控制力小,不能及时制约振膜的惯性振动,因此采用Q值低一些的扬声器有利于改善音质。这样的扬声器声音刚劲、清脆,胆机又天性柔和,两者所搭配出的必定是柔和且层次分明的声音。

二. 适合于胆机的Hi-Fi音箱制作
    现在的音响市场上扬声器品种丰富,国内的电声名厂都不时有品质一流的高、中、低频单元亮相。有些单元的特性不一定适应晶体管机,但它们的一些品质却很投胆机所好,并且价廉物美、唾手可得,这就为自制适合胆机特性的音箱提供了方便。笔者也是一个多年的音响迷,打造过许多不同种类的小功率胆机。由于长期以来寻觅不到适合胆机特性的高灵敏度音箱,因此在不得已的情况下设计了几款Hi-Fi音箱,现将其中表现不错的一款介绍给大家。

1.音箱设计理念
    在自制一款Hi-Fi音箱前,除了要对它的频率响应、失真度、灵敏度、承受功率和输入阻抗等主要技术指标做到心中有数外,还要事先对音箱的音色取向、声辐射特性、音箱类型、体积和单元组合等予以重点考虑。本音箱所要达到的主要技术指标如下:
(1)频率响应:27Hz~25kHz ±1dB
(2)灵敏度:不小于92dB
(3)输入功率:60W
(4)输入阻抗:8 Ω
(5)音箱特点:体积小、声辐射面宽、瞬态响应及声象定位好

2.单元组合
    采用多扬声器单元组成宽频带音箱已经是个老话题了,但从小功率胆机特性要求的高效率、高保真音箱情况来看,要真正全面做到设计中要求的电声技术指标不是那么简单。似乎选用一只灵敏度高的宽频带大功率Hi-Fi扬声器最符合创意要求,但问题是扬声器的振膜与频率响应、保真度、电声效率等始终存在着一系列尖锐的、不可调和的矛盾,至今还很难用一只扬声器来Hi-Fi地重放全音频。尽管也有同轴、双振膜(双纸盆)、组合式(附加的高、中频单元用构架组装在低频单元上)等形式的全频带扬声器,然而由于结构上的诸多原因,它们仍然存在着频响不平滑、互调失真大、瞬态欠佳、灵敏度低、功率小以及声场窄等损害保真度的问题。因此,很少见到用此类扬声器制成的高灵敏度或大功率Hi-Fi放音系统。
    由高、低频独立的扬声器单元组成的音箱具有频响宽、功率大、分频网络简单、单元少、安装紧凑及声象定位好等优点,其始终是各类视听音响系统中首选的音箱。然而,在要求很高的Hi-Fi放音时,二单元音箱的情况就不容乐观了。试想一只下潜到20Hz的低频单元,其振动系统已不能出色地再现中频,而一只频响上扬到20kHz的高频单元也不可能很好地兼顾中频。这样的组合即便能勉强做到宽频带,但在中频段的响应将变得很不平坦。尤其是语言、音乐中丰富的谐波功率多半是在中频,如果离开了品质一流的高、低频单元的支持,其保真度也就可想而知了。另外,二单元音箱对高、低频扬声器的电声指标要求十分苛刻,能胜任Hi-Fi组合的二单元扬声器也都存在着价格昂贵、不易搭配及难以购到等问题。如果对扬声器特性、音箱制作与调试技术缺乏了解 一般用二单元装成功Hi-Fi音箱的把握不大。
    如果在二单元中间插入中频扬声器,那么放音的情况就大为改观了。显然,高、中、低频扬声器各有特色,三者能尽情地展现自己的风采,给出的必然是一个宽频带Hi-Fi音箱。多单元音箱由于频段划分细,因此不需要响应十分平坦的宽带扬声器,只要它们各自所承担的频段灵敏度及响应出色,便能将频响、效率、功率衔接搭配得很均衡。另外,多单元组合对扬声器的要求不高、成本低廉,这些都使得三单元音箱一直成为各类Hi-Fi放音的佼佼者。
    当然,组合音箱时也并非是单元越多越好,从某些情况来看,二单元音箱的一些优点正好是多单元音箱的不足。对于多单元组合及分频网络所引起的频带衔接、响应平滑度、灵敏度以及声象定位等问题都要加以考虑。只要认真选择并搭配单元、科学合理地设计音箱,仔细地组装调试,一般都能做出令人满意的Hi-Fi音箱。全面权衡利弊,笔者认为小功率Hi-Fi放音系统还是选择三单元组合音箱为上策。
    那么,究竟哪一类型的音箱才是设计理念中的最佳拍档呢?回答肯定是倒相式音箱,其主要有以下几个闪光点。
(1)它的灵敏度很高,输入较小的功率便能给出很大的声压,并且音质也相当好。理论数据表明,好的倒相式音箱可以使低频的灵敏度提高4~6dB,这就意味着功放的输出功率增加了3~4倍,这一点对提高小功率胆机的音量更显得难能可贵。
(2)有效地弥补了由功放低频相移及扬声器声短路现象而引起的声压下降问题,这也是一般胆机求之不得的优点。
(3)由于箱子的谐振频率与扬声器的共振频率相调谐(谐振),扬声器的谐振峰受到了极大的阻尼,可使低频响应的平滑度改善80%,而且低频端的响应也比原来向下延伸1/ (31/2),因此完全可以用普通扬声器来获得宽频响和高灵敏度。
(4)倒相式音箱的保真度很高且箱子的体积很小,在同样的下限频率时箱容积也仅为密闭箱的60%。
    这些出类拔萃的优点都为小型高灵敏度音箱的制作提供了可能。

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