基于惠威Hi-FiRESEARCH 12英寸的W12低音單元高品質(zhì)有源超重低音音箱設(shè)計(jì)

眾所周知，低音是音樂信號(hào)的基礎(chǔ)，它在很大程度上影響聽音的氛圍，缺失低音信號(hào)聲音會(huì)顯得輕飄而不真實(shí)，而在正規(guī)的家庭影院播放中，超重低音箱是很重要的一分子，如果少了重低音的烘托，那就完全失去臨場(chǎng)感，也就是說不真實(shí)。很多發(fā)燒友普遍使用6.5～8英寸低音單元的音箱，這些音箱的低頻下限比較低，低音聽起來雖然有力，但能量和延伸能力卻不足。

因此，筆者建議，如果有條件，還是選用中大型落地箱為好，以得到更豐富的低頻響應(yīng)，而組建家庭影院時(shí)，應(yīng)把超重低音音箱考慮進(jìn)去。當(dāng)然，如果原來的系統(tǒng)沒有豐富的低頻效果，你也可單獨(dú)添置一個(gè)優(yōu)質(zhì)的超重低音音箱來提高重播效果。不過，好一點(diǎn)的超重低音音箱售價(jià)不菲，既然我們有能力去自己設(shè)計(jì)制作書架箱或落地箱，那么我們是否也能自己做一個(gè)好一點(diǎn)的超重低音音箱呢?答案是肯定的，有興趣的讀者不妨跟隨著我依葫蘆畫瓢。

理想的超重低音箱的概念
在制作前，我們應(yīng)對(duì)什么是“好一點(diǎn)的超重低音音箱”有一個(gè)基本的概念。筆者認(rèn)為衡量超重低音音箱的品質(zhì)高低有幾個(gè)方面。
1.好的超重低音箱必須是有源放大的
所謂“有源放大”就是內(nèi)置功放的，而無源超低音音箱是沒有內(nèi)置功放，箱內(nèi)只有無源分頻器，要和主音箱共用或另配功放。無源超低音音箱是利用前級(jí)的音量控制來決定音量，如果超重低音音箱的靈敏度或音量和主音箱不平均，會(huì)引發(fā)聲場(chǎng)混亂、頻響不均衡、聲像定位出不來等情況，而此時(shí)超重低音音箱的擺位又不能解決這一問題，這些問題就難以改善。加上超低音大口徑單元的振動(dòng)質(zhì)量肯定大于主音箱單元，故發(fā)聲速度要慢一些，加了這種超重低音音箱之后，效果往往很渾濁。
有源超低音音箱是專門為低音重播而設(shè)計(jì)的。它的工作特征是信號(hào)直入帶有源分頻的前級(jí)。100 Hz以下的頻率由專用的低音放大器放大后驅(qū)動(dòng)超低音音箱。100 Hz以上的頻率經(jīng)分頻后送至放大器，放大后由主音箱播出。這時(shí)要有一個(gè)獨(dú)立的音量控制用來控制超低音音量跟主音箱在音量上的比例。
正規(guī)的添加超低音音箱是超低音在交叉分頻頻率以下工作(例如100 Hz或120 Hz)，而主音箱在交叉分頻頻率以上工作，不過這樣的分頻器要設(shè)在信號(hào)源輸出之后，主聲道前級(jí)之前，因而，一些高級(jí)的超低音音箱都設(shè)有一對(duì)左右聲道輸出端子，但在日常使用中很多人都是直接從前級(jí)輸出直駁入超低音音箱。
由此看來，有源超低音音箱所用的單元和內(nèi)部磁路結(jié)構(gòu)、專用的低頻提升技術(shù)，以及分頻放大器、箱體等都是為低頻再現(xiàn)而服務(wù)的。因此，有源超低音音箱的表現(xiàn)并非無源音箱所能比擬的。

2.超低頻量感要充足，延伸要足夠低
超低音音箱的功能就是彌補(bǔ)主聲道音箱的低頻不足。

3.超低音單元要能承受大功率而不失真
眾所周知，面積越大的振膜低頻潛得越深，同時(shí)為了要達(dá)到充足的能量，大多數(shù)的超低音單元都在10英寸以上，單元的振膜越大，相對(duì)的質(zhì)量也會(huì)增加，單元的運(yùn)動(dòng)不容易受控制，這時(shí)需要較大的控制能量既較強(qiáng)的輸入功率。否則，振膜的動(dòng)靜不能令行禁止就會(huì)使聲音模糊，如果單元反應(yīng)的速度跟不上音樂的速度，就會(huì)造成低頻段的失真，使聲音模糊不清，同時(shí)也會(huì)讓低頻變得軟弱而不夠力。

4.要有設(shè)計(jì)合理堅(jiān)固的箱體結(jié)構(gòu)
超低音是音箱播放中失真最嚴(yán)重的頻段，但低頻段其實(shí)也藏有許多細(xì)節(jié)和質(zhì)感，像低音大提琴與管風(fēng)琴的低頻就不一樣，絕不是轟轟響模糊一片的盲目“雄渾”感，性能優(yōu)異的超低音還可以輕易聽出堂音、細(xì)節(jié)以及音色等各種巧妙的變化，反應(yīng)快的超低音可以重現(xiàn)出凝聚的沖擊力和有效提升分析力并與中、高頻段銜接良好。箱體的長(zhǎng)寬高比例和堅(jiān)固與否會(huì)直接影響到超低音的細(xì)節(jié)清晰度、分析力、速度感、瞬態(tài)反應(yīng)等，因此不能等閑視之。

選材設(shè)計(jì)制作
就上述幾個(gè)觀點(diǎn)，這款DIY的有源超重低音箱將通過精心選材、精心設(shè)計(jì)制作來達(dá)到媲美優(yōu)質(zhì)商品機(jī)的效果。
首先我們選用的低音單元是惠威Hi-FiRESEARCH 12英寸的W12低音單元(如圖1)。它的特征是采用高損耗、高順性、超薄、耐疲勞橡膠折環(huán)和德國(guó)KEVLAR增強(qiáng)紙基復(fù)合材料振膜，配以高散熱涂層、無渦流損耗、高承載功率76 mm音圈和耐高溫SV線以及一體化高密度鋁盆架，它的對(duì)稱磁場(chǎng)(SMD)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可減少音圈電感與反電動(dòng)勢(shì)的相互調(diào)制，加上超長(zhǎng)沖程線性位移設(shè)計(jì)，使它有著承受功率大，fo(諧振頻率)和Qts(品質(zhì)因數(shù)，總Q值)較低，瞬態(tài)好，低頻響應(yīng)極佳，低音豐滿有力，高清晰度和解析力，動(dòng)態(tài)大，低失真的優(yōu)點(diǎn)，很適合做有源超低音。
W12低音單元的幾個(gè)主要相關(guān)參數(shù)是：額定阻抗8Ω；諧振頻率(fo)28 Hz； 額定功率150 W(最大300w)； 靈敏度(2.83V，1m)90 dB；總Q值0.42；振動(dòng)質(zhì)量89.7 g；等效容積(Vas)156 L。圖2是它的結(jié)構(gòu)尺寸圖。

選定單元后，應(yīng)當(dāng)考慮推動(dòng)這個(gè)低音單元的功率大小，為了很好地控制低音單元的運(yùn)動(dòng)，筆者認(rèn)為功率放大器輸出的功率不宜小于低音單元的150 W 額定功率，但也不宜大于它的最大300W 輸入功率，因此所用的功率放大器輸出功率應(yīng)在200 W(8Ω)左右。對(duì)于一般幾十平方米聽音室而言，如果設(shè)計(jì)合理，這個(gè)功率已足夠。
超重低音音箱用的功率放大器不僅要有大推動(dòng)力，同時(shí)其瞬態(tài)失真要小、反應(yīng)速度要快。這里采用的恒流功放驅(qū)動(dòng)，是用線性元件把流過揚(yáng)聲器音圈的電流取樣反饋到功放輸入端，使放大器以固定電流方式驅(qū)動(dòng)負(fù)載，這樣就很好地解決功放內(nèi)非線性失真或瞬態(tài)失真不能兼顧的問題。
使用恒流功放驅(qū)動(dòng)還有不少好處，首先，輸?shù)綋P(yáng)聲器音圈的電流不受揚(yáng)聲器阻抗的影響，因而簡(jiǎn)化了保護(hù)，提高了可靠性；其次是反饋取樣電壓與流過揚(yáng)聲器音圈的電流成線性關(guān)系，不存在相位差，減少了功放內(nèi)部的瞬態(tài)失真，系統(tǒng)的瞬態(tài)失真指標(biāo)取決于揚(yáng)聲器的瞬態(tài)特性；其 是用輸出負(fù)載特性的功放驅(qū)動(dòng)阻抗隨頻率變化的負(fù)載，會(huì)增強(qiáng)聲音的力度和解析力，反應(yīng)速度也快。圖3就是超重低音箱用的主動(dòng)伺服式功率放大器。它是專門根據(jù)W12低音單元的相關(guān)參數(shù)作了取樣設(shè)計(jì)。該線路可輸出200 W左右的RMS功率，為上下對(duì)稱分別采用負(fù)反饋恒流設(shè)計(jì)，這種線路的特點(diǎn)是負(fù)反饋分別加在輸入級(jí)晶體管的發(fā)射極上，與各自的偏置電路組合成獨(dú)立的上下對(duì)稱線路，優(yōu)點(diǎn)是前級(jí)的發(fā)射級(jí)不易混入噪聲，功放有很高的信噪比。
伺服均衡相位、音量控制線路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是從音源或前級(jí)輸出的信號(hào)經(jīng)L，R輸入送到運(yùn)算放大IC1A的輸入端，開關(guān)K1和IC1B就是用來控制信號(hào)的正反相，使之與主音箱有更正確的相位匹配。由三聯(lián)波段開關(guān)K2和IC1C構(gòu)成的線路是以巴特沃斯三階低通濾波器組成的約40 Hz，55 Hz，75 Hz，100 Hz共4個(gè)低頻輸入截止點(diǎn)。

圖3 起重低音音箱用的主動(dòng)伺服式功率放大器