分频设计自己来

1、前言很多人都認為DIY喇叭比起前級，後級及DAC簡單，因為它只是一個木箱加上分音及單元便可以了，真是沒有技術可言。當然啦,做出來有聲出的確很簡單.但做出好聲音就有點難度了。一向以來，分音器、音箱的設計都是廠商視為秘密般的收藏.這樣使得僅有很少數的DIYer可以進行喇叭的實作，實在有點可惜。我嘗試在這裡為大家解開這個秘密，希望大家看完這篇文章可以對設計有了初步的了解，然後可以做出自己的第一對喇叭。還要多謝立民兄給我寫這篇文章的機會。本篇會有三個單元：分音器篇 音箱篇 實作篇簡介首先想給大家一個說明，對喇叭各部份有個初步了解：超高音：負責22kHz以上的頻率高音：負責5000Hz22kHz頻率.中

2、音：負責15005000Hz頻率低音：負責1500Hz以下頻率超低音(增加)負責200Hz以下頻率分音器：指定的頻率分配給各個單元工作。音箱：分為密封式,倒相式及迷宮式喇叭單元的結構在此不作說明了，因為太過複雜很難解釋清楚，以後再利用篇幅講解。分音器篇表面上分音器只是一個十分簡單的電路,應該不會太難設計.可是在現實卻是完全兩會事了.其中所包含的測量,分析及所要的儀器的確是相當的複雜.不過今次要講的不是那麼高深難明的測量.而是要從最基本開始,好有個完整概念.分音器可分為以下兩大類:主動分音及被動分音：兩者的分別很大，主動分音使用在前級及後級之間，用OPA來達成分音的目的,須要多部後級才能使用。而

3、被動分音(以下稱之分音器)就是放在音箱內的分音器,要用電感零件來達成分音的目的。但只須一部後級便可以使用.也今次所要介紹的。編注：主動分音，又稱有源分音（香港方面的說法），Active Cross Over；被動分音，又稱無源分音（香港方面說法），Passive Cross Over。其中又可以把分音器再分為：二路設計有：First - Order線路圖C1=0.159 / RH F L1=RL / 6.28 F式中的:RH = 高音阻抗值RL = 低音阻抗值F = 分頻點Second - Order線路圖Second - Order Linkwitz

4、- RileyC1 = 0.0796 / RH F L1 = 0.3183 RL / FC2 = 0.0796 / RF F L2 = 0.3183 RH / FSecond - Order Bessel,C1 = 0.912 / RH F L1 = 0.2756 RL / FC2 = 0.0912 / RL F L2 = 0.2856 RH / FSecond - Order ButterworthC1 = 0.1125 / RH F L1 = 0.2251 RL / FC2 = 0.1125

5、 / RL F L2 = 0.2251 RH / FSecond - Order ChebychevC1 = 0.1592 / RH F L1 = 0.1592 RL / FC2 = 0.1592 / RL F L2 = 0.1592 RH / F式中的:RH = 高音阻抗值RL = 低音阻抗值F = 分頻點Third - Order線路圖Third - Order ButterworthC1 = 0.1061 / RH F L1 = 0.1194 RH / FC2 = 0.3183 / RH&

6、#160;F L2 = 0.2387 RL / FC3 = 0.212 / RL F L3 = 0.796 RL / F式中的:RH = 高音阻抗值RL = 低音阻抗值F = 分頻點Fourth - Order線路圖Fourth - Order Linkwitz - RileyC1 = 0.0844 / RH F L1 = 0.1000 RH / FC2 = 0.1688 / RH F L2 = 0.4501 RH / FC3 = 0.2533 / RL F L3 = 0.3000 RL

7、0;/ FC4 = 0.0563 / RL F L4 = 0.1500 RL / FFourth - Order BesselC1 = 0.070 / RH F L1 = 0.0862 RH / FC2 = 0.0719 / RH F L2 = 0.4983 RH / FC3 = 0.2336 / RL F L3 = 0.3583RL / FC4 = 0.0504 / RL F L4 = 0.1463 RL / FFourth - Order ButterworthC1 = 0.1040 / R

8、H F L1 = 0.1009 RH / FC2 = 0.1470 / RH F L2 = 0.4159 RH / FC3 = 0.2509 / RL F L3 = 0.2437 RL / FC4 = 0.0609 / RL F L4 = 0.1723 RL / FFourth - Order LegendreC1 = 0.1104 / RH F L1 = 0.1073 RH / FC2 = 0.1246 / RH F L2 = 0.2783 RH / FC3 = 0.236

9、5 / RL F L3 = 0.2294 RL / FC4 = 0.091 / RL F L4 = 0.2034 RL / FFourth - Order GaussianC1 = 0.0767 / RH F L1 = 0.1116 RH / FC2 = 0.1491 / RH F L2 = 0.3251 RH / FC3 = .2235 / RH F L3 = 0.3253 RL / FC4 = 0.0768 / RL F L4 = 0.1674 RL / FFourth

10、- Order Linear - PhaseC1 = 0.0741 / RH F L1 = 0.1079 RH / FC2 = 0.1524 / RH F L2 = 0.3853 RH / FC3 = 0.2255 / RL F L3 = 0.3285 RL / FC4 = 0.0632 / RL F L4 = 0.1578 RL / F三路設計有:First - Order線路圖First - Order ( I ) 中音正相接C1 = 0.1590 / RH FH L1 = 0.0458 R

11、M / FMC2 = 0.5540 / RM FM L2 = 0.1592 RL / FLFirst - Order ( II ) 中音正相接C1 = 0.1590 / RH FH L1 = 0.0500 RM / FMC2 = 0.5070 / RM FM L2 = 0.1592 RL / FLSecond -Order線路圖Second -Order ( I ) 中音增益2.08dB中音反相接C1 = 0.0791 / RH FH L1 = 0.3202 RH 

12、/ FHC2 = 0.3236 / RM FM L2 = 1.0291 RM / FMC3 = 0.0227 / RM FM L3 = 0.0837 RM / FMC4 = 0.0791 / RL FL L4 = 0.3202 RL / FLSecond -Order ( II ) 中音增益2.45dB中音反相接C1 = 0.78 / RH FH L1 = 0.3217 RH / FHC2 = 0.3046 / RM FM L2 = 0.9320 RM&#

13、160;/ FMC3 = 0.0248 / RM FM L3 = 0.0913 RM / FMC4 = 0.0788 / RL FL L4 = 0.3217 RL / FLThird -Order ( I ) 中音增益1.6dB 中音正相接C1 = 0.0995 / RH FH L1 = 0.1191 RH / FHC2 = 0.3402 / RH FH L2 = 0.0665 RM / FHC3 = 0.0683 / RM FM L3 = 0.0233

14、RM /FMC4 = 0.3125 / RM FM L4 = 0.4285 RM / FMC5 = 148 / RM FM L5 = 0.2546 RL / FMC6 = 0.2126 / RL FL L6 = 0.0745 RL / FLThird -Order ( II ) 中音增益2.1dB中音正相接C1 = 0.0980 / RH FH L1 = 0.1190 RH / FHC2 = 0.3459 / RH FH L2 = 0.0711

15、RM / FMC3 = 0.0768 / RM FH L3 = 0.1254 RM / FMC4 = 0.2793 / RM FM L4 = 0.3951 RM / FMC5 = 1.061 / RM FM L5 = 0.2586 RL / FLC6 = 0.2129 / RL FL L6 = 0.0732 RL / FLThird -Order ( III ) 中音增益0.85dB中音反相接C1 = 0.1138 / RH FH L1 = 0.

16、1191 RH / FHC2 = 0.2976 / RH FH L2 = 0.0598 RM / FMC3 = 0.0765 / RM FM L3 = 0.0253 RM / FMC4 = 0.3475 / RM / FM L4 = 0.3789 RM / FMC5 = 1.068 / RM FM L5 = 0.2227 RL / FLC6 = 0.2127 / RL FL L6 = 0.0852 RL / FLThird -Order

17、 ( IV ) 中音增益0.99dB中音反相接C1 = 0.1158 / RH FH L1 = 0.1189 RH / FHC2 = 0.2927 / RH FH L2 = 0.0634 RM / FMC3 = 0.0844 / RM FM L3 = 0.0284 RM / FMC4 = 0.3112 / RM FM L4 = 0.3395 RM / FMC5 = 0.9667 / RM FM L5 = 0.2187 RL / FLC6 = 0.

18、2130 / RL FL L6 = 0.0866 RL / FLFourth - Order線路圖Fourth - Order ( I ) 中音增益2.28dB中音正相接C1 = 0.0848 / RH FH L1 = 0.1004 RH / FHC2 = 0.1686 / RH FH L2 = 0.4469 RM / FHC3 = 0.3843 / RM FM L3 = 0.2617 RM / FMC4 = 0.5834 / RM FM L4 = 1.4

19、23 RM / FMC5 = 0.0728 / RM FM L5 = 0.0939 RM / FMC6 = 0.0162 / RM FM L6 = 0.0445 RM / FMC7 = 0.2523 / RL FL L7 = 0.2987 RL / FLC8 = 0.0567 / RL FL L8 = 0.1502 RL / FLFourth - Order ( II ) 中音增益2.84dB中音正相接C1 = 0.0849 / RH FH L1

20、 = 0.1007 RH / FHC2 = 0.1685 / RH FH L2 = 0.4450 RH / FHC3 = 0.3774 / RM FM L3 = 0.2224 RM / FMC4 = 0.5332 / RM FM L4 = 1.273 RM / FMC5 = 0.0799 / RM FM L5 = 0.1040 RM / FMC6 = 0.0178 / RM FM L6 = 0.0490 RM / FMC7 = 0.25

21、15 / RL FL L7 = 0.2983 RL / FLC8 = 0.0569 / RL FL L8 = 0.1503 RL / FL很複雜嗎？不用怕只是舉一點例子，實際使用時不是全部使用的。何況現在已經可以用電腦程式計算.所以大家不用擔心。除了分頻電路外還需加上以下電路使做出來分音器的效果更加完美：降低高音靈敏度電路圖一般高音的靈感度都會比低音高出幾dB,所以要用這個電路來使高,低音的靈敏度平衡.編注：使用這個衰減網路時，要記得以下幾點1. 打算衰減多少dB來配合？注意，就電壓增益N倍來說來說，以dB表示的算式為20LOG N。

22、假設衰減十倍，則為衰減 20LOG10=20dB。反過來看，如果打算衰減6dB，則為衰減二分之一（20LOG0.5=-6dB）2. 衰減網路加入前後的總阻抗不變：假設我們原先設計分音網路時以阻抗RL為假設，則加入兩個電阻後的阻抗：R1+(R2/RL)=RL，其中R2/RL表示為兩電阻併聯，其合成阻抗為1/(1/R2+1/RL)高音阻抗補償電路圖高音阻抗補償電路 :我們知道單元的阻抗不是直線而是曲線,所以我們要設法把這條曲線拉得比較平直點.C = 0.1592 / (RE Qes fs )L = 0.1592 (Qes RE ) / fsR =

23、RE + ( Qes RE )/Qms式中的：RE, Qes, Qms, fs可以在單元的資料中找到。只要代入式中便可以找到答案。現在很多高音的阻抗都已經很平直了，所以也可以不用這個電路。低音阻抗補償電路 : 低音阻抗補償電路圖上面已經提過單元的阻抗不是一條直線，而低音的阻抗曲線就更難看。在低音的阻抗曲線上，我們可以看到低頻段及中頻段兩點的阻抗值更升到30 Ohm以上.如果要把低頻段的阻抗拉到平直是很難的,所以一般都不會理會，我們主要是把中頻段的阻抗拉得平直一點。R = 1.25 REC = Le / R2式中的RE =&#

24、160;低音單元的直流電阻值Le = 低音單元的電感值頻率響應補償電路: 頻率響應補償電路圖A這兩個電路分別有兩個作用.1. 電路是把頻率響應增加(廣大)而又把靈敏度提升。2. 電路是把頻率響應增加(廣大)而又把靈敏度降低。頻率響應補償電路圖B L = 0.15916 / fC = 0.15916 / f式中f = 頻率響應最小值而R的計算是比例難的。我們可以用10 30 Ohm電阻慢慢試.。試到自己認為好止。平行頻率凹陷電路: 平行頻率凹陷電路圖這電路的作用是把凸出來的某一頻段(f1f2)降低.使頻率響應較為平直.C = 0.03003 / fL = 0.02252 /

25、f2 CR = 1 / 6.2832 C B式中的:f = 需要衰減某頻段的中位數e. g(f1 = 2000Hz,f2 = 3000Hz.f = 2500Hz)C = f1f2需要衰減的靈敏度.以上提及的公或及方法大都可以解決一般的設計使用.最重要的是多做實作便能了解其中的用處.我們用以上公式可能會得到很美麗的數值,但在實際使用(試聽)時,我們還要憑經驗做一些細節的改善.分音器篇的介紹到始為止.如有任何地方出錯請大家指出改正.參考資料:The Loud Speaker Design Cookbook (Fourth Edition)音箱篇音箱的設計比起分音器的設

26、計就更複雜了，動用的儀器要測試的參數.更多。大家不要小看這個箱子，往往是整個系統的關鍵.要設計一個好的箱子是難的，我嘗試說明一下。音箱的設計可分為三大類：密封式反射式迷宮式今次要介紹的是密封式，反射式兩種。因為迷宮式的設計十分複雜，我們製造起來也很困難。密封式密封式的意思是把單元安裝在一個密封的箱子內工作。其設計比反射式簡單.只要幾條算式便可以求出。Qr = Qtc / QtsVr = Qr 2 - 1Vb = Vas / Vr式中的Qtc , Qts ,Vas是喇叭的參數.Vb是音箱的容積.( L )。但計算好後還要加上單元及分音器的容積，才是最終的音箱容積。最後還要把阻尼物放滿箱內，但不要

27、放得太實。不同的阻尼物會有不同的音色，例如羊毛的音色比較厚、暖玻璃纖維的音色比羊毛薄，音色光輝。波浪棉的音色我認為最差，大家不用也罷！我最喜歡用的是冬天穿的外衣內的棉，反應快，清晰！反射式雖然設計比密封式複雜,但也不會太難.Vb = 20 * Qts 3.3 VasFb = ( Vas / Vb ) 0.44 * Fs式中的: Qtc , Qts ,Vas是喇叭的參數.Vb是音箱的容積( L )反相管的設計Lv = (23562.5 * Dv 2 * Np / (Fb 2 * Vb ) - ( k - Dv )式中的:Dv = 反相管的直徑(cm)Fb = 頻率 (Hz)Lv = 反相管的長度

28、( cm )Vb = 音箱容積 ( L )Np = 反相管的數量k = 最後校正值(通常用0.732)計算音箱的容積有很多方法,只是其中一種。我強調這只是一種方法,可能在實際中會有一點出入.我舉個例：市場上的PRO XX書架型號大多是同一的容積.在數據上他所使用的不同型號的低音單元計出來的容積應該是不同的，但他卻使用差不多是相同容積的音箱來安裝不同的單元。再舉個例：同一的單體在A廠安裝在一個書架箱,但在B廠已經安裝在一個落地箱.但在分音器上就完全不同了。我想大家已經明白我想說什麼吧。以下軟體可以幫助我們設計。FILTER 15PXOVER除了軟體我們還可用一些測試硬件在電腦上作出很多不同的測量

29、.AUDIOMATICA S.R.L.( http:/www.mclink.it/com/audiomatica/clioeng.htm)還可在以下網站找到更多的軟體The Subwoofer Diy Page(9/audiodiy/sld/sealed4.htm)音箱的設計到始為止.參考資料:The Loud Speaker Design Cookbook(Fourth Edition)The Subwoofer Diy Page(9/audiodiy/sld/sealed4.htm)The speaker Buli

30、ding page(實作篇大家已經學得設計的基本.是時候做一些習作了，在實作篇中我會用一些KIT作為實習藍本，再從中加以改良。(注意:我不是認為原廠的設計有問題/不好，請大家不要誤會。)原廠分音器線路圖 今次為大家介紹的是SEAS EMBLA KIT這個KIT中使用的當然會是SEAS的單元啦。他所使用的單元為:高音- 25 TAF C/D ( H417) 金屬膜高音低音- P17REX (H416) 膠盆低音我們看到如此的線路圖又怎能不好好改動一番呢!今次要改動的不只是線路,連高音及低音都一同更改.只用上KIT的音箱設計.為什麼只用原廠音箱設計?在上一篇已經說明了.目標是使用不超過HK$3000來完成這個實作.經過各種改動後這個已經不什像EMBLA了.所以重新改名為SPEAKER ONE.以下是SPEAKER ONE所用的單元:高音