基于惠威Hi-FiRESEARCH 12英寸的W12低音單元高品質有源超重低音音箱設計

眾所周知，低音是音樂信號的基礎，它在很大程度上影響聽音的氛圍，缺失低音信號聲音會顯得輕飄而不真實，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，那就完全失去臨場感，也就是說不真實。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，而組建家庭影院時，應把超重低音音箱考慮進去。當然，如果原來的系統(tǒng)沒有豐富的低頻效果，你也可單獨添置一個優(yōu)質的超重低音音箱來提高重播效果。不過，好一點的超重低音音箱售價不菲，既然我們有能力去自己設計制作書架箱或落地箱，那么我們是否也能自己做一個好一點的超重低音音箱呢?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，我們應對什么是“好一點的超重低音音箱”有一個基本的概念。筆者認為衡量超重低音音箱的品質高低有幾個方面。
1.好的超重低音箱必須是有源放大的
所謂“有源放大”就是內置功放的，而無源超低音音箱是沒有內置功放，箱內只有無源分頻器，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，會引發(fā)聲場混亂、頻響不均衡、聲像定位出不來等情況，而此時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質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計的。它的工作特征是信號直入帶有源分頻的前級。100 Hz以下的頻率由專用的低音放大器放大后驅動超低音音箱。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。這時要有一個獨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在信號源輸出之后，主聲道前級之前，因而，一些高級的超低音音箱都設有一對左右聲道輸出端子，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部磁路結構、專用的低頻提升技術，以及分頻放大器、箱體等都是為低頻再現(xiàn)而服務的。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，同時為了要達到充足的能量，大多數(shù)的超低音單元都在10英寸以上，單元的振膜越大，相對的質量也會增加，單元的運動不容易受控制，這時需要較大的控制能量既較強的輸入功率。否則，振膜的動靜不能令行禁止就會使聲音模糊，如果單元反應的速度跟不上音樂的速度，就會造成低頻段的失真，使聲音模糊不清，同時也會讓低頻變得軟弱而不夠力。

4.要有設計合理堅固的箱體結構
超低音是音箱播放中失真最嚴重的頻段，但低頻段其實也藏有許多細節(jié)和質感，像低音大提琴與管風琴的低頻就不一樣，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、細節(jié)以及音色等各種巧妙的變化，反應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。箱體的長寬高比例和堅固與否會直接影響到超低音的細節(jié)清晰度、分析力、速度感、瞬態(tài)反應等，因此不能等閑視之。

選材設計制作
就上述幾個觀點，這款DIY的有源超重低音箱將通過精心選材、精心設計制作來達到媲美優(yōu)質商品機的效果。
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KEVLAR增強紙基復合材料振膜，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，它的對稱磁場(SMD)驅動系統(tǒng)可減少音圈電感與反電動勢的相互調制，加上超長沖程線性位移設計，使它有著承受功率大，fo(諧振頻率)和Qts(品質因數(shù)，總Q值)較低，瞬態(tài)好，低頻響應極佳，低音豐滿有力，高清晰度和解析力，動態(tài)大，低失真的優(yōu)點，很適合做有源超低音。
W12低音單元的幾個主要相關參數(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；振動質量89.7 g；等效容積(Vas)156 L。圖2是它的結構尺寸圖。

選定單元后，應當考慮推動這個低音單元的功率大小，為了很好地控制低音單元的運動，筆者認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在200 W(8Ω)左右。對于一般幾十平方米聽音室而言，如果設計合理，這個功率已足夠。
超重低音音箱用的功率放大器不僅要有大推動力，同時其瞬態(tài)失真要小、反應速度要快。這里采用的恒流功放驅動，是用線性元件把流過揚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動負載，這樣就很好地解決功放內非線性失真或瞬態(tài)失真不能兼顧的問題。
使用恒流功放驅動還有不少好處，首先，輸?shù)綋P聲器音圈的電流不受揚聲器阻抗的影響，因而簡化了保護，提高了可靠性；其次是反饋取樣電壓與流過揚聲器音圈的電流成線性關系，不存在相位差，減少了功放內部的瞬態(tài)失真，系統(tǒng)的瞬態(tài)失真指標取決于揚聲器的瞬態(tài)特性；其 是用輸出負載特性的功放驅動阻抗隨頻率變化的負載，會增強聲音的力度和解析力，反應速度也快。圖3就是超重低音箱用的主動伺服式功率放大器。它是專門根據(jù)W12低音單元的相關參數(shù)作了取樣設計。該線路可輸出200 W左右的RMS功率，為上下對稱分別采用負反饋恒流設計，這種線路的特點是負反饋分別加在輸入級晶體管的發(fā)射極上，與各自的偏置電路組合成獨立的上下對稱線路，優(yōu)點是前級的發(fā)射級不易混入噪聲，功放有很高的信噪比。
伺服均衡相位、音量控制線路的設計特點是從音源或前級輸出的信號經(jīng)L，R輸入送到運算放大IC1A的輸入端，開關K1和IC1B就是用來控制信號的正反相，使之與主音箱有更正確的相位匹配。由三聯(lián)波段開關K2和IC1C構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個低頻輸入截止點。

圖3 起重低音音箱用的主動伺服式功率放大器