音箱DIY，一步一步跟我来！（原创，参赛）

martin

第一章 设计篇

一、设计目标
        “发烧”是一项个性化很强的活动，但科学“发烧”和理性“发烧”应该是烧友们追求的境界。在开始DIY之前，设定合理的目标是有必要的，可以避免出现盲目的行为。

1、预算：2000-3000元
        在DIY音箱的各个环节中，具有一定素质且符合设计要求的扬声器单元是其中的核心，投资应当占到预算的一半以上；箱体也不能马虎，声学效果和视觉效果都很重要；分频器的关键在于设计和调试；箱内连接线、接线柱等配件可以量力而行。

2、音质要求：真实、自然、耐听，适合重放人声和轻音乐
        满足这些条件并不容易，需要音箱系统失真低，频率响应平坦、宽阔，单元之间有良好的衔接，各频段均衡连贯，不能有明显的音染。

3、适用环境：主要在家庭环境使用
        这个条件在一定程度上降低了对系统的要求，也就是说，可以不用过多地关注功率承受能力、灵敏度、最高声压级等指标，对指向性的要求也有所放宽。当然，在家庭听音环境和中小音量下要做到各频段的平衡也是很有难度的。

二、结构设计
1、分体3路3单元
        为了达到平衡的听感，充足而准确的低音是必须的，因此有必要使用10寸以上的低音单元。虽然设计良好的小型音箱系统也可以有丰富的低音感量，但是和大型系统相比，表达出来的信息会存在很大差别。
        最终确定采用分体3路3单元结构。低音单元用12寸，独立制作成大箱体，专门重放超低频段（150Hz以下）；中低音单元采用6.5寸锥盆，和1寸球顶高音制作成可以单独使用的小箱体。

2、箱体结构和分频点
        密闭箱和倒相箱各有特色，但根据设计目标，密闭箱在本系统里更加适合一些。虽然在低音下潜、效率等指标上不如倒相箱，但密闭箱的瞬态响应好，声音清晰，质感真实，而且设计、调试都相对简单，在业余制作条件下容易取得成功。
        中低音单元用了6.5寸，其高频段频响和指向性不如小一些的单元，因此分频点最好能取低一些。但这样也有很多问题，比如高音单元的失真会加大，功率承受能力的要求也要提高。综合考虑下来，分频点初步定在2k-2.5kHz。
        低音箱的低通滤波分频点在150Hz左右。整个系统可以尝试2.5分频结构，也就是小箱在低频段不作衰减，直接和大箱衔接。如果试听结果有问题，则小箱在150Hz左右进行高通滤波。

三、单元选择：
        密闭箱要求低音单元有很好的顺性和低的f0，Q值可以高一些。密闭箱内的空气相当于在单元上附加了一个弹簧，所以装箱后f0和Q值都会有所上升。
1、中低音
        首先要确定的是音盆振膜材质，这基本上决定了整个系统的声音走向。
        纸盆的自阻尼好，个性小，音色中性自然，中频段响应良好，善于表现人声以及弦乐。缺点是防潮性差，一致性不易保证，刚性不足。如果表面进行涂覆处理则性能会有显著改善。
        聚丙烯盆的一致性好，响应平坦，失真低，是目前使用最广泛的振膜材质。缺点是材质较软，振膜面积大时声音会变模糊，不容易很好地反映音乐细节。在聚丙烯材料中加入二氧化硅、云母或金属粉末，可以提高刚度。
        KEVLAR、碳纤维、金属等均属刚性材质，用这些材料制作的单元动态和顺态反应都比较好，有着理想的声音透明度和声场再现力。但普遍在工作频带的上端（3k-5kHz）会存在一个很明显的高Q值峰，除非用分频器仔细校正，否则会造成中频段的大量失真，业务条件下较难使用。
        综合上述情况并考虑到密闭箱的要求，最终选定了Vifa的C17WG-69-08。这是一个古老的型号，采用涂塑纸盆，泡沫边，10年前的音响杂志上可以看见它的广告。按目前的标准这个单元是过时的，磁钢小，Q值高，等效容积大，基本只能用于制作密闭箱。但它的中频甜美，在中小音量下有比较好的表现，适合本系统使用。

C17图片1

C17图片2

   
        C17的厂家标称指标是：阻抗8欧，f0 44Hz，Qts0.55，频率范围43-5000Hz，等效容积35.8l，灵敏度89db/1w1m，推荐用10-15l密闭箱。实测Q值要还高一些，其他指标接近。

2、高音
        高音单元的素质非常重要，否则在分频点比较低的情况下，很容易产生互调失真，导致在中等以上音量下的声音劣化。在本系统中，高音的振膜首选丝膜，可以和纸盆中低音有比较好的音色衔接。其他的要求是必须要有较大的功率承受能力、较低的谐振频率和宽阔的频响。
        选择的结果是Seas的 H881，即27TFFC。厂家标称指标是：阻抗6欧，f0  900Hz，频率范围2000-30000Hz，长期承受功率80W（3kHz 12db/oct高通滤波），灵敏度91db/1w1m。实际测试结果是f0更低，只有600Hz左右，这当然更加有利于分频器设计。

H881图片1

H881图片2

3、低音
        由于本系统中低音单元的工作频段很窄，重要性相对不高，因此不准备过多投入。最后选用了朋友收藏的一对广州国光生产的“珠江YD300”，12寸纸盆，泡沫边，阻抗8欧。实际测试结果：f0 23Hz，Qts0.42，等效容积380l，参数适合制作密闭箱。可惜国光厂好像不再生产“珠江”品牌产品，看来给别人代工比自己维护品牌要容易得多。

YD300图片2

YD300图片1

四、箱体设计：
        对于密闭箱而言，品质因素Q值是一个反映低端谐振情况的关键指标。理论上，Q=0.5左右时，瞬态好，但低频响应不理想；Q=0.71是大多数密闭箱的设计目标，可以兼顾瞬态和低频响应；高于0.71则处于欠阻尼状态，虽然低音有所加强，但瞬态逐渐变差，声音变浑浊，偶尔会用于一些特殊的设计，比如著名的LS3/5A好像就把Q值调到了1.2，以弥补5寸单元的低音不足。
        为了使箱体不至于过大，本系统大小箱的目标Q值都取为0.8，理论净容积分别为145升和35升（计算过程略），目标谐振频率分别为44Hz和64Hz。
        箱体的实际容积取值比上述理论值略小，分别取115升和26升，这样做的原因是密闭箱可以在箱内填充大量的吸音材料以消除驻波，相当于降低了音箱内的声波传播速度，会导致Q值下降10%至20%，正好抵消因箱体小于理论值而造成的Q值上升。值得注意的是，倒相箱是不宜大量填充吸音材料的，因为这样会破坏亥姆赫兹共振条件，影响倒相口的低频响应。
        为了便于制作，箱体采用了长方体结构，大小箱内部三围净尺寸分别是（高×宽×深）：600×400×480mm、336×210×378mm，都是可以有效避免产生驻波的比例。单元开孔左右镜像对称，所有单元都略微偏向外侧。

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第二章 制作篇
一、箱体材料
        制作音箱的材料必须要有高密度和高阻尼。目前最常用的纤维板是一种把木质粉碎至纤维状态后加胶热压而制成的人造板材，其力学性能接近木材，材质细密、性能稳定、价格低廉、加工方便、阻尼特性出色。密度在500-880公斤/立方米的叫中密度纤维板，适宜用来制作音箱箱体，本系统也是选用了这种材料；密度高于880公斤/立方米的叫高密度纤维板，生产工艺复杂，市场上不常见。
        刨花板和纤维板有所不同，是用木刨花颗粒加胶料压制而成，因其中含有木质长纤维，更多地保留了木材的结构，密度与纤维板接近，抗弯曲性能及握钉力优于纤维板，是目前橱柜箱体的首选材料，也是一种上好的音箱制作材料。
        厚度15mm以上的多层胶合板是另一种非常适合制作箱体的材料，具有坚固、易加工、防潮等特点，但价格偏高，在市场上受到纤维板、木工板的冲击，现在很少有企业生产。
        桃木、花梨木、枣木等硬质原木也具有很高的声学价值，主要缺点是价格昂贵，加工繁琐，有开裂的风险，常用于制作高档小体积箱体。现在市场上由小块木材通过指接方式拼合而成的实木板应该也具备了原木的主要特点，但其粘合面的强度是否适合音箱的工作环境还有待考证。
        混凝土、石材、金属材料等均可用于制作箱体，但是否合适争议很大。姚洪波、王以真合编的“惠威扬声器制作指南”中写到：“（如果使用这些物料），声箱面需要比木制品厚两到三倍，借以抵消这些物料较弱的弯曲性”。这句话有点晦涩，按我的理解，用硬质材料必须要解决两个问题。一是材料要厚，硬质材料并非不会谐振，只是谐振频率和木质箱不同而已，只有通过增加材料厚度来彻底杜绝箱振；二是阻尼要足够，硬质材料本身是缺乏阻尼的，因此箱体内部必须要进行声学处理，否则声波的能量只能通过更多次的反射来消耗掉，容易引起驻波，甚至于反作用到扬声器的振膜上，导致声音劣化。相对来说，这样做的成本、加工难度和箱体重量都会大幅上升，但有条件的爱好者还是值得尝试的。

二、箱体制作
        此处省略xx字，因为箱体是委托坛上的“重达”加工的，大箱用25mm厚中纤板，面板是36mm厚，内部纵向加了两条加强筋，横向加了一条加强筋；小箱用18mm厚，面板是25mm厚。箱体内部灌了一层沥青，表面贴木皮。

空箱体

大箱成品

小箱成品

三、吸音材料
        在音箱中放置适量的吸音材料能够有效破坏箱内驻波的产生条件，减少谐振。可以用作吸音材料的东西有很多，比如玻璃纤维、聚酯海绵、晴纶棉（聚丙烯腈）、涤纶棉（pp棉）、羊毛毡、棉毛织物等等。吸音材料应均匀地固定在箱内，材质松散的要用棉布袋包裹好，箱壁和低音单元后方应重点布置。
        本系统用的是做褥垫用的发泡海绵，倒不是因为它的吸音效果好，而是手头恰好有，而且这种材料的弹性和成型性好，切割成合适大小的长方块，比较密集地放入箱体后不易移动，不用特别进行固定。
        大箱的填充比例约75%，小箱的填充比例约50%。由于单元的Q值和等效容积存在差异（低音和中低音单元均是如此），为了使左右箱体的Q值保持一致，实际填充比例左右箱并不相同。

四、其他
        面板左、右、上三边采用了倒角处理，以降低箱体表面反射声波的影响。
        大箱体安装加强筋是有必要的，把前后板、左右板连接成整体，强度可以显著提高。
        接线最好用接线柱，塑料接线盒容易成为声波向外辐射的通道。接线柱紧固时一定要加弹簧垫片，不然容易松掉。
        喇叭的安装衬垫最好采用略有弹性且屈服性好的软质材料，我用的是吹塑纸。比较硬的如橡皮之类并不理想，特别是高音单元，用螺丝紧固后有可能造成面板变形。
        喇叭的固定螺丝一定要垫橡皮，避免螺丝和喇叭直接硬接触。

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第三章 测试篇
一、测试环境
        业余制作的测试不大可能用到专业设备，只能利用计算机。测试软件用到了SpeakerWorkshop1.06和JustLMS1.0，辅助工具是购自本坛的测量套件，测试话筒是Panasonic的WM61a，声卡是Creative的Sound Blaster 5.1。

二、T/S参数测试
1．单元测试
        T/S参数是音箱设计的基础，所以这项测试是在箱体设计前就要做的。测试只需对低音单元和中低音单元进行。
        测试使用的软件是“Sperker workshop”。这个软件的功能十分强大，而且免费，在这里只用其T/S参数测试功能。
        首先要做的是计算机音量、声卡、测试参数（Preference）的设定以及功放、参考电阻的校准，方法可参考有关文章的说明，记住要把单位（Unit）设为公制（Metric），省得换算。这个过程虽然简单但也容易出错，特别是参考电阻，一定要测试准确，不然对结果的影响很大。
        新添加一个单元（Driver），并在其属性（properties）窗口里输入准确的振膜面积（Piston Area）、直流电阻（勾选Use this DC Res）和附加物重量（勾选Added Mass）。振膜面积可以通过测量单元有效直径（两边折环中心位置间的距离）计算出来，直流电阻可用万用表测量。

单元属性1

单元属性2

        附加物可以用小朋友做手工用的橡皮泥，大小、形状可以随意，用起来比较方便。重量根据单元尺寸可用20-50克，形状最好捏成圆环状，沿防尘帽一周摆放。橡皮泥中含有水分，放置一段时间重量会变轻，需要重新秤重。用铜丝、焊锡丝做成圆环也可以使用，不过要用胶带固定好，否则测试曲线上会出现一些附加峰，影响测试结果。
        准备工作都做好后，测试过程其实很简单。把单元放在稳固的支架上，先测试自由情况下的阻抗曲线（Free Air），再测试附加重物情况下的阻抗曲线（Added Mass）。测试出的曲线上会有一些毛刺，可以进行平滑处理（Smooth），建议用1/16octave或1/10octave，如果还不满意最好重新测量。

        最后就可以计算参数了，在Estimate Driver Parameters界面填入自定义的频率范围（Use Range），我一般用5Hz到2kHz，正常情况下就可以计算出几个重要的参数：谐振频率（Fs）、等效容积（Vas）和Qts。算出的其他参数并不重要，而且受测试条件和测试参数的影响比较大，建议只做参考。

单元参数估算

C17参数：

C17参数

YD300参数：

YD300参数

        以上测试需要多做几次，数据会有一些跳动，特别是Vas，不过变化不会太大，取一组比较可信的值作为设计依据就行了。密闭箱在后期还可以通过增减填充物来进行调节，所以允许在这里有一些测试误差。

2．箱体测试
        单元装箱后可以用同样的方法来测量系统的Qts和f0。测试时不要接入分频元件，吸音材料要填充好，单元直接接到接线端子上。测出的数据可以和设计目标值进行比较，如果Q值偏高，可以增加吸音材料；反之则减少吸音材料。
小箱参数：

小箱参数

大箱参数：

大箱参数

3．其他
        用这个软件来测试电感和电容是非常方便的，可测试的容量范围也很大。
        只要按上述测试方式测出待测电感或电容的阻抗曲线，稍作平滑处理后，一般都会有一段曲线的阻抗落在几欧到十几欧之间，比如1mh电感在1kHz处其阻抗为6.28欧，20μ电容在1kHz处的阻抗为7.96欧。只需把鼠标停留在曲线上的这些区间，窗口右下方的状态条里就会自动显示出当前的频率、电阻值、电容值或电感值。制作分频器所需的电容、电感基本都可以用这个方法进行测量。
电感测量（注意右下角数字）：

电感测量

三、频响曲线和阻抗曲线测量
        在利用LspCAD软件进行分频器设计时，需要用到中低音单元和高音单元的阻抗曲线和频率响应曲线。这一步的测量需要单元安装在箱体上进行，不要装分频元件。测试环境尽可能开阔，测试话筒用三脚架固定好。
        测试软件是JustLMS，首先当然还是得进行参数设定和校准，采样率尽可能用48k，MLS长度用8192或16384都可以。

声卡校准

        用JustLMS测量阻抗曲线比用Sperker workshop略简单，只要把参考电阻值设定准确就可以了。测出的阻抗曲线可以“导出”为txt文件供LspCAD使用。
        在测量远场频率响应时，测试距离可在60-100cm，采样窗口长度尽量用小一些，比如2ms，以减少环境反射声波的影响；近场测量时，测试距离应小于5cm，采样窗口长度不要超过50ms。

采样参数

        中低音单元的近场频率响应和远场频率响应合成后（频率合成点可取600-700Hz，障板效应频率可取200-500Hz），可以得到其完整的频率响应曲线。当然，低端频率响应对分频器设计影响不大，所以不测近场数据也是可以的。频率响应测好后，同样可以“导出”为txt文件供LspCAD使用。

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第四章 调试篇
        调试实际上包括箱体的调试和分频器的设计和调试。前者比较简单，能调节的只是吸引材料的多少而已。经调试后的实际测试结果显示，左右大箱和左右小箱的Q值都在0.7-0.8之间，谐振频率也和设计值相近。
        本节主要探讨的是分频器的设计和调试。

一、一些概念
1、声波的干涉
        声波是声源发生振动而引起的空气振动，以正弦波的形式向外传播，具有幅度，频率，相位等物理要素。我们可以认为扬声器发出的声音是由无数不同频率的正弦波组成的，这些声波被人耳接收后，在人脑中还原出整体的声音效果。
        当系统中只有一个声源时（比如装在密闭箱内的一个全频单元），一切都很简单，这可能是全频单元受到热捧的原因之一。但当声源是两个时（比如两分频的音箱系统），情况就复杂化了，因为两个声源发出的相同频率的声波要相互干涉。对于固定的声音接收点（如人耳）而言，某一频率声波干涉的结果有可能是声音增强了（对应相位差小于90度的情况），也有可能是声音减弱了（对应相位差大于90度的情况）。
        以低音单元为例，如果没有装在箱体或大的障板上，那么低频声波由于波长长，指向性弱，因此不仅从振膜正面出来，还会从振膜反面绕射过来，而且相位和正面出来的正好相反！这就相当于存在两个相位完全相反的声源，低音就会互相抵消。音箱的主要作用就是阻断振膜反面的声源。
        更麻烦的是扬声器单元出来的声波并不是单一频率的，如果一只音箱的两只单元发出的声波在有的频段是同相的，有的频段是反相的，则效果是同相的频段增强，反相的频段减弱。
        那怎么知道哪些频段是同相、哪些频段是反相，相位差又是多少呢？当然可以用理论计算，公式也不复杂。还有更好的办法就是实际测试，用JustLMS测试出的频响曲线中就包括了幅频特性和相频特性，LspCAD软件会利用这些数据自动计算出不同频段的合成效果。

2、形成相位差的因素
        先不考虑分频器的影响，并假设扬声器的固有频率响应在分频点附近都是平直的。如果高音单元和低音单元处于同一个发声位置（比如同轴单元），而且电信号同时进入这两个单元，那么从两个单元发出的相同频率的声音应该是同相位的，呈现的效果就是声音增强。
        但实际情况中，高低音单元的发声位置往往是不同的，这会造成相同频率的声音到达听众位置时产生相位差。例如2.5kHz声波的波长约为13.6cm（波长=声速/频率），如果高低音单元的发声点距听众位置相差3cm，就会产生约80度的相位差！这种相位差是随频率变化的，频率越高，相位差越大，好在我们只要关注分频点附件的情况就可以了。
形成相位差的更重要的原因是分频器以及扬声器固有响应不平直而引入的相移，我们常说二阶分频会使高音单元的相位超前低音180度指的就是这种情况。实际上，简单地从分频器的阶数来判断相位差是很不准确的，仅仅根据这个因素来判断两个单元是否需要反接更是不可取。
        其原因是没有考虑扬声器的固有响应。接入分频器后，扬声器的声学响应是其固有响应和分频器响应合成的结果。比如，某个中低音单元的固有频率响应从3kHz开始以-6db/oct下降，如果分频点也取为3kHz，且分频器设计为二阶即-12db/oct，那么实际的声学效果是一个转折频率为3kHz的三阶即-18db/oct滤波。同时，实际的相位响应也同样是三阶的，这一点很重要。
        还是那句话，测试是解决问题的捷径。如果只凭理论公式和听感来调整，多少会有点盲人摸象的味道。

3、关于频响曲线测试的说明
        这一段应该是测试篇里的内容，但放在这里更容易说明白。
        在测试供LspCAD软件分析的高低音单元频响曲线时，测试话筒可以在两个单元的中间位置及其上下左右多测几组数据，以校验分频器的效果。对测试位置的变动比较不敏感的分频方案应该更加优秀。
        在测试过程中，JustLMS软件中的补偿距离（Offset）要设为话筒离高低音单元距离的平均值。例如，在某次实际测试中，高音单元的Offset为96.5cm时参考脉冲和测试脉冲的起点可以对齐，而低音单元的Offset为99.5cm时参考脉冲和测试脉冲的起点可以对齐。也就是说，低音单元的发声点要比高音单元远3cm，这符合实际情况。但在采集数据时，切不可分别用上述Offset值，而是都要用一个折中值，如98cm，这样测试数据中就包含了高低音单元因位置差而引起的相位差信息，LspCAD模拟出的结果才会和实际情况比较接近。

二、LspCAD使用入门
        分频器设计的辅助工具软件用的是LspCAD5.25，该软件最新的版本是6.33，功能更加强大，但整体上感觉还是5.25版用得顺手，当然在建分频网络模型的时候没有6.0以上版本来得直观。
        新建一个2路高级无源滤波器，选并联结构。


        菜单上选“扬声器-网络1”，对应的是低音单元的数据。在弹出的窗口中输入Re、Le和有效振动半径（用于计算指向性等指标，不输入也可）。然后选择SPL数据文件和阻抗数据文件（就是上面用JustLMS测试导出的频响文件和阻抗文件）。同样输入扬声器网络2即高音单元的相关数据。


        菜单上选“分频网络-网络1”，对应的是低音单元的分频线路。在弹出的网络中点击“示意图”按钮，可以看到“图表/纵览”窗口中显示出了由信号源和扬声器单元组成的简单电路。在这个电路中，可以添加若干组和扬声器单元串联或并联的元件（串联还是并联可以选择，缺省是按串联-并联-串联-并联…的顺序排列），每组元件可以是单一的R、L或C，也可以是R、L、C的串并联组合。


        双击“电路01”等，在弹出式菜单中选择所需的元件。比如低通滤波器，第一组元件一般是串联的电感，就选择“4，R1+L”（R1为电感的直流电阻），于是“电路01”项下就出现了R1011、L1011两个元件，元件的数值可以通过双击修改。把所有需要的元件都逐一加上去，可以在网络中空出一些节点，以备增加元件。同样设置一下分频“网络2”的结构。


        分频网络配置好以后，可以按“网络1”或“网路2”窗口中的“总频率响应”按钮，看看分频后的合成效果；还可以勾选“网络2”的“极性转换”，对比一下某一单元极性反接后的效果。

        同样可以按“网络1”或“网路2”窗口中的“阻抗”按钮看看合成后的阻抗曲线。

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三、分频器设计
        分频的方式可以有无数种，分频器设计和调整是一个择优的过程。对于具体的系统而言，一定要结合单元的特点进行分析，从分频器设计理论出发，通过计算机仿真和不断调整来得到比较理想和实用的结果。一般来说，在使用了测试手段和软件模拟的情况下，要把轴向的频响曲线做平直是相对容易的，但这远远不够。比如失真、指向性、功率承受能力等等，都需要我们在设计时通盘考虑。
        使用软件模拟时，理论公式可以是一个好的开始，但远远不够。我们必须根据目标响应和扬声器固有响应来调整分频器参数，也可以通过附加各种形式的电路来调整频率响应曲线的形状，尽可能使合成曲线变得平整。一般来说，高音单元因主要工作在高频段，承受的功率较小，调整的余地要大一些。

1、测试数据
        先观察一下高低音单元的阻抗曲线。


        低音单元是装箱并加了Zobel补偿网络后的曲线，谐振峰在63Hz左右，与设计目标基本一致。Zobel补偿网络是并联在单元上的RC串联电路，可以补偿因音圈电感而造成的高频段阻抗上升。在这里R用10欧，C用10μ，直接焊接在单元的接线端子上。补偿的效果是非常理想的，单元阻抗在1k-5KHz几乎为一条直线，5KHz后略有上升。因为这两个元件的作用已在阻抗曲线上体现，因此在后面的分频器设计中不再考虑这个网络的影响。



        高音单元的谐振频率在650Hz左右，但谐振峰非常宽，影响一直延伸到3kHz左右，6KHz以上由于音圈电感的作用阻抗有所上升。高音单元没有进行谐振峰补偿，因为要用RLC电路，元件多，实际试验下来的补偿效果也不理想，特别是单元阻抗会下降到4欧左右，有可能增加功放的负担。

        接着观察高低音单元的频率响应曲线。


        低音单元的曲线在650Hz以下是近场测试合成的，考虑了障板效应，只能作为参考。650Hz以上是相对准确的，和厂家提供的典型曲线非常接近，灵敏度约在-18db（只有相对意义，可以用来和高音及合成后的灵敏度进行对比，下同）。2kHz以下比较平坦，1.5k-3kHz有5db的跌落，3-5kHz形成一个平台，5kHz后以-18db/oct跌落。



        高音单元的灵敏度约在-16db，比低音单元高2db，与厂家提供的数据一致。2kHz以上频率响应还算平整，2KHz和15KHz有隆起，4.5kzHz有一个凹陷，2kHz以下以-6db/oct降落。

2、方案一——低音直通
        虽然知道这样做不会有什么好结果，但传说中的低音直通还是要试一试的，高音用一阶分频。



        如图所示几乎就是最好的结果，分频点在6kHz。可以看出，在3.5kHz以下两条曲线呈现出反相效果，3.5k-8kHz则是正向效果，8k-12kHz又是反相效果。这就是上面说到的不同频率相位差不一致造成的复杂情况。
        这个方案的优点是相移比较小，灵敏度高，约-19db，略低于低音的灵敏度。但实际试听效果不理想，不耐听，容易感觉疲劳，应该是低音单元在高频段的分割振动引起了失真。

3、方案二——一阶分频
        无论分频点怎么取，要把高低音都调整到一阶Butterworth响应是无法完成的任务，主要原因是单元的固有响应不平直而且频响范围不够宽。



        如图所示是一种分频方案，分频点在3kHz左右。用准一阶来描述可能更加恰当，因为很难看出分频点附近的频响降落阶数。频率响应是-21.5db±2db，似乎也还可以，但这种曲线的起伏是难以让人满意的。可以看出，2.5kHz以下两条曲线反相，2.5k-7kHz则同相。这一情况和低频直通是类似的，所以曲线难以调得平直。而且由于低音单元指向性的问题，离轴响应的变化也比较大。
        看来低阶分频只能是在一些特殊设计或要求不高的设计中使用，用得好的基本前提还是单元的素质要优秀。

4、方案三——二阶分频





        分频线路如图所示，高低音单元同向连接，分频点在2.1kHz，频率响应为-20db±1.5db。



        高低音通道用的都是二阶分频结构，结合单元的固有响应，对分频器参数进行了调整，使得各自在分频点附件的频响曲线接近二阶Linkwitz-Riley响应，衔接得非常好。



        这是二阶分频的合成阻抗，最低点在3k-5kHz，4.5欧左右。

5、方案四——三阶分频





        分频线路如图所示，高低音单元同向连接，分频点在1.9kHz，频率响应为-20.5db±1.5db。



        低音通道用的是三阶分频结构；高音通道用的是二阶结构，结合高音单元的固有响应，形成三阶分频效果。二者在分频点处可以很好地衔接。
        高通网络中用了较多的元件，其中R2011、R2052以及R2071并联C2071的用途一方面是降低高音单元的灵敏度，另一方面可以调整高音频响曲线的形状，配合使用十分有效。



        这是三阶分频的合成阻抗，最低为6欧，比较理想。

6、其他
        四阶分频的元件数量过多，业余制作并不实用。而且软件模拟的结果也不理想，在真正的四阶响应情况下，很难得到平直的响应。其主要原因是单元的固有响应不够宽，如果用4寸或5寸低音配合1寸高音情况可能会好一些。
        再看几个有趣的情况，首先是单元反接的情况。



        以上述二阶分频为例，高音反接的合成频响如图所示，在1k-4.5kHz的范围内出现了一个最深达-12db的凹陷。在几乎所有的理论公式中，高音都是要求反接的，但在实际系统中，因为单元的位置差所引起的相位差等因素，高音却是不能反接的。

        再看看直接根据理论公式计算结果来设计分频器会有什么结果。



        用三阶Butterworth响应，分频点2.2k，高音衰减2db，阻抗用单元在分频点的实际阻抗。结果可以想象是很不理想的。



        用二阶Linkwitz-Riley响应的情况要好一些，当然前提是高音不能反接，但也难以让人满意。

四、分频器制作和测试
        相对而言，上述三阶分频的方案要优秀一些，但因手头没有所需要的电感，于是还是选用了二阶分频方案。其实在二阶分频方案中，高音单元在2kHz以下已呈现出-18db/oct即三阶跌落的特性，可以有效避免因低音信号过多地进入高音单元而引起的失真。
        制作分频器的电感全部用1.2mm漆包线绕制，电容用的是MKP，低音Zobel补偿网络中的电阻用了10W水泥电阻，其他是3-5W无感电阻。如果有条件的话，在分频器中使用一些高级元件未尝不可，但数值准确、稳定更加重要。
        电路在环氧板上搭棚焊接，直接固定在箱体中。



        上图是话筒位于高低音单元正中位置的实际测试结果，可以看出LspCAD的模拟还是很成功的，与实际测试结果很接近。





        上面两张图分别是话筒位于低音单元轴向位置和高音单元轴向位置的实际测试结果。分频点附近曲线形状发生了少许改变，主要原因是，当采样位置上下移动时，高低音单元到采样点的距离差会发生变化，相位差也相应有了改变。另外，低音单元的指向性也会对曲线形状产生一些影响。





        上面两张图是分别是话筒沿水平方向移动到15度角和30度角时的测试结果。可以看出，因为高音单元的指向性，偏离15度时10kHz以上高音就有比较明显的衰减，偏离30度时15kHz信号的衰减幅度可达5db。也就是说，实际听音时，皇帝位的范围是比较窄的，有必要把音箱转到正对听音者的位置上。

五、低音箱
        为了尝试2.5分频，低音箱的分频点为120Hz，比设计方案更低，采用一阶分频，简单地串接了一只9.5mH的电感。因为电感量太大，为了使直流电阻不至于过大，只能采用磁芯电感。
        低音单元和中低音单元的灵敏度接近，低音箱频响按-6db/oct跌落，至500Hz时下降约12db，理论上正好可以弥补小箱的障板效应。可惜目前的测试对这个频段是非常不准确的，无法进行定量分析。

六、试听
        基本达到预期目标，2.5分频的方式尚未发现不妥，当然还需要进一步试听才能得出更全面的结论。

RockJam

帮顶，坐着等

chhart

学习了。。。。。。。。。

kingcole

很好的教材，赞一个

okk

好。

维卡亚

好帖。虽然没怎么看。但大概架构上思路也很清晰。方式也不错

rnzero

初学者，跟LZ学一下

x-jack

好帖,学习

him27hk

不頂不行

lauho

很好的一份教材~

我烧故我在

望尘莫及！！

okra

我知道这次我要把票投给谁了

zccg

好帖！

我来也

是为两分频书架箱专门配了个大口径低音箱，我更喜欢真正地道的3路3单元设计（中音下分频点低于300HZ，上分频点高于6000HZ）

njblackboy

好帖，学习中！

ymdiy

没细看，但对楼主的精神赞一个！