音箱的設計與制作

Lynn Olsen是美國著名的發(fā)燒友，其文章經常見于報章，近段時間，他為他的朋友們設計了Ariel音箱---一種介于低效率發(fā)燒音箱和高效率的號角音箱之間的啞鈴傳輸線（迷宮）音箱，并發(fā)表在他的個人網頁上，供世界各地的DIY愛好者參考制作，組織了Ariel俱樂部。同時根據各地朋友反饋的改進意見，促使Ariel不斷升級改良，發(fā)展到MK5，有3個不同迷宮出口的版本。最近發(fā)表的MK6，改進了出口和單元后部的空腔。同時還衍生出ME2（請參考其網頁）---采用相同的單元和分頻器的小型倒相箱箱體，在大房間使用需要輔助低音音箱。
ARIEL MK3的外觀 ARIEL MKV外觀圖

設計原則
本設計遵循以下3點原則：
1、高于一般的效率并擁有自然逼真的聲音、寬闊的音場和音色中性略偏暖和。

2、盡量簡潔的設計，分頻器設計足夠簡潔以至可以通過更換不同的電阻、電容、線圈等和改變迷宮里的阻尼材料的填充來微調聲音。

3、比較容易的木工工藝，設計里多處采用黃金比例以減少因為迷宮設計和面板衍射等引起的頻響波動。

單元選擇
一開始就以“簡潔”的精神指導本設計，因此在單元選擇時多下功夫，避免使用一些需要特殊的頻率均衡電路去修正頻響的單元。

VIFA的P13WH-00-08是聚丙烯振膜、導磁柱有出氣口的5.5英寸中低音喇叭，沒有典型7、8英寸聚丙烯喇叭的略先顯渾濁的中頻（原因是口徑小，振膜做得比大口徑要堅硬），更引人注目的是其頻率響應，平直的中頻響應直到5KHZ，然后以12 db/Oct平滑下降，因此可使用簡單分頻器并摒棄頻率均衡電路。其實，人耳對至關重要的中頻十分敏感，設計者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的喇叭在中頻有許多峰谷，HIFI音箱通常使用頻率均衡電路去修正中頻頻響，直到前幾年，才出現(xiàn)不需要這種電路的個別喇叭（作者指出另外的唯一選擇就是Focal 的6V415，但它在4.5kHz有小小的峰）。但VIFA的P13WH-00-08的缺點是低頻量感略小、下沉深度不足，所以設計者用一對P13WH-00-08裝在6英尺長的傳輸線里，可以把低頻F3擴展到60HZ（作為對比：安裝在QB3響應的倒相箱內，F(xiàn)3在80HZ并以24db/oct下降），采用一對單元還提高了聲輻射阻抗，因此靈敏度提高了將近6db。（從88db/W/M上升到平均92db/W/M），功率承受能力也增大了一倍，好處是不言而喻的，缺點是多使用一個單元，成本上升，并由于啞鈴式排列，最小聽音距離要求是2米。

下面是VIFA的P13WH-00-08的外形、頻響圖

有人會認為本箱子的F3偏高，其實本箱子的設計目的是擁有非常自然的聲音，中頻和高頻絕對一流，而且F3以下的衰減較緩慢。在$1000 到 $5000的中價位HI-END音箱中，通常采用的折衷方式是滿足一些發(fā)燒友所需要的：放棄極度清晰的中頻，繼而產生較強烈的低頻。因此若采用6.5" 或 8"的喇叭，低頻可以得到改進，但也要采用頻率均衡電路修正其起伏的中頻頻響---這并不能明顯改善中頻音質。

高音喇叭的選擇相對容易一些，不象好的中低音喇叭那樣貧乏。因為材料科學、聲學全息科技、計算機模擬技術的發(fā)展，軟球頂高音向前邁了一大步，例如Scan-Speak D2905/9500 和 D2905/9700就超越了目前最好的金屬球頂高音。Scan-Speak D2905系列共有9000、9300、9500、9700、9900等共5款，越后的型號價格越高，最初設計時設計者使用9000，后來經過測試、改良，設計者認為在Ariel中最適合使用的是9500（使用9000、9300性能有輕微下降，并不推薦使用9700和9900--雖然更昂貴，但分頻器是為9500設計的，除非你有精密的測量工具去重新設計分頻器 ），它是9300的改進版，使用磁流體阻尼、冷卻，使用了與最高型號9900相同的無共鳴的振膜后腔。

下圖是9500外形、頻響圖

客觀地說，VIFA P13WH-00-08、Scan-Speak D2905/9500是世界上最自然的、頻響最平直的喇叭之一，頻率響應、群延時圖、瀑布圖也是格外的優(yōu)秀。[page]

開發(fā)過程
最初的版本（MK1）比較簡單，三個喇叭裝在同一聲學腔里---沒有分隔開，采用折疊為兩段的傳輸線，出口在音箱后邊的上方，這個版本的低音比較缺乏，但中、高音還是比較滿意的。為此設計者和朋友進行了探討和改進，嘗試把出口放在離地板幾英寸高的位置（把傳輸線折為三段，出口在下），結果低音出來了，他們認為是地板對低頻起到反射、提高了低頻效率、功率承受能力并降低了失真，而且聲學響應與房間的聯(lián)系更密切了。后來采用了Randy設計的新型的傳輸線，它的特點是：1、混合了1/4波長諧振式（TL）和迷宮式設計，總長的1/3-1/2點以后為迷宮管道。2、將喇叭單元的位置從傳輸線開始點移動到總長的1/5位置，并在0點到1/5點填充阻尼吸音物體，其余的適當位置也填充一些薄的阻尼物體。這樣就產生了MK2。

MK2是Ariel歷史的較大轉折，這個版本提出使用混合1/4波長諧振（TL）、迷宮式的觀念，傳統(tǒng)的1/4波長諧振式很難處理80-200Hz的頻段，該頻段會有一些諧振產生峰谷，填充太多的阻尼物又會引起動態(tài)的壓縮----這是很難處理的問題。MK2較好的解決了該問題，兩個低音單元有相對分隔的腔體，一開始是1/4波長諧振式，喇叭單元后傾斜、扭轉的隔板減少了該閣板的反射影響，然后到了迷宮部分再合并起來。

大家都抱怨扭轉15度的隔板較難加工定位，因此MK3改進了喇叭后面的隔板，并稍微修正了迷宮，得到的結果是上低頻部、低中頻部的頻響平滑了。

根據Ariel俱樂部成員的提議，MK4的每一個單元采用了完全獨立的管道（MK3是在迷宮部分合并了），降低了兩個單元之間的相互影響和因為距離不同而引起延時干擾。而且迷宮部分之前的1/4波長諧振管的截面逐漸減少，顯著的改善了100-500HZ的中低頻部分的聲染色。

有一個問題是在低于8英尺高的房間里低音會偏多，經過試驗發(fā)現(xiàn)，可以把音箱離地近一點以調整出口的大小，來改善這個問題。

因此衍生出MK5B、MK5R、MK5S三個略有分別的版本，MK5B的出口在下方，調整大小時要將音箱上下移動，MK5R的出口在后面，可以用另外的木版調整出口的大小，MK5S的出口在旁邊，而且是分布式的，理論上，三個版本沒有分別，但由于出口位置不同，跟房間的聲學特性綜合后，總特性是有一點點差異。

最新發(fā)表的MK6，后面板使用不同的木頭材料，并允許填充鐵沙、鉛彈之類的物品，進一步降低了箱體的諧振。同時改進了迷宮出口，使得很容易調整出口的大小。

箱體的設計、制作
本箱體的結構跟號角不同，傳輸線里的截面變化是較凌亂的---優(yōu)點是可以降低傳輸線里的空氣流動速度，而普通的號角截面過渡越平滑越好。

高音喇叭的安裝中心不在面板的垂直中線，而是位于黃金分割點，目的是為了減少面板左右轉角衍射引起的上中頻段波動、染色（面板左右轉角的急劇變化的邊緣在聲波的作用下產生衍射，該衍射干擾了喇叭發(fā)出的聲波并又作用在喇叭的振膜上，引起中頻頻響的波動、染色）。同樣，低音喇叭的安裝軸線也偏離垂直中線。制作時要注意，左右聲道音箱喇叭排列是鏡像的。同時，前面板跟側板的過渡應使用圓弧過度，圓弧半徑為3/4英寸。

前面板使用兩塊3/4英寸（19mm）的特級MDF粘合起來，另外的外板使用3/4英寸特級MDF（后面板厚度可以增大，例如1英寸或更厚）。里板使用多層夾板，多層夾板的強度是MDF的3到4倍。當沒有合適厚度的板材，應保證箱子的里面尺寸相同，在沒有MDF或多層夾板時，里板應使用較堅硬的板材，外板應使用相對軟的板材。里板與外板最好用入榫、涂膠粘合的方式固定，不推薦用螺絲來固定，應該用精確的木工工藝來保證固定牢度，即涂膠水前先嵌起來，看看是否已經十分牢固。

中低音單元外部直徑是5.53(5 17/32)英寸，邊緣深度是3/16英寸，開孔尺寸為4.56(4 9/16)英寸，高音單元外部直徑為4.125英寸，邊緣深度0.156(5/32)英寸，