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标题: 尝试缩减音箱体积：用315给水管设计圆柱式三分频箱体 [打印本页]

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作者: zgmfx10akira    时间: 2013-1-11 14:38
标题: 尝试缩减音箱体积：用315给水管设计圆柱式三分频箱体
前年夏天天热，头脑更热，发现HIVI的D10G技术数据甚佳，冲动之下购了4个，黄澄澄的盆，工艺甚佳，测试T/S参数与官网参数相当接近，而且4个之间误差很小，尤其可贵的是夏天与冬天的F0变化极小，证明其关键部位“橡胶悬边”的用料很好，应该是用进口材料做的，仅此一点，本人认为比易烂边的D10.8贵得有道理。

惠威HiVi D10.8喇叭

为什么买4个？是因为要做闭箱，那么不怕2个11.5寸（D10G其实是11.5寸，SD达415cm^2）闭箱的巨大体积？当时不是这样想的，因为与Lyticast共同研究负阻驱动，发现利用负阻驱动对喇叭的强大控制力，完全可以无视F0,，VAS等参数。大喇叭装在小箱体内，只要喇叭的SD够大，冲程够长，结合EQ电路，完全可以将F-3做到25Hz以下。事实上，用LSPCAD模拟也得出相同的结果，当时在论坛上讨论时OK版曾经提出“喇叭阻尼不是越大越好，过强阻尼有不良后果”，我当时虽然并没有接受OK版的意见，但对极强阻尼下的低音表现开始心存疑虑，迟迟不敢动手。

Lyticast是敢想敢做的人，用了几万元翻沙做了几百斤重的浇铸铝箱（壁厚25mm再加上网格加强筋），2个12寸的专业喇叭，可以说是无所不用其极，这个就是著名的"铁甲威龙"。

"铁甲威龙"的实际听感上，感觉低音是极其快速、清晰的，但是觉得太干太硬了，缺少韵味、宽松感，这是很致命的——我非常在意低音的宽松感。

我开始怀疑是小箱体大喇叭带来的不良后果，不幸的是实验结果证实了这一点，小箱体大喇叭带来的是装箱后Fb的大幅增高，喇叭在Fb以下的失真大幅增加......这个就是低音硬的主要原因。现在想起来这个结果是必然的，如果后音箱容积可以那么轻易地缩小而没有后遗症，那么也就根本不会有巨无霸的旗舰箱了。

这个实验结果使得4个D10G变成了鸡肋，要是Fb=40Hz，箱体容积要100L，2个D10G要200L！如此庞然大物，在寸土寸金的上海根本没有实际应用的可能。

那么退而求其次，放弃闭箱，用倒相或辐射盆箱，1个D10G足够了。但100L的容积也不小（D10G的官方推荐容积是65L，但是LSPCAD模拟结果是50-80段隆起，下潜不够，明显是偏AV音色，我不喜欢。用公式V=20*VAS*QTS^3.3的简易算法，得出结果是V=180L，参考OK版大金字塔D10.8 110L的容积，D10G 90-100L的容积比较适当），加上中音箱，体积也很大了。

还有一个可以大大缩减容积的方法就是将2个低音装在一个小室内，一个向外，一个向箱内，推挽工作。理论上，容积可以缩小1倍！100L变成50L，实现的可能性大大提高，当然这样做的代价极大！低音喇叭开销要多1倍，虽然电压灵敏度不变，但功率灵敏度低了1倍（8欧变4欧），对功放的电流输出要求高了1倍，幸好这些对于我现在的情况是无所谓的，因为4个喇叭早已购入，不用白不用，自制功放也是按4欧设计的超大功率。但是实际设计推挽工作音箱时发现问题远远没有解决：

1、推挽工作音箱有一个低音是内装的，D10G的直径298mm，如果箱子壁厚25mm，宽度就得360mm；360mm宽的座地箱，视觉上还是非常庞大，与我的听音环境不协调。

2、放弃座地箱做大书架呢？还是有问题。因为安装2的D10G占去的体积至少18-20L，加上低音净容积50L，再加上中音腔体，这个大书架的容积还是不小。在箱子仅作最简支撑的设计下，3围是360*630*480mm，图纸画好，觉得还匀称，实际比划一下就吓了一跳——480mm的深度太吓人了，而且还要加一个脚架，正面看还可以，但因为箱子摆位是要内拗的，侧面看视觉上还是太大太大。

翻到坛里一个朋友用315mm直径水管做箱子的帖子使我眼前一亮：用水管做圆柱式音箱！有的朋友可能怀疑，有效容积不变的情况下，圆柱式音箱为什么可以体积较小？实际画图的结果是有效容积不变的情况下，用水管做圆柱式音箱体积的确可以小很多。Why？

1、与平板相比，圆柱的受压形变几乎可以忽略不计。315mm直径厚15mm的管子，耐水压是0.8Mpa，比30mm厚的平木板不知强多少倍。

2、相同的容积，圆柱体的表面积比长方体大大减少，仅次于球体。

3、由于圆柱体刚性极好，省去支撑材料占去的容积。

设计的一个草图，低音部分外直径315mm，内直径285mm，高820mm，净容积50L。这个圆拄体的净容积，矩形箱在相同高度下，侧板厚25mm，前面板厚40mm，因为2个D10G推挽必须背对背安装，要占去18-20L的空间，为达到相同的净容积，最简支撑的情况下，最小尺寸为360*370*820mm。圆柱体占地面积0.078m^2，360*370*820mm的矩形箱占地面积0.1332m^2，圆柱体箱的占地面积只有矩形箱的58%！画在图上差异还不很大，实际的三维视觉差异还是非常大的，因为360*370*820矩形箱对角线是516mm！人在皇帝位看到的矩形箱侧面投影，宽度比对角线短不了多少。

低音2个D10G面对面“合扣”，一个在圆柱内，一个在圆柱外，直接辐射低音，倒相管或辐射盆在底部。

这样一个很大的好处是质量大、振幅极大的低音盆上下运动，产生的作用力直接通过脚钉传到地面，没有侧向的分力，箱子的稳定性有极大提高，现在有的高端厂箱标榜机械避振的绝招，实质也就是把震动直接偶合到地面，利用大地这个质量近乎无穷大的物体抑制箱体震动，所谓的“接地气”，因此本方案中箱体发生整体振动的量是极小的。

圆柱体箱体与长方体箱体的最大不同是：箱板受力由平板的垂直方向的抗弯曲能力，变为水平方向的抗拉或抗压能力，这二者之间绝对是有一二个数量级以上的差别。圆柱体的径向刚性极大，几乎没有明显形变的可能，而在圆柱体的两个端面，一头装喇叭，一头装辐射盆，都是将有效能量辐射到外部空间的发声部件，因此本方案中箱体发生局部振动的量也是极小的。

喇叭设计上：高音H1499裸露在外，装在低音前面。中音H1455，也装在圆柱形扁箱内，前面削去一块，形成平面装喇叭。后开口，圆柱形箱可以最大限度减低中音绕射的影响。中音箱与低音箱之间用金属柱支撑，改变后面2根金属柱的高度，可以改变中音箱的仰角。这个箱子的另一个特点是3个喇叭的位置最大限度靠近，接近点声源，低音360度辐射。

低音的“**”向外，这个有点奇怪，不过这样2个喇叭“合扣”安装，大大节约了空间，而且D10G是钕磁大音圈、铸铝盆架，磁体部分镀铬，**部分还很精致，一点不难看。如果实在嫌“不雅观”，围一圈纱网或金属网也非难事。再谈谈这个低音盆上下运动的特点与好处：

以前看到有人说书架箱脚架很重要，甚至有“换架如换箱”的说法，我是很不理解的，箱子整体这么重，难道会整体振动？

应该还是用数据说话。D10G的力系数是13.2 N/A，也就是说1A的电流流过音圈，箱体与喇叭骨架产生13.2牛顿力驱动音圈与音盆。根据牛顿第3定律，作用力等于反作用力，音圈与音盆也产生13.2牛顿力反向作用于箱体。具体就我的推挽设计来说，2.83V电压是89DB响度、电流是2.83V/4欧姆=0.71A，产生的力是0.71*13.2=9.37牛顿，差不多1公斤力了。1公斤力垂直向下是一点问题也没有的，但是如果喇叭装在80cm高度，侧向用力的话情况又会如何？我曾经设计过一个很窄很高的侧低音3分频箱，低音位置较高，正面看上去也很苗条的，但是对这个1公斤的侧向力大有顾虑，一般频率下可能还好，在系统的谐振点产生共振，问题会很严重，直接否决了。

另一个情况也能说明点问题，就是大多数的成品箱侧低音装得都很低。顾忌侧向稳定性可能也是个原因，低音位置太低，分频点也必须很低了，这样对中音压力太大，我不喜欢。

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作者: zgmfx10akira    时间: 2013-1-11 14:39
管子到了（直径315mm，厚15mm），D10G放在管子上面后看看，发现管子不是标准纯圆的，最大直径315mm，最小处只有308mm，看来只有加工一个环，用螺丝固定在管子端面，在内圈直径275mm圆周上攻好12个5mm罗纹，固定面对面合扣的1对D10G。

315给水管

315给水管。这样的管子两根接起来时，用一种叫"直接管"的水管附件，套在管子外面的。

两个低音筒都锯准了，下面的工作就简单了，只要做几个密度板的圆环、装喇叭与辐射盆。不过我没有修边机也没有密度板，还是向做箱子的朋友定做吧，有工具应该很简单的。

中音箱倒是费脑筋，根据OKK大大以及OK板指出的驻波以及高音衍射等问题，再实际制作中又作出以下改动：采用160mm的PE管，长33cm，后开口（彻底的管箱喔），因为管的体积小，视觉上消除了庞大和头重脚轻的感觉。

原来LSPCAD也可以模拟辐射盆箱的，这个是2个D10G的情况：2个并联，合扣安装，Re减半，MMS加倍，VAS与CMS减半，F0与QES、QMS、QTS不变，模拟出来的低频响应是牛得很，实际能否达到未可知。

前段时间设想了中音360度辐射的方案，支持的少，怀疑的多，且放下不管，低音部分先做出来吧。

1、底座。用3层18mm粘合而成，画了图纸是有圆角的，结果寄来的板是方角的，只好自己加工。

作用：装在与315管子底部，以便装14寸辐射器，有2圈孔各12个，内圈用4mm自攻螺丝12个，与315管子连接；外圈用4mm圆机螺丝12个，装14寸辐射器。考虑到14寸辐射器要调节配重，可能要多次装拆，自攻螺丝在密度板上容易打滑，为了保险，在3层18mm叠成的底座中，埋入12个4mm螺母。方法很简单，先打4mm孔，然后在板的背面扩6.8mm，深度约10mm的沉孔，直接用锤子把4mm螺母砸进去就可以。

注意一定要垂直，否则螺丝拧不上。告诉大家一个窍门：先将螺母拧在4mm圆机螺丝上，将圆机螺丝上插在孔内，然后用锤子敲击螺丝头，这样埋入的螺母保证垂直。底座上还装了4个"高胖子"脚钉，可以调节高度的，以后会发现是及其重要。用35mm长的自攻螺丝12个将底座与315管子牢固连接，结合部分涂上白胶，防止漏气。

2、装14寸辐射器。大家注意底座圆弧上有一块黑斑，这个是在锯角时，锯过头了，修好圆后，有一块凹陷很难看，突然想起坛子里的一个木工帖里教的办法：用502胶拌木粉补在凹陷处，果然灵验，不过颜色不太一样。

3、装喇叭接圈A，这个是厚24mm的密度板圆环，有2圈孔各12个，外圈用4mm自攻螺丝12个，与315管子连接。内圈可以拧5mm内6角螺丝12个，固定2个D10G。接圈A的背面用同样的方法埋入12个5mm螺母。低音箱接线柱我用大号的仪表接线柱，纯铜，直径6mm，配上紫铜的铜鼻子，拧紧后的导通电阻绝对比那些用接插方法连接的"HIFI"发烧接线柱小N倍。

4、内装1个D10G，喇叭外圈的正反面都粘上软的垫片。

5、合上喇叭接圈B，厚36mm，上下各开直径299mm、深7mm的沉孔，余下22mm正好容下面对面安装的2个D10G的悬边高度。因为2个喇叭的盆是同方向运动的，只好保证在静态时不会碰到，再多2mm余量就可以了。

6、合上外装的D10G，对准孔位，要求内装D10G，接圈A、接圈B，外装D10G的孔在一条直线上，否则长达55mm的5mm内六角螺栓是无论如何拧不进的。一个孔对准容易，12个孔同时对准就难了。实际做法是先将内装D10G，接圈A、接圈B，外装D10G位置定好，先打一个孔，穿上螺栓固定住，再打其余11个孔，D10G上的安装孔是5mm的，所以先用5mm钻头打，然后再将接圈A、接圈B上的孔扩为5.5mm。

有人嫌HIVI喇叭的安装孔太多，不过在这儿12个孔正好，12个55mm长的5mm内六角螺栓将2个D10G和接圈A接圈B牢牢固定住，这个是很重要的。要知道实际工作时2个D10G盆在大幅度运动，反作用力是很厉害的，12个5mm内六角螺栓将一切HOLD得服服帖帖。如果喇叭仅有6个安装孔，那么接圈的强度和刚性就必须大大增加。

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作者: zgmfx10akira    时间: 2013-1-11 14:39
我没有测量套件，不过有XD7低频信号发生器，可以扫描喇叭与音箱，测个F0什么的还行，没有现成的阻抗曲线，有耐心也可以一点一点描出来，好处是功率可调，可以大功率测量，这点也很重要。

两个箱子一个先装吸音棉350克，另一个装了700克左右的玻璃纤维棉（这个是玻璃纤维棉梳理棉，柔软度比最好的棉花还细软得多，重要的一点是并不扎手）。装吸音棉350克的箱子双峰如下：频率高的峰的位置在42Hz，高度为谷底高度的4倍，谷底位置为28Hz，频率低峰的位置在19Hz，高度为谷底高度的2倍。

装吸音棉700克的箱子双峰如下：频率高的峰的位置在40Hz，高度为谷底高度的3.5倍，谷底位置为27Hz，频率低的峰的位置在18Hz，高度为谷底高度的1.8倍。

吸音棉多少对于阻抗的关系还是挺大的。以前用LspCAD模拟过，见图：

阻抗峰的位置与装吸音棉700克的箱子非常符合，不过峰的高度实物比较低，尤其是频率低的峰的高度，可能实物箱子的阻尼比较大，性能应该是辐射盆的谐振比较弱一点，有接近闭箱特性的倾向。

如果实际SPL如同模拟曲线，-3db在25Hz，那就太牛了。不过由于频率低的峰的高度比较低，估计实际的低频滚降要大一点的。

这个阻抗峰的位置和OK版的大金字塔很接近，要知道OK版的大金字塔是占地550*550mm，容积100多升的大箱啊，而我这个不过是直径315mm的管子，容积才50升！缩减音箱体积的目的基本是达到了。至此，用D10GX2做的推挽式315管箱的低音部分，完全实现了原设计目标。

高音沉孔110mm，原来是准备可以换110mm直径的好高音，现在先用H1499听着，毛胚的照片

能够大幅度缩减音箱体积而又能够不损害低音下潜，主要得益于以下两点：

1、两个喇叭面对面推挽安装，节约了一半容积。

2、圆形的管子在同样截面的情况下表面积最小，而厚度15mm的PE管子刚性远远好于厚度30mm的平木板，抵抗震动的效果极好，节约的体积也是非常可观的。现在主要考虑吸音棉放多少合适，作为一个11.5寸的喇叭，40Hz的高频率谐振峰（双峰中较高的一个）是否太低了，查了下OK版的《名箱频响-群芳谱》，单拿旗舰大证据的高频率谐振峰也在40多Hz，众多名箱中只有B&W801的高频率谐振峰在30多Hz.。

谐振峰的频率较低，意味着低频滚降的频率也比较低，频率下限比较低。这一方面当然是好事，但是另一方面却有很大局限，这是因为谐振峰的频率较低，辐射盆或倒相孔起作用的频率也更低了。更多的低频声必须由喇叭发出，由于喇叭冲程的局限，最大不失真的低频声压就受到限制。下潜与声压是一对相互牵制的因素，那些名箱旗舰都是要在大场面工作的，照顾最大声压可是极其重要的。

从我听音的实际条件出发，因为听音室较小（否则也不会千方百计追求小体积了），所以对声压的要求不高。11.5寸的D10G即使是闭箱，声压也应该够了。在用LSPCAD模拟中，50L的箱子，2个D10G推挽的SPL是最平的，实际做出来的低频峰的幅度比较小，意味着箱子的辐射盆谐振起的作用较小，音色有向闭箱靠拢的倾向。但是因为频率高的谐振峰低达40Hz，即使是纯闭箱，低频响应也并不差了。要知道根据HIVI个官方推荐，D10.8在80L容积的闭箱内，SPL的-3db高达48Hz！所以，初步决定不缩小箱子容积（这个工作量很大），吸音棉放700克！

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