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实验报告(二)——Morel;DSP软件分频;Symphony I/O Mk II+Protools 2018;Rotel+Musical Fidelity

来源:bbs.hifidiy.net 发布者:alexweigh 版权:原创
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密闭箱的参数包括箱体的谐振频率、品质因素、峰值出现频率以及低频截止频率等。通过理论计算发现, UW1258使用老箱体,-3dB截止频率应该在40Hz左右,谐振频率30Hz左右,QTC略低于理想的0.707,低频量可能会少一点,动态应该不错。

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接上篇《实验报告(一)——Morel;DSP软件分频;Symphony I/O Mk II+Protools 2018;Rotel+Musical Fidelity》

2音箱

音箱是整个系统的核心,就先弄它吧。

选择Morel的原因有两个。一是十多年前应朋友要求为一个文科生组装Morel书架箱套件,型号不记得了。留下最深的印象是装高音时,那个软球顶总是被弄瘪,文科生哥儿们不得不一次次用嘴唇suck很精美的半透明的球球让其鼓回来,哈哈哈哈,我喜欢!另外就是在网上乱串时,真没有发现参数适合做闭箱的12寸喇叭,诸如ScanSpeaker、Eton以及啊哭腾等等,部分还有价格因素(相对而言Morel比较便宜)。应该说这个选择是感性和理性的综合,思考、喜欢、随性,买买买!

本节将首先列出低音喇叭的参数,据此对低音部分做一系列计算,最后开始具体的实验工作。

2.1 计算

计算和设计都是为了低音,因此中高音懒得算。图4是Morel UW1258的网上照片。

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图4 Morel UW1258(到手后发现做工真好,顿时想起那首歌:By the rivers of Babylon, where we site down…)

喇叭参数如图5所示,后面计算的基础数据大多源自于此。

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图5 Morel UW1258参数
2.1.1 箱体类型选择

Ray Alden在《扬声器系统设计与制作阶进》一书(本人的红宝书)中引用Richard Small博士(1972-1973)的结论,可以根据效率带宽乘积EBP的数值来确定低音扬声器适合制作倒相箱或是密闭箱(Ray Alden,2013, P24),EBP=fS/QES式中:EBP为效率带宽乘积,Hz(书中未给出,应该是这样吧);fS为扬声器的谐振频率,Hz;QES为扬声器的电器品质因素,无量纲。

Dr. Small认为,EBP以50为界,大于此值合适做倒相箱,反之适合做闭箱(其原理请参见Alden的书籍)。

对1258,EBP=21/0.56=37.50。正合吾意,闭箱!

2.1.2 主要参数计算和评估

首先是一些参数的计算方法。

密闭箱的参数包括箱体的谐振频率、品质因素、峰值出现频率以及低频截止频率等。挑选几个比较有用的摘录如下。

箱体谐振频率计算方法如下式(Ray Alden 2013, P40):fcb=fS*SQRT(VAS/VB+1)。式中:fcb为箱体谐振频率,Hz;fS为扬声器谐振频率,Hz;VAS为扬声器等效空气容积(等同于喇叭顺性的空气容积),m**3;VB为箱体体积,m**3。SQRT为开平方;*为乘;**为乘方,其后的数字为乘方的次数(如a**4表示a相乘4次),下同。

箱体品质因素计算方法如下式(Ray Alden 2013, P41):QTC=QTS*SQRT(VAS/VB +1)。式中:QTC为箱体品质因素,无量纲;QTS为扬声器总品质因数,无量纲;其余参数含义同前。

QTC是密闭箱设计的重要参数,多写两句。0.707为QTC的最优值,此时下潜和瞬态最佳;QTC大于此值,低频在fcb处得到加强,但瞬态和下潜劣化;QTC小于此值,下潜变差,瞬态稍好。记得网上有个图表示这个,但一时找不到了。    -3dB截止频率计算方法如下式(妈呀,真复杂,看看我能不能在一行之内正确表示出来(Ray Alden 2013, P43,请注意算法优先问题):f3=fcb*SQRT{(1/QTC**2-2)+SQRT[(1/QTC**2-2)**2+4]/2},该式的变量含义及单位见前。

下面是计算结果。

箱体是修旧利废,已经固定,体积约为120-130L,箱体谐振频率为:

fcb=21*SQRT(138.38/120.00+1)=30.81;fcb=21*SQRT(138.38/130.00+1)=30.17。

计算品质因素:

QTC=0.43*SQRT((138.38/120.00+1)=0.63;QTC=0.43*SQRT((138.38/130.00+1)=0.61。

在这个值范围内QTC值略偏小,当箱体体积为80L左右时,QTC最理想为0.707多点点。这个问题将在下面讨论。

计算-3dB截止频率,有点晕啊,不过要相信Excel的能力:f3=fcb*SQRT{(1/QTC**2-2)+SQRT[(1/QTC**2-2)**2+4]/2}=39.8。

可见,实际箱体在125L+-10L之间变化时,fcb在30Hz左右,QTC为0.6+,f3为40Hz左右。即使弄到180L,fcb也就是27.92Hz,长进并不大。    干脆再做一个优化计算,大范围改变VB,结果如下。

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由图6可见,VB超过300L之后,在增加箱体体积基本没有效果了。利用120-130L的老箱子应该问题不大(综合考虑性价比问题、可行性问题以及经济性问题等等)。此时的QTC有点低,但相信大喇叭的能力,低频不会少,瞬态可能会更好一点。而f3(图7)则很有意思,从120L开始随着VB的增加,f3不降反增,不知道为什么。

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图6 VB 与fcb关系曲线图

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图7 VB 与f3关系曲线图

综上,通过理论计算发现, UW1258使用老箱体,-3dB截止频率应该在40Hz左右(与喇叭的谐振频率f0相比有点偏高啊),谐振频率30Hz左右(是不是意味着有希望听到一点点30Hz以上的声音?),QTC略低于理想的0.707,低频量可能会少一点,动态应该不错。

最终结论是老箱体可用。

2. 2 很不全面的测试

正如标题所言,测试非常不正规和不全面。未进行裸测而仅测试了三个喇叭上箱后的频响和阻抗曲线。采用论坛测试套件,安装XP的老笔记本,支架是未进行吸声处理老红梅照相铝三脚架。图8是测试的场景,全部是10-20cm左右的近场测试(有点记不清了)。

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图8 喇叭测试场景(右边墙反射会不会很厉害?)

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图9 UW1258上箱实测频响和阻抗曲线(上下图为两次测试结果)

不太会描述这个曲线,讨论几点。首先,个人觉得实测结果与计算结果还是比较吻合的,两次测试f3都在40Hz以下一点点。其次,与厂家给出的曲线对比,1000-2000Hz处非常相似(不是巧合,多次测试都是这样),但在500-600Hz处和60-110Hz处出现小峰,前者应该在分频时避免掉,后者可能会影响听感。第三,阻抗曲线两次测试没有变化,阻抗峰在38Hz左右,峰形态比厂家曲线略缓,请教朋友们,这是不是表示Q值偏低?如果真是这样那就与计算相吻合了。最后,红色的是相位曲线么?这个看不懂,请教请教。

图10是634的频响和阻抗曲线,箱体是独立的,体积10L+。

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图10 SCM634上箱实测频响和阻抗曲线

能够看出来的是低音分频点可以低到约130Hz,高音到5000Hz,灵敏度比1258高约5dB。阻抗峰与1258类似比较宽缓,红色的相位(?)曲线仍然看不懂。

图11是1108的频响曲线,还装模作样地测了几个角度。

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图11 ST1108上箱实测频响和阻抗曲线(左上0度、右上30度、左下60度,右下阻抗)

看不出太多东西,分频点设在1500-2000Hz以上?灵敏度不知道怎么定,应该是10dB左右吧?相位曲线抱着琵琶看作我,我是牛。

此外,ST1108安装的音箱部位上加工了一个浅浅的号筒,请教请教,图11有反映吗?

这部分的知识非常贫乏,一切都是似懂非懂的。得出的结论也模模糊糊的,似乎是低音分频点可以在150-500Hz之间,高音则在2000-5000Hz之间。各个喇叭的灵敏度有差异,厂家给出的数据分别是87dB、89dB和91.5dB(低、中、高,2.83V1m)。基本可以认为低音比中音低,高音和中音差不多。

箱体设计

计算部分在十多年以前就完成了,翻出当年的笔记本,抄录如下。

箱体如图12所示。

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图12 箱体尺寸(mm)

图12a(左)是老箱体的简图,全部用18mm中密板。顶底板是扣上去的,底板略大并用两块,形成一个底座,故全高是1274mm。内部加了“日”或“田”字形加强筋,这里偷懒简化了,它们在箱内的分布是均匀的,即每个衬相距约200mm。箱内每个边角的两块板子结合处用小方条加固,小方条和板子之间涂白乳胶并用木螺丝从箱内向外旋入进行加固。这样外面基本上没有木螺钉的帽子,只有加强筋部位和后板从外往里旋入。

当年计算了如下参数。

内容积=1220*300*415=152L,扣除中音小箱、加强筋和内涂沥青后约为130L。

对SK12R,fcb=34Hz,Qtc=0.82。

长(L)、宽(W)和深(D)长度的谐振频率如下:FL=1440Hz、FW=567Hz、FD=441Hz。

长(L)、宽(W)和深(D)比例如下:W/L=0.246、D/L=0.340、W/D=0.723,比值都不是整数可将谐振减弱。

小箱偷懒未画出,内容积为190*180*170=5.8L,对S8R,fcb=129Hz;Qtc=1.58。考虑高音后部封闭,小箱并未包含高音单元。    当年什么测试设备都没有,就是凭上面的计算开工了。下料单如下。

大箱(一对箱子)——侧板:455*1220 4块;前后板:204*1220 4块;顶板:340*455 2块;底板:260*465 4块。

小箱(一对箱子)——侧板:180*170 4块;顶底板:226*170 4块;后板:226*216 2块。

用掉两块1220*2440中密板、一堆螺丝钉、一堆白乳胶和一堆汽油熔化的沥青。而当年的工具只有可怜的烂菜刀改的刨子、手摇钻、钢锯、大手锯、螺丝刀等。真难想象当年的发烧干劲!

外部装饰是打上1mm厚的腻子,贴深棕色木纹纸,“胶”用的是绕牛剩下的绝缘漆(这给本次施工带来了不少麻烦)。最终处理结果非常一般,气泡和不平整多多,忍受了十多年,此次必改之。箱体背部未作表面处理,所以两个屁股都是raw的,不敢秀。

图10b(中)是新箱的正视图,是按比例缩小绘制的。图10c(右)则是新面板细节图纸,由于新老喇叭规格不一样,这个面板是必须做的。这种处理方式受到丹拿信心的启发。面板周边的圆角是防止声衍射,至于高音的下沉处理是看到JBL LSR2300的小喇叭口很好看,没有别的理由就是喜欢,随性!

2. 4 快乐的老木匠和臭臭的油漆匠

材料:25mm厚面板两块;白枫木复合木皮1220*2440mm三块,木皮胶和滚筒(大面积涂胶真有必要),螺丝刀,带胶PVC角条若干,铜质脚锥。工具:钢锯、木锉刀、刨子、砂纸机、浇花花洒、老式电熨斗等等。

面板图纸画出来之后,找了不少CNC作坊,竟然没有一家能够做到。无奈只好让商家裁板、沉孔,细节部分自己慢慢用木锉刀挫出来(图13)。

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图13 面板加工过程 (红箭头指向的就是倒角的工具,木锉刀,另外还用了刨子)

这部分最艰难的是去掉原来上的腻子。十多年后油漆渗入腻子变得死硬,除掉这总共约两三平方米面积的腻子花了一周多的业余时间,工作中,mini狼牙棒似的木锉刀和砂纸机起到了重要作用,但后者灰尘太大(不能相信他的集尘袋),花洒用于除尘效果很不错(图14,施工艰难只留下这张照片,可惜测试结果找不到了,包括Seas Exotic F8的曲线图)。

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图14 脱掉外衣的老音箱,顺便纪念一下安装在raw屁股上的外置式分频器
(电感都是自己绕的,马上就拆散了,拜拜,十几年的陪伴,拜拜,功分)

第一次贴木皮并没有碰到什么困难,顺利完成。获得的经验是不能涂太多胶,不然熨时水分蒸发(常常嘶嘶声大作,老式电熨斗温度挺高的,调到中档温度放在木板上能把板子烫成焦黄色)容易起泡。
罐装自喷漆施工也顺利,就是太臭,防毒面具绝对必要,但毒气消散和油漆干得很快,十几二十分钟就可以喷下一遍了(图15)。最后用了两罐哑光黑漆和三罐哑光透明漆(还剩了好几罐,太臭不喷了,没有场地全部在客厅施工,也该为家人作想,另外身处北方,防潮问题不大)。

两层板子组成的底座并没有贴木皮,而是用带胶PVC角料(不知怎么称呼,就是角铁的PVC变种)裁切后直接黏上去,起到遮丑的作用。粘得很紧振动时并不产生杂音。哈哈又偷懒了一次。

在这个过程中,最练手劲和腰力的是挪动和翻转沉重的大木匣子,锻炼作用显着。

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图15左上 贴木皮中;中上 贴木皮完成;右上 喷漆中;左下、中下 安装面板和泡沫剪成的喇叭垫,可见箱体内部加强筋、边角衬条和涂覆沥青;右下 快完成了。

最艰苦的工作之一算是完成了。就外观而言虽然加了个面板但仍显得比较规矩沉闷和老气,比不上纤巧和秀气的丹拿。当然人家是高级板铝合金上床精加工,咱是烂中密板手工钻锯挫。

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