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浅谈家庭影院音箱的设计技术

发布时间:2015-01-06 11:53 来源:未知 阅读: 我要投稿

关于家庭影院音箱的专题,编辑部在过往的杂志中已经组织过好几次,内容包括家庭影院音箱的安装与调试、多款产品的测评以及组合搭配方案,而读者们都对编辑部所组织的这几个专题兴趣浓厚,并得到大家的广泛认同。同时,更有不少的读者致电编辑部咨询有关家庭影院音箱的搭配和使用问题。但是,编辑部最近发现在这些过往的专题中从未对家庭影院音箱的设计进行过相关的介绍。为此,编辑部决定以一些具有代表性的高端家庭影院音箱品牌(如:JBL Synthesis、Klipsch、MK Sound、Atlantics Technology、Traid、James Loudspeaker等品牌)来展开这个专题,目的主要是以这些品牌为例向大家介绍家庭影院音箱在技术上的侧重点及其相关的设计要点,而另一个目的是为了与之前的同类型专题相对应,因此本次的专题文章也是家庭影院音箱专题的补充文章。
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一.家庭影院音箱所追求的效果
  对于家庭影院音箱的争论,有人认为没有家庭影院音箱和Hi-Fi音箱之分,只要音箱的设计得当,那么它就能同时适用于Hi-Fi系统和家庭影院系统。从道理上说,这句话说得一点儿也没有错,但我们在平时的工作中接触过不少高端的Hi-Fi音箱和家庭影院音箱,而且发现家庭影院音箱在设计上确实都有一些独到之处。不过,在介绍家庭影院音箱的设计之前,我们先了解一下家庭影院音箱所追求的效果以及设计的侧重点。家庭影院音箱是专业电影院扩声音箱的简化,与Hi-Fi音箱相比,它的性能要求更接近于专业电影院扩声音箱。家庭影院音箱要求能发出足够大的声压、有宽广的动态范围、极低的失真度和平直的频率响应,同时又能承受大功率的输入,能保证长时间工作不容易损坏。从声音效果上,家庭影院音箱要给观众提供出色的声音包围感、强劲快速的低频以及清晰的声音还原能力,目的就是为了给观众带来身临其境的效果,让观众的身心充分地投入到电影的情节里面,这就是家庭影院音箱所追求的效果。

二.家庭影院音箱对单元的技术要求
  要制作出优秀的家庭影院音箱,优秀的喇叭单元是必不可少的。由于DTS-HD MA、Dolby True-HD等高清音频格式的相继出现,这高清音频格式的规格高达24bit/96kHz甚至是24bit/192kHz,那就是说,新格式无论是声音的信息量、声音的动态范围和频率响应都比旧格式有了很大幅度的提升。所以在喇叭单元的制作材料上必须因应新格式进行改良,最常见的做法就是采用新的材质来制作振膜和音圈,让振膜和音圈更轻质、刚性更强;重新设计磁路和散热系统,加强磁体的磁力和散热,以提高效率和功率承载能力等等,这样才能完美地重播这些新的音频格式,它要求喇叭单元必须以更高的输出、更强的动态、更高的承载功率能力和更低的失真作为发展方向。

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      用钛作为振膜材质,主要用于高音单元中。钛不仅质量轻且刚性好,因此振动速度快,灵敏度高,既能提高重播频率的上限,也能输出较大的声压,而且钛的耐热性很好,因此能承受较大的功率,但成本相对较高,因此只有部分顶级的音箱才会应用。例如,JBL Project Array系列音箱所使用的045 Ti-1高音压缩式驱动器以及Klipsch全新设计的高音压缩驱动器的振膜、就是采用钛来制作。[page]


 

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      铝也是一种应用率较高的材质,主要应用于中音、低音单元之中。铝的质量轻,导热性能好,但刚性却未如钛理想,因此厂家通常都加入其他的材料来提高它的刚性。Klipsch THX Ultra2 System的中低音和低音单元的音盆就采用陶瓷和铝的复合材质制作而成。
 

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      在低音单元方面,著名的JBL公司喜欢采用纸来作为音盆的材质,这些纸都经过特殊的技术处理,既能得到好的刚性,又能保持轻质,能输出能量充沛且清晰的低频。另外,B&W CT700系列低音单元则采用Kevlar作为主材质,然后在里面混入纸质来制作低音单元的音盆,同样能获得轻质和高刚性的效果。可见,厂家在振膜的制作上可谓各施各法。

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  音圈由于要与振膜相连,同样需要轻量化设计。目前,大部分的音箱厂家都喜欢用铝线来绕制音圈,除了能达到轻量化的目的,还有良好的耐热性能,可提高单元的功率承载能力。

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钕磁的优势是磁力比一般的磁铁要强得多,有助于提高单元的效率,因此被音箱厂家广泛采用。
 

三.家庭影院音箱中常用的技术
除了性能优秀的喇叭单元,单元的合理应用也是十分重要的。由于家庭影院音箱中包括前置主声道音箱、中置音箱、环绕音箱和超低音音箱,每种音箱都有各自的作用,因此它们在喇叭单元的应用和布局上都有各自的特色。在我们平时所接触的产品中,号角扬声器、矩阵/线阵单元排列、偶极式音箱、推挽式低音、无源被动辐射器等都是家庭影院音箱中常用的技术。究竟它们的特点是什么?下面将为大家进行介绍。

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1.号角扬声器技术
  号角扬声器技术是家庭影院音箱中所用到的扬声器技术之一,也是专业领域(如舞台、剧院扩声)中经常用的扩声技术,其优势是声音传播距离远、灵敏度高、输出声压大且指向性强。在声音方面,号角扬声器的动态惊人、声音率直,而且细节很多,有一种很接近于现场的感觉。所以,若然你拥有一个大型(40平方米以上)的独立视听室,那么号角音箱绝对是首选。目前,采用号角扬声器来制作家庭影院音箱且又为国人熟悉的品牌有JBL Synthesis、PHC、Procella Audio、Klipsch、Zingali等。

  号角扬声器在家庭影院音箱中主要用于前方声道音箱和环绕音箱之中,虽然目前采用号角扬声器来制作家庭影院音箱的厂商很多,但他们之间的设计却是不尽相同。其中,声音的扩散范围是号角扬声器的重要指标之一,影响着音场的再现能力。它由号角扬声器的水平扩散角度和垂直扩散角度所决定。在家庭影院系统中,要求音箱有足够大的声音扩散范围来确保视听室内的每个位置都能得到好的效果。因此,各个厂家都将号角音箱的扩散范围尽可能地做得更宽阔,从而设计出各种各样不同的号角。例如,Procella Audio P6/P8/P815上所用的那只椭圆形号角单元就能达到50°(垂直)×80°(水平),而Klipsch的 Tractrix号角技术能达到90°(垂直)×60°(水平),让每个位置都能听到很立体的音场和准确的定位。另外,Zingali采用独特的Omniray Horn技术更声称能达到140°(垂直)×360°(水平)的扩散范围,如此宽广的扩散范围意味着音箱的摆位更容易,甚至不需要内拗角也能得到很好的音场和定位。[page]

  在驱动器方面,压缩驱动器一直以来都是号角扬声器的好搭档。压缩驱动器的原理是在振膜前面安装一个细小的喉口,当振膜驱动空气通过喉口后就会被压缩,将空气能量集中于一点,然后再通过号角将声音扩散出去,从而提高效率及增大声音的传播距离。像JBL Project Array 1400 BG、Klipsch KL-525-THX、Procella Audio P8/P6/P815都是采用压缩驱动器的号角音箱,所以它们均能在较大空间的视听室内发出强悍的动态以及逼真的音响效果。另外,也有部分厂家的号角扬声器的驱动器部分采用传统的球顶喇叭单元。例如,意大利的Zingali就是一个很好的例子。它认为自己的球顶单元的效率已经很高,不需要再采用压缩驱动器来提高喇叭的效率。另外,Omniray Horn本身的扩散范围大,而且号角的深度较浅,所以声音传播距离没有上述的音箱远,因此它更适用于以近场监听的方式来聆听。中国家庭影院网欢迎您!

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JBL Project Array 1400 BG

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Procella Audio P8

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Klipsch KL-650-THX

  JBL Project Array 1400 BG的号角部分为模组化设计,集成了高音和中音驱动器。其中,高音驱动   器为横向设计,其水平扩散范围为60°(水平)×30°(垂直),而中音驱动器为竖向设计,其垂直扩  散角度相当宽阔;Procella Audio的椭圆号角能达到50°(垂直)×80°;Klipsch KL-650-THX音箱 Tractrix Horn能达到90°(垂直)×60°(水平)的扩散范围,而且这些驱动器均采用压缩驱动器,因 此声音的能量强劲,动态惊人。

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  Zingali的Omniray Horn(全方位号角)声称具备140°(垂直)×360°(水平)的超广阔扩  散范围,理论上能覆盖所有的聆听位置,让每个听众都获得最好的效果。

2.矩阵式/线性阵列单元排列技术

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  矩阵/线性阵列单元排列技术也是专业扩声中常用到的技术,也用于家庭影院音箱之中,通常应用于前方声道音箱,而有部分大型的超低音音箱也用到这两种技术。其中,矩阵单元排列的特点是多只喇叭单元以矩阵的方式排列并共同工作,而线性阵列单元排列技术是由一组排列成直线、彼此之间排列紧密的辐射单元所组成,并具有相同的振幅和相位,它们的优势在于能够有效地增大声音的覆盖面和提高输出声压,而且多只相同喇叭单元同时工作,功放的功率就会被喇叭单元所平分,因此提高了音箱的功率承受能力。采用这两种技术的音箱所发出来的声压、动态和能量确是十分惊人,十分符合家庭影院的音频要求。目前,像著名的MK Sound S-150 LCR前方声道音箱就是采用矩阵式双中音三高音单元排列技术。而James Loudspeaker BE 812E、BE808E这两款顶级的嵌入式音箱则采用线性阵列单元排列技术。

  不过,不论采用的是矩阵还是线阵,由于要涉及到多只相同的单元同时工作的关系,它对放大器的输出功率要求也相对较高,往往需要搭配较大功率的功放才能得到好的效果。此外,它对单元的一致性要求相当高,只要单元之间出现偏差就会导致声像定位模糊,影响声音表现。

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MK Sound S-150 LCR主音箱的单元以矩阵形式排列,可扩大水平方向的声音覆盖面

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James Loudspeaker BE812E

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Traid Platinum LCR
James Loudspeaker BE812E和Traid Platinum LCR音箱的单元都以线阵方式进行排列,可扩大垂   直方向的声音覆盖面
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4.偶极式音箱(双向发声技术)
  偶极式音箱是THX公司所推荐使用的一种环绕音箱,它与双极式音箱一样均是双向发声的,其不同点在于偶极音箱的前向和后向喇叭反相馈以信号,因此其声辐射图形呈倒8字形往前后墙进行辐射,然后通过前后墙反射声来制造环绕声效果。所以偶极环绕音箱在摆放的时候都必须将音箱的零区面向观众。偶极式音箱之所以被THX公司推荐用作环绕声音箱,是因为THX认为使用偶极音箱所营造的环绕声效果比常规的直接辐射型音箱要好,特别是环绕声场的宽阔感和空间感方面尤为出色,不会让观众注意到音箱的位置。所以基本上具备THX认证的环绕音箱都采用这种音箱,如Atlantics Technology IWTS-30 SR、8200e SR、Crystal Acoustics THX-D-BGL、Klipsch KS-525-THX、KS-7800-THX等等。

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  虽然偶极环绕音箱营造出来的环绕声效果很好,但有部分厂商却认为双向发声的音箱在声像移动感方面还不够平滑,为此对偶极环绕音箱作出改良,取消了“零区”,并在原本的“零区”位置装上喇叭单元,从而设计出三向发声的偶极环绕音箱(Tripole Loudspeaker)。这种音箱实际上是直接辐射音箱和偶极环绕音箱的结合体,将两者的优点集于一身。三向环绕音箱有着比偶极环绕音箱更大的声音覆盖面,而且细节表现也多,声像移动感更加平滑连贯。所以往往只有部分顶级环绕音箱才用到这种技术,例如MK Sound SS150、SS250P(已停产)以及JBL Systhensis S4AI等顶级环绕音箱都是三向环绕声音箱。

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偶极环绕音箱的声音辐射图形

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Atlantics Technology IWTS-30 SR嵌入式环绕音箱

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Atlantics Technology 8200e SR环绕音箱

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Klipsch KS-7800-THX嵌入式环绕音箱
Atlantics Technology IWTS-30 SR、8200e SR、Klipsch KS-7800-THX均为偶极式环绕音箱

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MK Sound SS-150 THX三向环绕音箱

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MK Sound SS-250顶级三向环绕音箱(已停产)

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JBL Synthesis S4AI顶级三向环绕音箱
MK Sound SS-150 THX、SS-250和JBL Synthesis S4AI均为三向环绕音箱,它们具备三向发声的能力,具有更广的声音覆盖面和更出色的声音细节
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6.推挽式低音技术/无源辐射器技术

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  推挽式低音技术和无源辐射器技术是超低音音箱中常用的技术。由于家庭影院要求超低音音箱在不失真的情况下最大能输出115dB的声压值,要比主声道音箱和环绕音箱的最大输出声压高出10dB!这样才能制造出地动山摇的效果。但对于普通的家庭环境,由于空间有限,总不能在家里放上好几只大型的超低音音箱。所以,家用型的超低音音箱必须能在较小的体积下发出足够能量的低频。

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  推挽式低音技术就是为求达到这个目的而开发出来的技术,它是由MK Sound公司在1989年所开发出来的独家技术。采用这种技术的超低音音箱必须采用2只低音单元且为密闭式设计,两只低音单元一正一反的对着外面。工作时,两只单元以相反的行径进行工作。当单元往内动作时, 另一个单元正面也同时往内动作, 此时藉由箱体内聚集的强大压力马上将两超低音单元迅速地归位并立即针对下一个讯号来动作。而这两个单元的相位刚好是一正一反, 换言之它们虽然是两颗单元但是却是同时达到一个单元的运动路径。这种设计的好处是可以消除只采用一个单元时, 震盆摆动移位所造成的非线性失真, 因为震盆来回震动不会固定在一条相同的路径上,这就会引发解析力不够以及动态不足的现象。推挽式低音技术能让超低音音箱在极低的低频下潜度时具备惊人的低失真度和强大的能量,并以爆炸性的单元运动来达到绝佳的速度。

  另外,无源辐射器技术也能有效地增强低频的能量,同样被广泛地应用在超低音音箱之中。采用这种技术的低音音箱通常都包含一只主动低音单元和一只被动低音单元。其中,被动低音单元没有任何的音圈和驱动磁铁,只有一个振膜,其工作是在主动低音单元的振动下带动箱体内空气而进行,从而能在一个较小的箱体内获得更多的低频能量,也可以让低频潜得更深。例如Velodyne Micro Vee、Definitive Technology SuperCube I/II/III/Reference四款超低音音箱、James Loudspeaker EMB系列超低音音箱正是采用无源辐射器技术的超低音音箱。

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MK Sound MX-350 THX是采用推挽低音技术的超低音音箱。从图中可以看到,两只低音单元分别安装在前面板和底部,单元以反相位的方式工作

  Velodyne Micro Vee和Definitive Technology SuperCube系列均为采用无源辐射器的超低音音 箱,采用一只主动低音单元带动两只无源辐射器。其中,主动低音单元安装在前面板上,而两只无源辐射 器则安装在左右两侧,因此能够让小小的箱体发出强大的低频能量

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  James Loudspeaker的EMB系列超低音音箱其实也是应用无源辐射器的超低音音箱,不过在设 计上有些不同。其主动低音单元安装在箱体内部,两者的辐射方向一致,两只单元是以同相位的方式工作, 同样可以增强低频能量。
 


 

 

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