喇叭箱是音響系統中最有趣,也是引起困擾最多的一個設備。它本身不產生任何動作,但卻會影響到聲音優劣。很多生產喇叭單體的工廠,他們所推出的喇叭系統,其效果有時反而不及利用他們的喇叭另行設計喇叭箱,以其他廠牌而裝配的喇叭。由此可見喇叭箱的重要了。此外,喇叭箱也是音響器材中體積最大的一件設備,因此脫離不開被視為傢俱的一部份,所以在音響特性之外還要兼顧外型的美觀,當然也就更增加了設計的困擾。更何況美術上的黃金比例卻是音響特性上最糟的尺寸,如何調和二者,也就是設計者的一項挑戰,使喇叭箱的設計成為非常有趣的問題。
最近看到一篇介紹一種稱之為氣阻式(Air Friction)的喇叭箱,覺得它的設計非常特殊,而且外型細高,頗為苗條,構造雖然複雜一點,但製作並不困難,甚至可以請木匠切好木板,自己動手組合都可以。我自己目前因為居無定所,短時內無法試製,倒是很希望讀者中有人能率先一試,提供一些心得、經驗。
這具喇叭箱的正確名稱是「對稱式氣阻喇叭箱」(Symmetrical Air Friction Enclosure)英文簡稱為SAFE。利用兩只八吋喇叭以對稱位置裝於箱內,因此它可以配裝中高音喇叭成為一個完整的系統;也可以將兩只八吋喇叭分接左右二聲道做為左右共用的低音喇叭,另外搭配二組衛星式中高音喇叭;或者作為超低音喇叭。可以靈活運用,非常方便。選用八吋喇叭的原因是因為它是一種近似於完美的喇叭,它的紙盆並不太大,可以避免大型喇叭所易產生的紙盆震動「脫節」現象,同時也可以保持相當好的低頻瞬時響應。能和這種特性相近的,只有設計良好而且音圈大的十吋喇叭可以相比。
這種對稱式氣阻喇叭箱,適於配用薄鐵及音圈較大的喇叭,和一般低音反射式喇叭箱的條件近似,以便能獲得較低的Q值,使阻抗及頻率響應都較平坦。氣阻式喇叭箱,實際上是迷宮式喇叭箱的一種改良型態,迷宮式喇叭箱係1930年歐爾尼博士(Dr. Olney)所發明。1965年又經貝里教授(Prof. Bailey)予以改良,採用非直角型構造,並在箱中塞滿長纖維的吸音棉,它稱這種喇叭箱為傳輸線(Transission Line)式喇叭箱。
到目前為止,迷宮式喇叭箱以及各種變型的設計,都要在箱內塞滿吸音棉,目的在增加空氣的阻力,以求減低背波的速度,使聲波的有效通路增長。但是在這種情形下,喇叭的效率及瞬時響應都會有所損失。同時塞滿吸音棉的喇叭箱,Q值也並非最佳。它的唯一長處是很容易使聲波的通路增長,也不難製作,並沒有複雜的結構。
減低喇叭背波速度的方法很多,如：(1)增加喇叭箱內部的面積;(2)增加喇叭背波通路的曲折數目;(3)增加每一個曲折的角度;(4)使背波通路的斷面積不斷的改變。上述的幾種條件,可以利用數個較小的隔室組成一個串列,在四周或中間開孔。這種喇叭箱可以有非常好的特性,缺點是稍微複雜,而且所用材料較多,但相對的使箱體較堅固,失真也可降低。
SAFE喇叭箱的構造
圖一是這種SAFE喇叭箱的外型圖,前後是兩塊整片的木板,兩只八吋喇叭安裝在兩側箱版的下方,面向左右。側板的上方是兩個開孔。由展視圖可以看出,在兩只喇叭之間,是一塊對角安裝的隔板,將喇叭箱的下部分隔成三角型,避免平行面的形成,不會產生駐波。
圖二是SAFE的斷面示意圖。箱的底部是主室,兩只八吋喇叭安裝在主室的兩側,主室的上方是十層隔室,由A及B兩種不同的隔板組成,最上方是對外的開口。圖三說明SAFE的工作原理。箱內的分隔室是由兩種不同形狀的木板所組成,如圖所示。A型隔板較大,中間有一方形開孔,利用四根固定條固定在四片箱板上。它的作用是將喇叭箱的斷面減小。B型隔板較小,較A型每邊小57mm。它用八根支柱固定在A隔板的上方,每一塊B型板上都有一塊補強板,以增加板的硬度,補強板係利用A型版中央方孔所切下的木板,以節省材料。在最底層的B型板下方並且多了一片補強板。
B型板和外箱之間形成一圈空隙,它的斷面積和A型板的中央開孔相同,都是413平方公分,稍大於八吋喇叭的紙盆有效面積(約320平方公分)。
喇叭的背波由A型板的中央孔洞通過,受到B型板的阻擋,向四周散開,如圖中點線所畫的圓圈所示。當聲波受到B板的阻擋,分別向上下左右四個方向前進時,它們的相位也轉變了90°,當他們到達箱邊時將再轉變90°。這種相位的轉變,在圖二的每一個單數隔間中產生,然後在雙數隔間中再產生相反的變化。因此喇叭背波通路的斷面積就不斷的改變。
圖四說明AB隔板的安裝方法：
1.由A2至A5所切下的中央部份不可丟棄,它們可以用作為B2至B5的補強板。
2.A1及A6所切下的中央部份,作為B1上下方的兩塊補強板。因為B1所受的音壓較強,所以需要特別補強。
3.每一塊B板都要和A板對正,組合成五個組合體。A2/B2至A5/B5所用支柱為25mm方,長51mm;A1/B1的支柱為25mm方,長70mm。每一層都用八根支柱固定。
4.A6沒有B隔板部分。
五組A/B組合體及B6,安裝在六組固定條上,固定條的位置如圖五所示。
安裝順序
1.將木板按照尺寸切好、磨光。
2.按照圖五所示,切出喇叭孔。
3.安裝四支喇叭接線柱,並將內部接線裝妥。
4.按照圖五所示,標出各固定木條的正確位置。注意A1~A2間距離大於其他部分。
5.將兩側箱板平放地下,將各35.6公分長的木條按照所標示位置放置在箱板上,用半分小鑽頭在靠近木條末端的地方鑽一小孔,一直鑽穿下面的箱板。標明各木條的位置,已免正式安裝時發生錯亂。
6.以同樣方式將前後箱板與木條鑽妥。前後箱板上的木條較短,因此必須注意要使兩邊所留的空間完全相同,每一邊要留下38mm的距離。
7.將箱板上的螺絲孔稍予鑽大,以便螺絲能埋入其中且便於鎖緊內部的木條。
8.參照圖四,將A1及A6二片隔板上切下的中央部份用強力膠黏貼在B1的上下兩面上,位置要對正。將A2至A5隔板上切下的中央部份黏貼在B2至B5上。
9.參照圖四,用一吋兩分長的木螺絲,將A、B二片木板及各支柱組合成如圖所示形狀,螺絲及各板柱間均應塗佈強力膠。長支柱為固定A1及B1用;短支柱為其他各板用。
10.用一吋半螺絲及強力膠,將四片箱板組合成型。
11.將A1位置上的四根木條用強力膠黏貼在正確位置上並用一吋半螺絲自箱外經預先鑽好之螺絲孔將木條鎖固。
12.將熱熔膠或強力膠塗佈在A1木條上,將A1、B1組合體安放在木條上,用力壓緊,俟膠液凝固。
13.重複11、12,將全部隔板依次裝妥。最後用一吋半螺絲及強力膠將頂板固定。
14.將木箱反轉,參照圖一,將對角隔板兩邊刨成斜角,使能緊密鑲入箱內。塗佈強力膠後推入箱內,使它的底端與箱板平齊。
15.將底板裝妥。
16.由喇叭孔將強力膠塗佈在對角隔板的各接縫處。
17.全部完成後箱外可黏貼塑膠皮或木皮,加工美化。
18.將各接線焊到相對應的喇叭接柱上。用橡皮圈墊在喇叭孔上,將喇叭鎖固,務使四週密合不致漏氣。
材料表
1.)吋厚硬質木板
35.6cm×97.8cm二片(左右箱板)
40.6cm×102.9cm二片(前後箱板)
40.6cm×40.6cm二片(頂底箱板)
2.)3/4吋厚硬質木板
16.5cm×50.2cm一片(對角隔板)
35.6cm×35.6cm二片(A1A6隔板)
29.8cm×29.8cm一片(B1隔板)
3.)1/2吋厚木板
35.6cm×35.6cm四片(A2~A5隔板)
29.8cm×29.8cm四片(B2~B5隔板)
4.)2.5cm×2.5cm方木
7cm長八支(A1B1固定用)
5.1cm長三十二支(A2B2~A5B5固定用)
5.)1.3cm×1.9cm木條
35.6cm長十二支(左右兩側用)
33cm長十二支(前後用)
6.)其他
接線柱 四只
螺絲釘一吋半長 若干
螺絲釘一吋二分長 若干
橡皮墊圈 二只
強力膠 若干
熱熔膠 若干
喇叭線 二公尺 ◎
轉載音樂與音響第128期民國73年2月 伍牧隨筆-氣阻式喇叭箱/伍牧
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