Part 1 : Designing a Passive Two Way Open Baffle Speaker System
By Martin J. King, 09/15/07 (revised 10/05/22)
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简介：
在互联网上搜索会发现，在音频市场上有许多商用的开放式障板音箱，缩写为OB，偶极扬声器系统。Seigfried Linkwitz的Orion、John Kreskovsky的NAO和Paul Hilgeman的Ronin等产品都可以被描述为落地式窄障板偶极扬声器系统。每个都具有有源分频和EQ滤波器，至少需要两个放大器。这些都是非常复杂的精心设计，允许使用窄障板，同时仍能产生令人满意的低音输出。这些设计的关键是使用有源分频和均衡滤波器来产生足够的低频输出。
使用无源分频的OB扬声器系统的一些例子是Danny Richie的OB-5和OB-7、Jamo R 909和Hawthorne Audio的Solo。这些障板也很窄，至少当考虑到一些低音扬声器直径时，OB扬声器系统声称低音性能低至25-30 Hz。作为无源分频设计，这些扬声器不需要复杂的电子滤波器和多个放大器。相反，它们依靠障板的声学和无源分频来产生平衡的SPL频率响应。虽然多个放大器的成本不再是这些设计中的一个限制因素，但在提到的所有OB扬声器中，最昂贵的是Jamo R 909扬声器系统，该扬声器系统的售价仍为7500美元（标价约为13000美元）注：2006年时，国内市场价为168888元。
尽管我没有听说过这些OB扬声器系统，但我相信每种系统的性能都很出色，很容易证明成本是合理的。但是，Jamo R 909中使用的障板声学设计和被动分频的组合来调节低频响应，对我来说太有趣了，我无法不去尝试和理解其中的权衡。阅读Jamo R 909白皮书的在线副本，我开始思考如何实现这种简单而优雅的设计理念。作为第一步，我使用从研究Jamo白皮书和用户手册中学到的一些概念，对价格非常适中的无源两分频OB系统进行了设计研究。本设计研究将在以下几页进行讨论。下一个合乎逻辑的步骤是设计一个更大的无源三分频OB扬声器系统。这可能是未来的研究、项目和文档的主题。
网络上DIY者的设计：
在互联网上查找OB扬声器的DIYer设计，会产生各种不同的障板尺寸、障板形状、扬声器数量、驱动器类型以及所使用的无源或有源分频。设计过程的复杂程度从基于经验/实验的试错设计一直到完全基于SPL响应曲线的计算机模拟仿真的设计。这两种方法都有效，可以生成具有卓越性能的成品OB扬声器设计。OB扬声器系统的设计可以像用纸板搭建一个临时障板、试听响应并立即进行调整以解决设计者/制作者听到的缺陷一样快速而简单。对于许多DIY扬声器制造商来说，快速、易于制作和低价都是OB系统的吸引力所在。
OB扬声器系统是一种容错率相当高的设计，最糟糕的结果可能是令人失望的低频性能。但可以使用专用低音炮喇叭增加额外的低频响应，因此改善相当容易。扬声器产生符合制造商规格表的SPL频率响应，而无需与调谐箱体进行任何交互。障板的截止频率从由障板的物理尺寸和形状影响，使其在这个确定的频率值开始滚降至扬声器的最低频率。这样就不存在对箱体进行调偏的情况，避免了带箱体扬声器由此产生的隆隆声或低音不足的问题。
完全实验性的设计方法和完全基于计算机模拟仿真的设计方法之间的折衷是使用EDGE计算机程序等工具。EDGE程序有助于定义障板的大小和形状对系统低频响应的影响。使用障板响应计算器，如EDGE，不会考虑扬声器响应的影响，因此这只是难题的一部分。有时，当DIY设计师只关注计算出的障板响应时，其他问题会被忽略。使用EDGE这样的程序需要设计者以某种方式将障板的响应与扬声器的响应相加，以生成系统的响应。在我看来，有时过于强调计算的障板响应曲线，而没有考虑产生完整系统响应所需的复杂总和。
我真的很喜欢全频扬声器，其中频没有分频，所以我更倾向于使用全频扬声器作为重放宽带的装置，再通过额外的扬声器来增强低音。在我看来，没有一个价格合理的全频扬声器可以安装在尺寸合理的OB扬声器系统中，并且仍然可以再现平衡的低频、中频和高频响应。虽然OB系统中的单个全频扬声器可以很好地处理中频，但音频频谱的一端或两端都会受到影响。因此，在本研究中，低频性能将通过使用分频在100-200 Hz之间的低音扬声器来满足要求。
选择扬声器单元：
在使用无源分频的多路OB扬声器系统的设计中，我还没有看到一种选择低音组合全频扬声器的方法，该方法将确保平坦的SPL响应。因此，我将提出一种针对特定障板尺寸和形状，选择合适的低音扬声器的方法，以使组合后效率与全频扬声器的中频效率匹配。设计的起点是选择合适的全频扬声器，因为中频的效率决定了对整个系统SPL响应的要求。
要开始设计过程，我们需要首先定义所需的最终结果。对于OB扬声器系统，低音将以18dB/倍频程的速率衰减，这是扬声器的12dB/倍频程衰减和开放式障板的6dB/倍频程衰减的总和。如果我们假设一个效率目标，就可以构建一个目标函数。图1描述了一个90 dB/W/m的目标函数，调谐到45 Hz，这将被假设用于该示例OB设计。该90dB的响应将在沿着全频扬声器的轴向的一米距离处实现。全频扬声器将位于地板上方813mm处，坐着时障板大致与耳朵齐平。除了效率与全频扬声器的选择一致之外，这个目标函数没有什么神奇之处。可以同样容易地选择不同的效率、调谐频率或监听高度位置。挑战在于设计一种与低音扬声器耦合的障板，该障板将产生定义的90dB效率和所需的低频滚降。
图1：OB扬声器系统SPL目标函数
通过将目标函数的效率设置在88到92 dB之间，许多较小的3”、4”和5”全频扬声器都是OB设计的优秀候选者。表1列出了Fostex全频系列扬声器的一些选择。
表1：Fostex扬声器的制造商规格
观察表1中列出的扬声器，并认识到低音扬声器将用于补偿低音频率的需要，针对制造商提供的全频扬声器的Thiele/Small参数在设计过程中不再那么重要。表1中所示的三个扬声器具有90dB/W/m的效率。由于低成本也是设计的目标，我选择了FE103E进行这项研究。