Part 2 : Designing a Passive Two Way Open Baffle Speaker System
By Martin J. King, 01/05/16 (Revised 06/28/16)
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引言：
撰写本文第一部分时，互联网上可供参考的DIY开放式障板（OB）设计方案极为有限。初衷仅是探讨两路被动分频OB扬声器系统设计中的权衡取舍机制。在最初方案仿真阶段，我对Fostex FE-103E全频单元采用厂商标称参数，对Eminence Alpha 15A低音单元则采用实测参数（当时未对FE-103E进行实测）。虽然提及了其他Fostex全频单元作为潜在选择，但未将其纳入仿真分析。
出乎意料的是，众多爱好者尝试复现了原始设计方案，部分成品可见于本人网站的展示图库。绝大多数反馈积极肯定，尽管存在少量针对设计细节的质疑，但多数制作者表示满意并提供了建设性改进建议。我本人于数年前构建了改进版本，采用dbx品牌主动分频器（保留原分频逻辑），相继测试了Fostex小型全频单元以及Jordan、Mark Audio、Fountek等品牌产品。
近两年间，FE-103E型号已停产并由FE-103En替代。如前述，我扩充了Fostex扬声器实测数据库，目前已掌握适用于该被动分频OB系统的多数小型Fostex全频单元Thiele/Small（T/S）参数。鉴于此，特撰写本文作为原"第一部分"的更新延续，形成完整的双章节技术文献体系。
设计探讨：
自2007年撰写初版文章以来，我实验了多款采用不同低音单元与全频单元组合的偶极扬声器。每个扬声器系统均基于我开发的MathCad计算工作表及单元实测T/S参数进行设计。完成实物制作后，通过测量SPL频响曲线并与MathCad模型仿真值对比，发现随着工作表的迭代升级，实测与仿真数据相关性持续提升。
关于这种采用被动分频器的OB设计模式，总结出以下关键经验：
- 扬声器单元选型时，2.828V输入电压下的声压级(dB)输出至关重要，但厂商常不提供此数据。获取所有单元的该参数可使设计与选型流程显著简化；
- 实测Eminence Alpha 15A低音单元灵敏度为92.5 dB/W/m，经阻抗换算等效于94.0 dB/2.828V/m
- 在此尺寸障板下，全频单元目标灵敏度应设定为约87.5 dB/2.828V/m（较低音单元低6.5dB）。通过在分频器中加入L-Pad衰减电路，可适配更高灵敏度全频单元；
- 多数电子管功放难以适配此类分频设计，与晶体管功放相比会出现明显低频衰减。建议先试用电子管系统，但需准备随时切换至晶体管功放。
如第一部分图2所示，Fostex全频单元与Eminence Alpha 15A低音单元的障板布局为：障板宽度20英寸（50.8cm）、高度38英寸（96.5cm）。低音单元中心点距底边10英寸（25.4cm），全频单元距底边32英寸（81.3cm）且向中心线偏移2英寸（5.1cm），该布局需采用镜像对称结构。
通过收集多品牌全频单元并实测每对单元的T/S参数，发现直径5英寸以下的Fostex单元中有八款适用于本被动分频OB系统。表4列出了本研究所用驱动单元的实测T/S参数。
表4：Eminence与Fostex扬声器单元实测T/S参数
图14展示了二阶两分频器的电路图与元件参数。Eminence Alpha 15A低音单元分频电路保持恒定，而各Fostex全频单元的分频滤波器存在差异。除FF85WK型号外，所有Fostex单元均通过串联与并联电阻构成L-Pad网络，将其SPL输出衰减至目标值87.5 dB/2.828V/m。
图14：被动分频器原理图及参数值
电感：ERSE Super Q 16 AWG；电容：Solen；电阻：Mills
计算结果：
基于实测T/S参数与图14分频器配置，对OB扬声器进行建模仿真，分别绘制1m标准测量距离与3m实际听音距离的SPL响应曲线。所有Fostex单元在经L-Pad电平校准后均呈现近似相同的理论响应曲线。
图15显示了在全频单元轴线上1m与3m距离的低音单元消声室SPL响应。图中虚线分别表示无限障板响应、分频器响应及实际障板响应，三者叠加形成红色实线所示的最终低频响应。1m与3m曲线的差异源于低音单元指向性特性——约100Hz开始显现的指向性效应导致1m曲线出现滚降，而3m曲线更贴近实际听感（此现象在第1章中未予考虑）。
图15：在全频单元轴线上1米与3米低音单元消声室SPL响应
图16展示了在全频单元轴线上系统整体消声室SPL响应。红色虚线为低音单元响应，蓝色虚线为全频单元响应，红色实线为系统合成响应。在3m距离下，低音单元指向性与障板边缘声源效应均有所减弱。图13下部曲线（3m距离）体现了我的设计目标：SPL响应随频率升高呈轻微递减趋势，而非完全平直曲线。此前的OB设计经验表明，这种微降曲线在我的听音室中能获得最佳听感。通过调整L-Pad阻值可灵活调节SPL曲线的下降斜率。
图16：在全频单元轴线上1m与3m系统消声室SPL响应
图17呈现了图16所示分频频率点的消声室水平与垂直极性响应（在3m距离以1°步进测量）。下面的曲线显示分频产生的旁瓣指向地板方向，而在0°以上的听音区域内SPL响应保持良好一致性。
图17：在全频单元轴线上3m系统SPL极性响应
表4所列Fostex单元配合图14分频器均能产生相似SPL响应。需注意：模型结果未包含振膜分割振动引起的峰谷畸变，实际选型时应结合听音室特性与设备匹配进行考量。本OB设计的音质差异主要源于全频单元选型——追求高解析力可选Fostex FE系列，倾向柔和听感则建议FF系列。尽管所有Fostex单元的基础音色趋同，但通过型号选择仍可实现一定程度的"声学调谐"。
结论：
通过精心选配低音与全频单元，可实现性能优异的被动两分频OB扬声器系统。Eminence Alpha 15A作为高性价比入门级OB低音单元，支持单只或多只并联使用，其低频延伸可达40Hz（具体取决于障板尺寸）。
众多小型Fostex全频单元均可与Eminence Alpha 15A配合被动分频器构建声学特性近似的OB系统。在保持基础性能一致的前提下，通过选择不同Fostex全频单元可实现个性化的音色调校。
本文第二部分提供了更精密的分频器设计与仿真结果，而计划中的第三部分将涉及实物制作、单元与系统阻抗/SPL实测验证等内容。