一款實用的杜比全景聲音箱的制作

一款實用的杜比全景聲音箱的制作

60 多年過去了，盡管輝光管已經停產，有很多工程師仍然對它情有獨鐘。我用 8 塊液晶顯示屏制作了一個擬輝光管時鐘，感受復古元素的美感，表達對過去經典的敬意。

杜比全景聲已成為組建家庭影院必不可少的配置，其最大的特點就是引入了天空聲道，結合傳統的5.1或7.1平面聲道，構建出一幅三維立體聲場（見圖1），使得觀眾能夠清晰地感受到來自上方的聲音，從而帶來更加震撼逼真的全方位環繞效果體驗。

圖 1 三維立體聲場示意

這種用來重放天空聲道的音箱在國內一般稱作全景聲音箱。因其在杜比公司的全景聲標準配置中是安置在天花板上的，也有人形象地稱其為天空音箱，或頂置音箱。雖然天空音箱能夠帶來完美逼真的上方音效，但其安裝卻成為大多數家庭影院愛好者的攔路虎。國內大多數愛好者都是利用客廳部署家庭影院，若沒有提前預埋相關線纜和吊頂，架設天空音箱不可避免地存在走明線和安裝吊架的問題，加上國內房間天花板的高度一般只有2.6~2.8m，安裝吊架也造成了天空音箱高度過低，不僅影響室內裝修風格，也很難有好的效果。

杜比公司利用心理聲學和物理聲學的原理，專門設計出一種叫作 Atmos Enabled Speaker 的方案，針對沒有天空音箱安裝條件的用戶，通過一對設置在前置主音箱上方的特制音箱，向斜上方發出聲音，并經天花板反射到聽音位置，讓人感覺聲音是從上方發出的。這種音箱有兩種類型，一種集成在前置主音箱上端，稱為集成式全景聲音箱（見圖 2 左）；另一種是獨立的附加式全景聲音箱（見圖 2 右）。據杜比公司稱，在一些場景下，這種反射式全景聲音箱系統（見圖 3）相比天空音箱能夠帶來更加真實的天空音效。

圖 2 全景聲音箱

圖 3 反射式全景聲音箱系統

目前，市面上已能夠買到不同品牌的反射式全景聲音箱成品，其中集音箱上端，稱為集成式全景聲音箱（見圖 2 左）；另一種是獨立的附加式全景聲音箱（見圖 2 右）。據杜比公司稱，在一些場景下，這種反射式全景聲音箱系統（見圖 3）相比天空音箱能夠帶來更加真實的天空音效。

目前，市面上已能夠買到不同品牌的反射式全景聲音箱成品，其中集成式全景聲音箱價格普遍較高，很多愛好者更加傾向于使用附加式全景聲音箱，還可充分利用已有的 5.1 或7.1 聲道音箱，以較小的支出實現音

箱系統升級。這些市售全景聲音箱成品（見圖 4）出于成本和美觀的考慮，其外形一般呈前低后高的梯形，使用單只小口徑揚聲器，一些配置較高的還使用了雙紙盆全頻單元，甚至二分頻單元。

圖 4 全景聲音箱成品

不過，這類音箱在使用中存在一些問題，一方面，不但有向上至天花板并反射下來的聲音，也會有直達聽音位的聲音。另一方面，其揚聲器軸線的仰角普遍偏高，反射聲很容易落在聽音位前方 1~2m 處，會削弱天空聲道帶來的特殊音效，使得上方聲音的定位效果大打折扣（見圖 5），這也是有些影音愛好者覺得這類音箱效果不好的主要原因之一。

圖 5 市售全景聲音箱的局限性

制作過程

為解決這個問題，我參照杜比公司官方的全景聲技術說明書，制作出一款附加式全景聲音箱（見圖 6），可方便地疊放在前置主音箱上，將已有的 5.1 或 7.1 聲道音箱系統升級成5.1.2 或 7.1.2 聲道，非常適合廣大愛好者 DIY。為加強音箱的指向性，我采用 4 個 2.5 英寸全頻揚聲器對稱排列，并利用音箱斜板構成的冗余空間作低頻加強，進一步改善音箱的低頻響應。音箱的四周擋板完全阻擋了直達聲，使得聲音只能向斜上方發出，再反射到聽音位，確保了天空聲道的定位準確無誤。只要認真設計和制作，一定能獲得令人滿意的效果。

圖 6 附加式全景聲音箱

下面分享該音箱的制作過程供愛好者參考。

首先根據音箱與天花板的距離和聽音位設計揚聲器軸線仰角，一般來說，全景聲音箱的高度大致與聽音者耳朵高度齊平，如圖 7 所示，L 為音箱距聽音者的距離，H 為音箱距天花板的距離。∠a 為音箱揚聲器軸線的仰角。于是，∠a 的大小為 atan(2H/T)。

圖 7 音箱仰角計算

根 據 我 的 場 景，L 為 3.2m、H為 1.6m，計算得出∠ a 為 45°，這個角度明顯比市面上絕大多數的反射式全景聲音箱揚聲器仰角低很多，因此，要得到好的反射效果，一定要選擇適合自己聽音環境的設計。

揚聲器仰角確定后，本音箱的基本形狀也就確定了。音箱采用 4 個 2.5英 寸 8Ω/15W 全 頻 揚 聲 器， 如 圖 8所示，兩兩串聯再并聯，總阻抗仍為8Ω，對稱排列構成高指向性音箱。

圖 8 揚聲器接線和布局

音箱的大小要求并不嚴格，能實現所需仰角并容納下 4 個揚聲器即可。需要注意的是，兩塊斜板的夾角最好在 95°~100°，過小會遮擋發聲，過大會增大音箱體積。我設計的音箱縱剖面示意如圖 9 所示，中間有兩塊斜板，其中一塊安裝 4 個揚聲器，另一塊用于支撐安裝揚聲器的斜板，并通過開孔將兩塊斜板與音箱外圍板構成的兩個腔體連通，可起到加強低音的效果。整個箱體寬 21cm、高 17cm、深 25cm。箱體可使用 9~12mm 厚的中纖板制作，可提供設計好的參數給廠商加工。需要注意的是，在設計板材大小時，需要考慮中纖板本身的厚度，以及拼接方向。兩塊斜板兩端的斜面可使用木銼修出，箱體采用拼板形式用白乳膠粘接，轉角處可用木條粘接加強。

圖 9 音箱縱剖面示意

圖 10 所示為剛粘接好的半成品音箱，為了美觀，音箱表面可貼上PVC 自粘木紋紙。面網為頂置式，非必要件，愛好者可根據各自喜好來決定做不做。由于音箱的邊框不便安裝普通的面網卡扣，可使用直徑5~8mm 的圓形釹磁片，分別嵌入音箱和面網的四角（見圖 11），做成隱形磁吸式面網，利用強磁鐵使面網吸附在箱體上。

圖 10 半成品音箱

圖 11 圓形釹磁片位置

接下來，將揚聲器按圖 8 所示接線方式連接好，安裝到音箱上，即完成了音箱的制作。為進一步優化反射效果，還可在揚聲器周圍貼上少量吸音海綿以減少雜散音（見圖 12）。

需要說明的是，在充分理解本制作的基本原理之后，愛好者完全可根據自己的偏好，在本文的基礎上進行各種演變，例如使用單個中等口徑的全頻單元，甚至可使用二分頻單元等，只需相應改變一下設計即可。

結語

音箱調試時，最好兩人配合，一人在聽音位，另一人微調音箱角度，找到最佳擺放位。需要注意的是，如果天花板不是平整的，比如有吊燈或者有分層吊頂，會導致反射的聲音受到影響，這時不僅要調整音箱左右擺放角度，還需調整音箱的仰角，例如通過墊高音箱前端或后端，找到最佳擺放位。這一步非常重要，將直接影響到最終的全景聲音效，可反復多次調整。

確定擺位后，可使用 AV 功放的自動校準功能設置好各音箱單元的播放參數。目前具有全景聲解碼功能的AV 功放一般配置了該功能，通過一個話筒對每個音箱采集聲波信號自動完成聲道時延、相位和音量的校準，

非常方便。若沒有自動校準功能，也可人工設置各音箱單元的距離和音量等參數。這里需注意，人工設置音箱的距離參數時，應設為自音箱沿揚聲器軸線到天花板，再到聽音位的兩段距離之和。

最后，泡上一壺茶，安坐最佳聽音位，播放一部最新的影片，感受全方位的杜比全景聲環繞音效吧。我使用這對全景聲音箱，播放杜比全景聲演示片時，能清晰地分辨出隆隆的雷聲自天空上方滾滾而來，又逐漸遠去；嘩啦啦的雨聲自上而下充滿整個房間，讓人仿佛身臨其境，正沐浴在雨中……