一款实用的杜比全景声音箱的制作

一款实用的杜比全景声音箱的制作

60 多年过去了，尽管辉光管已经停产，有很多工程师仍然对它情有独钟。我用 8 块液晶显示屏制作了一个拟辉光管时钟，感受复古元素的美感，表达对过去经典的敬意。

杜比全景声已成为组建家庭影院必不可少的配置，其最大的特点就是引入了天空声道，结合传统的5.1或7.1平面声道，构建出一幅三维立体声场（见图1），使得观众能够清晰地感受到来自上方的声音，从而带来更加震撼逼真的全方位环绕效果体验。

图 1 三维立体声场示意

这种用来重放天空声道的音箱在国内一般称作全景声音箱。因其在杜比公司的全景声标准配置中是安置在天花板上的，也有人形象地称其为天空音箱，或顶置音箱。虽然天空音箱能够带来完美逼真的上方音效，但其安装却成为大多数家庭影院爱好者的拦路虎。国内大多数爱好者都是利用客厅部署家庭影院，若没有提前预埋相关线缆和吊顶，架设天空音箱不可避免地存在走明线和安装吊架的问题，加上国内房间天花板的高度一般只有2.6~2.8m，安装吊架也造成了天空音箱高度过低，不仅影响室内装修风格，也很难有好的效果。

杜比公司利用心理声学和物理声学的原理，专门设计出一种叫作 Atmos Enabled Speaker 的方案，针对没有天空音箱安装条件的用户，通过一对设置在前置主音箱上方的特制音箱，向斜上方发出声音，并经天花板反射到听音位置，让人感觉声音是从上方发出的。这种音箱有两种类型，一种集成在前置主音箱上端，称为集成式全景声音箱（见图 2 左）；另一种是独立的附加式全景声音箱（见图 2 右）。据杜比公司称，在一些场景下，这种反射式全景声音箱系统（见图 3）相比天空音箱能够带来更加真实的天空音效。

图 2 全景声音箱

图 3 反射式全景声音箱系统

目前，市面上已能够买到不同品牌的反射式全景声音箱成品，其中集音箱上端，称为集成式全景声音箱（见图 2 左）；另一种是独立的附加式全景声音箱（见图 2 右）。据杜比公司称，在一些场景下，这种反射式全景声音箱系统（见图 3）相比天空音箱能够带来更加真实的天空音效。

目前，市面上已能够买到不同品牌的反射式全景声音箱成品，其中集成式全景声音箱价格普遍较高，很多爱好者更加倾向于使用附加式全景声音箱，还可充分利用已有的 5.1 或7.1 声道音箱，以较小的支出实现音

箱系统升级。这些市售全景声音箱成品（见图 4）出于成本和美观的考虑，其外形一般呈前低后高的梯形，使用单只小口径扬声器，一些配置较高的还使用了双纸盆全频单元，甚至二分频单元。

图 4 全景声音箱成品

不过，这类音箱在使用中存在一些问题，一方面，不但有向上至天花板并反射下来的声音，也会有直达听音位的声音。另一方面，其扬声器轴线的仰角普遍偏高，反射声很容易落在听音位前方 1~2m 处，会削弱天空声道带来的特殊音效，使得上方声音的定位效果大打折扣（见图 5），这也是有些影音爱好者觉得这类音箱效果不好的主要原因之一。

制作过程

为解决这个问题，我参照杜比公司官方的全景声技术说明书，制作出一款附加式全景声音箱（见图 6），可方便地叠放在前置主音箱上，将已有的 5.1 或 7.1 声道音箱系统升级成5.1.2 或 7.1.2 声道，非常适合广大爱好者 DIY。为加强音箱的指向性，我采用 4 个 2.5 英寸全频扬声器对称排列，并利用音箱斜板构成的冗余空间作低频加强，进一步改善音箱的低频响应。音箱的四周挡板完全阻挡了直达声，使得声音只能向斜上方发出，再反射到听音位，确保了天空声道的定位准确无误。只要认真设计和制作，一定能获得令人满意的效果。

图 6 附加式全景声音箱

下面分享该音箱的制作过程供爱好者参考。

首先根据音箱与天花板的距离和听音位设计扬声器轴线仰角，一般来说，全景声音箱的高度大致与听音者耳朵高度齐平，如图 7 所示，L 为音箱距听音者的距离，H 为音箱距天花板的距离。∠a 为音箱扬声器轴线的仰角。于是，∠a 的大小为 atan(2H/T)。

图 7 音箱仰角计算

根 据 我 的 场 景，L 为 3.2m、H为 1.6m，计算得出∠ a 为 45°，这个角度明显比市面上绝大多数的反射式全景声音箱扬声器仰角低很多，因此，要得到好的反射效果，一定要选择适合自己听音环境的设计。

扬声器仰角确定后，本音箱的基本形状也就确定了。音箱采用 4 个 2.5英 寸 8Ω/15W 全 频 扬 声 器， 如 图 8所示，两两串联再并联，总阻抗仍为8Ω，对称排列构成高指向性音箱。

图 8 扬声器接线和布局

音箱的大小要求并不严格，能实现所需仰角并容纳下 4 个扬声器即可。需要注意的是，两块斜板的夹角最好在 95°~100°，过小会遮挡发声，过大会增大音箱体积。我设计的音箱纵剖面示意如图 9 所示，中间有两块斜板，其中一块安装 4 个扬声器，另一块用于支撑安装扬声器的斜板，并通过开孔将两块斜板与音箱外围板构成的两个腔体连通，可起到加强低音的效果。整个箱体宽 21cm、高 17cm、深 25cm。箱体可使用 9~12mm 厚的中纤板制作，可提供设计好的参数给厂商加工。需要注意的是，在设计板材大小时，需要考虑中纤板本身的厚度，以及拼接方向。两块斜板两端的斜面可使用木锉修出，箱体采用拼板形式用白乳胶粘接，转角处可用木条粘接加强。

图 9 音箱纵剖面示意

图 10 所示为刚粘接好的半成品音箱，为了美观，音箱表面可贴上PVC 自粘木纹纸。面网为顶置式，非必要件，爱好者可根据各自喜好来决定做不做。由于音箱的边框不便安装普通的面网卡扣，可使用直径5~8mm 的圆形钕磁片，分别嵌入音箱和面网的四角（见图 11），做成隐形磁吸式面网，利用强磁铁使面网吸附在箱体上。

图 10 半成品音箱

图 11 圆形钕磁片位置

接下来，将扬声器按图 8 所示接线方式连接好，安装到音箱上，即完成了音箱的制作。为进一步优化反射效果，还可在扬声器周围贴上少量吸音海绵以减少杂散音（见图 12）。

需要说明的是，在充分理解本制作的基本原理之后，爱好者完全可根据自己的偏好，在本文的基础上进行各种演变，例如使用单个中等口径的全频单元，甚至可使用二分频单元等，只需相应改变一下设计即可。

结语

音箱调试时，最好两人配合，一人在听音位，另一人微调音箱角度，找到最佳摆放位。需要注意的是，如果天花板不是平整的，比如有吊灯或者有分层吊顶，会导致反射的声音受到影响，这时不仅要调整音箱左右摆放角度，还需调整音箱的仰角，例如通过垫高音箱前端或后端，找到最佳摆放位。这一步非常重要，将直接影响到最终的全景声音效，可反复多次调整。

确定摆位后，可使用 AV 功放的自动校准功能设置好各音箱单元的播放参数。目前具有全景声解码功能的AV 功放一般配置了该功能，通过一个话筒对每个音箱采集声波信号自动完成声道时延、相位和音量的校准，

非常方便。若没有自动校准功能，也可人工设置各音箱单元的距离和音量等参数。这里需注意，人工设置音箱的距离参数时，应设为自音箱沿扬声器轴线到天花板，再到听音位的两段距离之和。

最后，泡上一壶茶，安坐最佳听音位，播放一部最新的影片，感受全方位的杜比全景声环绕音效吧。我使用这对全景声音箱，播放杜比全景声演示片时，能清晰地分辨出隆隆的雷声自天空上方滚滚而来，又逐渐远去；哗啦啦的雨声自上而下充满整个房间，让人仿佛身临其境，正沐浴在雨中……