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向音柱扬声器DIY友们介绍一种成熟的新型音柱制做方法。这种CBT弧面音柱控制了地面及天花板反射对声场的扰动，在较大的区域里保持了声场均匀及频响平直。DIY友只需照抄弧面音柱的尺寸及简单的电阻衰减电路，就能分享到这种恒定声束宽度音柱带来的好声音。

CBT音柱概述

传统音柱是一种应用广泛扬声器系统，它可改进常规扬声器系统的性能，可使周围环境中的声场分布更均匀、频响受垂直位置的影响较小，可获得较好的音质。

受相控阵雷达广泛而成功应用的启发，声学从业者开发出了“恒定声束宽度换能器（CBT）”即“Constant Beamwidth Transducer”的简称。源于美国海军在1970年代的水下声纳研发项目，实现了不受频率和距离影响的均匀声场。唐.基尔（Don Keele）等人在2000—2010年期间在AES发表一系列论文把CBT技术用到了专业扬声器及家用扬声器系统里。而高端家用扬声器系统-CBT36（36°弧面CBT音柱）就是这些开发成果之皎皎者[1][2]。

下面是一组铅垂面中 3M X 4M 区域内声场强度的仿真分布图。从中可以看出不同频率驱动下四类音箱（点声源距地面1M、两路两分频系统、直线型音柱地面置放、CBT36°弧形音柱高度1.5M地面置放）的声场分布情况。图中以色彩的明亮代表声场强、深暗代表声场弱。

图1．各类音箱声场分布情况的对比

图1－1．点声源距地面1M

图1－2．两路两分频系统

图1－3．直线型音柱-1.5M高-地面置放

图1－4．36°圆弧CBT弧形音柱-1.5M高-地面置放（CBT36）

由图中可十分清楚看到，在不同频率下，只有CBT音柱的声场分布几乎是垂直均匀的，发射出的声波被限制于同样的张开角之内。这样的声场分布情况带来了以下三个特点：

1、非常均匀一致的频响，在观测点由上至下、由左至右、由近及远都能测得均匀频响。

2、消除了有害的地板反射并大大减轻了天花板反射的干扰。

3、消除了近场的声压剧烈变化，在较大的区域内有着均一的声压。

这些特点显示，CBT技术大大减轻了环境状况对音箱系统的影响，使音箱与环境“友好相处”。将为全面提升音质带来巨大的空间。

CBT技术的关键是实现众多声源统一地逐一精确控制，包括声音信号的强度控制和相位控制。下面图2. 解说了CBT音柱与常规音柱结构上的区别。

图2．CBT音柱与常规音柱结构

由图2．中可见：

*左侧为常规音柱，驱动单元或并连或串连在音柱前平面上一字排开，每个单元以同样的信号驱动。

*中间的是“直线CBT音柱”，驱动单元也在音柱前平面上一字排开，但每个单元的驱动信号有不同的延时和衰减，延时器产生“相位调控”，衰减器则实现了“信号强度加权”功能，这样就实现了声束的方向及宽度控制。

*右边是弧面CBT音柱，驱动单元安装在圆弧形的前平面上。上、下侧单元退后安装增加了声波传送的距离，使驱动信号有了不同的延时，越靠边延时越长（相移越大）。而单元的驱动信号还需加衰减器实现的不同衰减值来做信号强度加权。

所以弧面CBT音柱无需再为相位控制而操心，利用圆弧面形成的天然相位（延时）状态，只要对每个单元的驱动信号进行适当衰减实现信号强度加权分配。

此外，弧面CBT音柱可以利用地面反射效应使其尺寸倍增，同时消除地面反射带来的声场扰动。

悬空型CBT音柱，中心位置单元的驱动信号最强，靠外边单元的驱动信号就要逐步加以衰减。而立地型CBT音柱，靠底部位置的单元的驱动信号最强，靠近顶部位置单元的驱动信号最弱，居间位置单元的驱动信号就要适中地衰减。

图3．悬空型及立地型弧面CBT音柱

由图3．中可以看出：

A）标注了信号强度加权衰减值的悬空弧面CBT音柱。

B）地面放置标注信号强度加权衰减值的弧面CBT音柱。

C）利用地面反射倍增尺寸的地面放置弧面CBT音柱。

归纳以上所述弧面CBT音柱的技术特点是：1）用弯曲弧面实现声波的渐变延时；2）用衰减器实现信号强度加权；3）地面放置可把地面反射化害为利。

实现恒定声束宽度的信号强度加权方法

把驱动单元装到弧状弯曲面板上以后，已实现了一定的相位调控，CBT音柱只需调整每个单元的驱动信号（或称信号强度加权）。就能使声场分布与信号频率无关。

唐.基尔在弧状弯曲面板的相位调控状态下，计算出了实现恒定声束宽度的信号强度加权规律。图4 就是36°圆弧（72°圆弧的半幅）恒定声束宽CBT音柱的信号强度加权曲线的理论值。图中所示的红色曲线代表了信号强度加权的理论数值。曲线起自音柱底部的0DB衰减（左），缓慢降至音柱顶部的-13.5DB衰减（右）。图的下方横座标轴示出了18个单元的顺序位置。

只要不同位置的每个单元都按照红线标出的纵座标数值来衰减，就是张角为36°的弧面CBT音柱最好的信号加权方案了。但这样一来每个单元都需配置独立衰减器，成本偏高了。幸好，实践证实：将众单元分为数组，每组采用统一的衰减值，就可以接近理论数值信号加权的效果。

图4 信号加权方法 CBT36理论值

每只CBT36 音柱使用了18个单元，每个单元占用2°的弧面。图5表达的是台阶式CBT36音柱信号加权方案。图中，用兰色折线近似替代红色曲线，就是一种CBT36的实用简化方案，它可以满意的实现恒定声束宽度的目标。

图5．台阶式CBT36音柱信号加权方案

把18个单元分为5组，通过各组单元与电阻间的电路串串并并连接，就可实现图中兰色折线所需的信号强度加权。它几乎是一种最简单而精确的18单元CBT36 音柱信号加权电路。图6画的是全频单元CBT36接线图。单元的标称阻抗都是8Ohm，只需加4个功率25W的电阻（图6中是由两只12W电阻并联组成）：0.75Ohm、1.0Ohm、1.5Ohm、2.5Ohm，就能实现5组不同的衰减量。

图6．全频单元CBT36接线图

分组情况也可由表一来表达。

表一、弧面CBT36音柱信号强度加权分组表

组别        单元数量（序号）        衰减量       单元信号测定（输入3V信号时测量值）

第1组（底部）  6只（No．1-6）         0 DB          1.00 V

第2组        4只（No．7-10）        -2.5 DB        0.75 V

第3组        4只（No．11-14）       -4.5 DB        0.60 V

第4组        2只（No．15-16）       -8.0 DB        0.40 V

第5组（顶部）  2只（No．17-18）      -11.0 DB        0.28 V

利用以上成果，做出了张角为36°的弧面CBT音柱，简称“CBT36”。

弧面CBT36音柱的箱体

图7是采用全频单元的单声道弧面CBT音柱的箱体结构图。

图7．全频单声道弧面CBT音柱的箱体结构图

前面板、后板用5mm—8mm厚的高密度纤维板制成，为了实现弯曲成弧形，密度板不能太厚。侧板及加强筋则用16mm—20mm厚的密度纤维板制成。为实现地面稳固放置，箱体需（用L形金属件）固定于足够大的底座上。这类音柱通常选用密闭式箱体内加吸音棉，从而对驱动单元的声学参数的要求相对宽松，当今市场上许多3－4英寸的单元都可采用。

其实箱体后部也不一定要做成弧形。图8．就是其它形状箱体的的例子。

图8．其它CBT36箱体形状

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