专业音箱和电子分频器的结构及应用.pdf

专业音箱和 口彭妙颜 周锡韬 般家用音睛的爱好者们对扬声器 喇叭 一和分频器都不会陌生 而且往往都具备 檀当深厚的玩机经验和心得 但对于大 功率的专业音箱和电 子分频舔贼难免会 稿蠲有赢生疏 本文将扼要介绍这方面的入 1l知识 供宥需要或有兴 藤的 读者参考 扬声器 S p c a k e r 与箱体 c a b 1 H e t 分频器 c r 0 S s 0 e r n 0 t w o r k J三者台称为扬声器系统 S p e a k e f S Y s t e m 由于扬声器与丹频器大多都装往 音箱里面陂为一 整体 所以通常就用 音箱 1 l o u d S p e a k c r 一 代 表一个鼹简单的扬声器系统 而把其中 的扬声器杯为 单元 c n 1 t 如高音单元 低音单元 等 音箱是整个音响系统的终端一其怍用是把音频电 能转换成栩应的声能 并把它辐射到空间去 是音响 系统极其重要的组成部丹 园为它担负着把电信号转 变成声信号供人的耳朵直接聆听这 生一 个咒醒任务 它要直接与 的听赏打交道 而人的听 觉是十分灵敏 的 并且对复杂声音的音色具有报强的辨别能力 由于 人耳对声音的主观感受正是评价一十音响系统音质好 坏的最重要的标准 因此可以认为 营箱的性能高低对 一 个音响 系统的放音质量是起着关键作用的 另一方面 由于音箱的功能牵涉到把电能转换成 声能这种不同性质能量的变换使 芒叉成 了音响系统 中最薄弱的环节 所谓 薄弱 一是指容易损环 特 别是高频扬声器容易烧毁 二是指它的各项技术指标 如频率响应 失真度等比起放大器等设备要羞很多 扬声器的结构 扬声 器 俗称 喇 叭J 按不 同 换 能 机 理和 结 构 可丹 为电动式 电磁式 压电式 静电式 热离子式和气动 式等 多种娄型 如按其工作频段划分 则分为低频扬声 器 l n o f e r J 中矧扬声器 l S q u a w k e r 和高频扬声器 T w e t e 等 c 下面讲述专业音响普遍采用的电动式和号简式两 种扬声器的结构技工怍咏理 电动式纸盆扬声器 主要由电振动系统 一 纸盆 音 圈和支架 磁路 系统 l 永久磁铁 导磁夹板和圆形芯 柱一以盐盆槊等各种辅助性的零件组成 其结构见图1 所谓 纸盆 并不一定是用纸做的 现代扬声器使用了 许多新型材料 虹 l 聚丙烯 碳纤维 凯夫拉等 只是由 于最初的扬声器确实是用纸盆 所 这个名称被一直 朋 埘 删 q 咖 F 4 沿用下来 根据电工原理当导体内有电流通过时 由 于裁流导体产生的磁场 和永久磁场之间的相互作用 载流导体将作垂直于电流方向的运动 当导体内电流 数值及方向改变时 推动导体运动的力的大小和方向 也随之改变 也就是说 在磁隙的磁通密度和音圈导线 长度不变的情况下 只要改变音圈的输入电流就会改 变音圈和永久磁铁之间的 作用力 因为音圈是和纸盆 粘结在一起的 因而随着音频电流的变化 音圈将带动 纸盐怍相应的振动 高音扬声器有号筒式 球顶式 铝带式等多种 当 前在大功率专业音箱中用得晟多的是号筒式 l B o r n 高 音扬声器 这是取其辐射效率高 达到直射式扬声器的 数十倍 可 以制成恒定指 向性和辐射距离远的优点 电动式号简扬声器叉名号角喇叭 它在工怍原理上与 电动式纸盆扬声器一样 但声音的辐射方式不同 纸盆 扬声器是靠振膜 即纸盐 将声音直接辐射出去 号简 式扬声器则是振膜振动后 声音经过号筒再扩散 出去 因此是属于间接辐射方式扬声器 结构见图 2 斩示 维普资讯 号 简式扬 声器包括驱 动单 元 简称音 头 英 文 D r i v e r l 和 号筒 l H o r n 两部分 驱动单元的振膜一 般做成球顶形 用铝台金 钍合金 纯钛或聚脂压成 振膜的振动通过号简与空气耦台而辐射声能 号筒的 形状有圆锥彤 指数彤 双曲线函数肜等各种形状 与直射式电动扬声器相比 号简式扬声器的最大 优点是电声转换效率高t它的缺点是重放频带较窄 指 向性也不很宽 但在某些场台这也是优点 号筒给人的 听感是发音较 硬朗 不如纸盆柔和 号筒扬声器 目 前广泛用于体育场馆 影剧院和歌舞厅等场所 怍为高 频扬声器单元 扬声器的 组合 采用单只扬声器是很难达到全频段的高保真重放 的 目前普遍的做法是将整个音频信号丹成几段 由 高 中 低频扬声器 单元分别重放 这就是所谓扬声器 的组台系统 几种扬 声器的组 台是要用 丹频电路 来连接的分 频电路有两种形式一种是电子分频方法 把分频电路 插入在前置放大器和功率放大器中间 然后由独立的 功率放大器分别推动高 低频扬声器单元如图 3 嘏 一 k J 扬 声 器 的 箱 体 除 了 保 护 扬 声 器 并 有 美 观 装 饰 怍 片 j 外 更主 要是 提高了 扬声 器的声 学性 能 首 扬 声 器 纸 盆 振 动 的 每 一 瞬 问 前 后 声 渡 的 相 位 总响 是相厦的 后面声波绕过扬声器周边与前面的声渡相 遇而发生干涉 结果互相抵消 使放出的声音变小 这 种现象称为 声短路 救应 为了消除声短路 可把扬声器安装在一声尽可能 大的障扳上 巴 前后的声波隔开 但障板既占地方 又 不美观 因此 实际上是把障板弯折 制成箱子形状 这就是箱体 通常箱体育多种形式 L 1 封闭式扬声器箱 俗称气垫音箱J 这种扬声器箱除了供扬声器纸盆向外辐射的孔外 其他都是封闭的 向内辐射的声波基本上被箱内的吸 音材 吸收 不会造成声波干涉 这种结构在家庭音响 组合中较为流行 其最大的特点是占用体积较小 使居 住环境狭窄的 们也能欣赏到好的音乐 但最大的缺 点是发音效率低 l 2 倒相式扬声器箱 前面讲到封闭式扬声器箱效率较低主要原因是扬 这种分频方式 高 低频互相影响少晰以音质较 好但需要多个功率放大器 成本较高 只是在高质量 的破音系统中采用 男一种是功率分频 也称为后圾丹频 虽然放音质 量不如前者但使用起来很方便 所 在家用音响厦部 分专业音响系统中仍得到广泛采用 所谓功率分频 是 指功率放大器的输出通过分频电路后 分别馈送到各 扬声器单元 如图 4 组成功率分频电路的电感电容元 件通常都与扬声器一起装在箱体内部 收了 得不到充分 增加一个或丽个倒 可使原来扬声器 空气的振动与纸盆 前辐射 因此 倒 前在专业音响系统 指标才能正确使用 1 阻抗 扬声器的阻抗虽然在商品中都有标示 例如 4n 8 Q 1 6 n 3 2n等等 但扬声器的阻抗 并非常数 它与频率有关 它近似于音图直流电阻的 1 2至 1 S 倍 2 颓率特性 扬声器的频率特性曲线越平坦越好 这样就可以减小重放的频率失真 3 J灵敏度 即向扬声器输人 1 w 电功率 在扬声器 正面 1 m 距离处所削得的声压级 l S P L J 通常此声压级是 指有效频率范围内各频率点的平均值 所以也叫平均声 压级单位写成 d B 1 m l 4 I失真度 主要是指谐波失真 一般扬声器的失 真度 c l 指同性 扬声器在空间各个方向辐射的声压分 布不同 形破扬声器的指向特性 一般来说 高频扬声 器的指向t l t 较尖锐 l 6 J承受功率 扬声器的承受功率是一十很重要的 指标 因为所使用功率放大器的输出功率须与扬场器的 功率匹配 才能安全而有效地运行 而目前各国厂家在 扬声器的铭牌上标出的功率值 依据的标准各不相同 因而数值上往往有报大出入 下面是几个常用主要功 M m O l S a L W IBJ R L IR P t 6 5 维普资讯 率值的含义 额定噪声功率 l R a t e d o 1 s e P o w e r 其定义为 连续向扬声器输入模拟噪声信号 l 将粉 红噪声经过带通滤波和限幅后的信号I 若在 O 0 小时 内发有过热和机械损伤 这个功率就称为扬声器的额 定噪声功率 目前国内外厂家生产的扬声器 铭牌上最 常见的就是这个功率 额定噪 声功 率还有其 他名称 如最 大噪 声功率 M a x i m u m N 0 s e P 0 e r 连续粉红噪声功率 c e n t n U O H e P 1 1 1 k N o 1 s e P o w e r 或简称为连续功率 等 其台义是相 同的 音乐功率 I M u s l C P 0 w e r 又称为节目功率 p r o g r a m p o w e r J 取决于使扬声器承受 2 5 0 H z 以下短 期正弦信号的能力 听起来没有明显失真 也没有永久 性机械损伤 这个功率值既考虑扬声器一定的失真值 叉考虑扬声器的永久机械损伤值 是德国标准D I N 所采 用的 下面举 出几个例子 使读者对 上述 多种多样的功 率关系有一个初步概念 疆 Y A M A H A S 1 1 5 H I 音箱 P o w e r C a p a c i t y 功率 容量 J N 0 1 s e 噪声 I I O 0 W P r o g r a m 节 目f 2 o 0 M a x P e a k 最 大峰值 4 0 0 W 遵 J B L M R 8 0 2 音箱承受功率 C e n t L n u o u S P i n k N o i s e 连续粉红噪声 2 5 0 W P e a k P i n k N 0 i s e l 峰值粉红噪声 1 O 0 0 W C o m m u n 1 t y c 牌 R S 2 2 0 音箱功率容量 C e n t i D U O U S l 连续 J 2 0 w P r o g r a m 节目 5 0 0 W 电子分频器的功能及使用方法 J 如前所述 目前的单只扬声器还未能做到在整个 音频范围 2 0 B z 一 2 0 k H z 内获得比较均匀的频响特性 因此 只能用两只扬声器 l 一只高音 一只低音 或三 只扬声器 高 中 低音J采取类似 接力 的办法来 获得 良好的重放效果 这样一来就需要设置一个专门 的电路 l 称为分频器或丹音器 以便把音频全频带分成 两个或多个频段 丹别送到不同的扬声器去放音 分频器分为功率分频 后级分频J和电子分频 前 级分频J两大类 在功率较走 要求较高的专业音响系 统普遍部不用或少用功率打额而 多采用 电子分频 近 年在家庭影院等一类家用音响中 需要产生超重低音 效果时也都采用电子分频电路 c 电子分频系统的核心部分是电子丹频器 它的任 务是在功率放大器之前 把音频信号按高 低两个频段 l 称为2 舟频 或高 中 低三个频段 称为3 分频 分 别输 出 送至各频段专用的功率放大器 以驱动各频段 的扬声器 下面列举一款商品电子丹频器的典型例子 以说明 一 般专业电子丹频器的面板 背板结构 技术指标和连 接使用方法 毕斯 B B S 3 1 8 电子分频器 图 5 是毕斯 ms引8 电子分额器的前面板图 其中 l l 1 分频频率设置旋钮 H z J 分别用来设置各分频点的位置 左 l L 右 l R 通 道独立可调 其中 前 4 个钮的设置范围为2 0 0 H z 2 k l z 谖钮上方的两个指示灯 c L E D 分别 l 0 和 l 0 相应的指示灯点亮时 由后盖板上的 S E L E C T B O D E 开关 来设定J 实际的分频点为标称分频点的十丹之一或 1 O 倍 后丽个钮的设置范围为 1 2 S k H z 1 2 5 k B z f 2 1 输出电平调整旋钮 L E V E L J 分别用于调整各输出通道的电平 可以从十6 d B 的 增益调到截止 通常情况下应置于O d B 处 l 3 反相选择开关 c R E V 分别用来改变各输出通道的极性 一 4 哑音键 l 删T E 按下该键时 相应输 出通道的声音被截止 a 双电平指示灯 S I G P E A K J 这两个指示灯丹别用怍信号 S I G 指示灯和峰值 l P E A K j指示灯 注 信号指示灯的触发电平为一2 0 d B 峰值指示灯 的触发电平为十l O d B 该机允许的最大电平是十2 0 d B 6 愤 式指示灯 c M O D E J 用来指示该机的工怍模式一丹为二路 2 A Y 三 路 l 3 w I和四路 4 J三种状态 注 可由后盖板上的 S E L E C T M O D E 开关来设定 f 7 I 状态指示灯 用来指示 c D酗 和 I O N O L 状态 图j 所示力毕斯 F D S 1 8 的后盖扳图 其中 8 I 电源保险丝 1 2 0 0 m A 2 4 0 Y 或 T 2 5 0 m A 1 2 0 电源开关 I1 电压选择开关 分 1 2 0 V 和 2 4 O 两挡 J 输出接口 L O U T P U T卜8 这是8 个平衡式输出接口 额定输出阻抗为6 0 0 Q 维普资讯 输入 F I S一3 I 8 输出接R 模式 通道 1 2 3 4 5 6 7 8 4 W Y 1 L 低 低中 中高 高 四路 2 R 低 X 低中 中离 高 l L 低 由 高 超高 2 R 低 出 高 超高 1 L 超低 低 中 高 2 R 超低 低 由 高 3 W A Y l L 低 高 垒域 三路 2 R X 低 由 由 高 全域 1 低 高 X 2 W A Y 2 低 高 A L L 全部 3 X 低 离 4 低 丽 表 I 毕斯 F I S一 3