《电视机的音响系统》PPT课件.ppt

电视机的音响系统 2012 11 前言 本讲义是根据与电视机厂家的技术开发人员相互配合中总结的一些经验教训 因工作关系及兴趣 多年来一直关注这方面相关技术的发展总结而匆忙编写而成的 讲义从有关声学基本知识入手 分析电视机结构对主客观音响效果的影响和改善方法 因本人并不直接从事电视机的声学设计 只能就扬声器及其与电视机结构的有关知识做一个介绍 不到之处敬请谅解 目录 一 与电视机音质相关的声学知识二 电视机结构对音质的影响三 改善电视机音质方法简介四 实例介绍 一 与电视机音质相关的声学知识 这部分主要讲与听觉有关的内容1 可闻声的频率范围和声音频段的划分声波振动的频率范围很宽 从几Hz 几十MHz 而人耳听觉的频率范围20Hz 20KHz儿童能听到20KHz 中年人16KHz 18KHz 老年人12KHz 13KHz 一 与电视机音质相关的声学知识 1 可闻声的频率范围和声音频段的划分频率范围波长重低频20 50Hz17 6 8m低频50 200Hz6 8 1 7m中频200 2KHz1 7m 17cm高频2K 15KHz17cm 2 3cm超高频15K 100KHz2 3cm 3 4mm低频是基础 反映声音的厚度 中低频是力度 中高频是亮度 高频是声音的色彩 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线等响曲线反映了人耳对声音的感受 对从事与音响有关的人员是必须了解的 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线人对同样强度但不同频率的声音 主观感觉的强弱是不同的 即人类听觉的频率响应是不平直的 它的特点是声压级不同时 人的听觉频响也不同 1 声压级越高 人的听觉频响会越趋平直 而随着声音声压级的降低 人的听觉频响会相应变坏 其中低频更为明显 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线对于高于 18 20 KHz和低于 16 20 Hz的声音 不论声级多高 一般人都不会听到因此可以认为20Hz 20KHz是人类的听觉频带 20Hz 20KHz因之称为 声频 这个频段的声音称为 可闻声 高于20KHz的声音称为 超声 低于20Hz的声音称为 次声 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线2 从等响曲线中可以看出 响度级与声压级有关 声压级提高 响度级也相应增大 但响度还与频率有关 频率不同时 响度级也不同 低声压级时低频段 等响曲线上各频率的声音的声压级相差很大 如f 30Hz时 声音达到10方时需70dB声压级 而f 1KHz则只需10dB 在低声压级低频段时 曲线斜率大 间隔小 这说明声压级的很小变化 引起响度大的变化 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线3 不论声压级高低 人们对3K 5KHz的频率分量最敏感 不过为了更全面地表示人的听觉频响特性 应该采用 等响线 的方法 图中每一条曲线代表一个响度等级 习惯上以曲线在1KHz时的声压级定为零响度级 并用 方 Phon 作为响度级的单位 见图中的标注 在等响曲线中 0方以下的声音一般人是听不见的 故0方曲线可称为 闻阈 而当声音响度级超过120方以后 人耳会感到痛痒 所以120方曲线可称为 痛阈 一 与电视机音质相关的声学知识 2 人耳的等响曲线当我们重放音乐节目时 音量大 则感觉声高 低音丰满 如果音量小 则感到频带变窄 高 低音都减少了 特别是低音几乎听不出来 阵阵情况完全可用等响曲线的概念来解释 一 与电视机音质相关的声学知识 3 听觉的延时效应实践证明 人的听觉对延时 延迟 声的分辨能力是有限的 即当几个内容相同的声音信号相继来到听者处 听者不一定能分辨出是几个先后来到 延迟 的声音 这就是人类听觉的延时效应引起的 当只有一个延迟声时经大量的测量统计发现 若延迟声不比先到的声音的声压级高得太多 不管延迟声是从哪个方向传来的 当延迟声滞后时间不超过17ms时 人们是不会发现实际上是两个声音的 一 与电视机音质相关的声学知识 3 听觉的延时效应当延迟声的方向与第一个声音比较接近时 延迟30ms也可能不被发现 当延迟时间增加到 35 50 ms 延迟声的存在才会被感觉到 但是听觉仍然不能把延迟声与前面的声音分开 当延迟时间超过50ms以后 人们才会感到延迟声象回声一样起干扰作用 如果延迟声够强的话 人的听觉对延迟声的这种特有的反映称为 延时效应 又称 哈斯 Has 效应 一 与电视机音质相关的声学知识 4 声音信号与电声设备的动态范围 是指声音中最响音和最弱音之间的声压级差 一般语言信号大约有20 40dB 的动态 声压级 音乐 戏剧对应于信号的动态范围则大约有30 60dB之大 因此电声系统和设备也有一个相应的动态范围的要求 优良的电声系统和设备应使强信号不致过荷失真 弱信号又不致使被它们产生的噪声所淹没 一 与电视机音质相关的声学知识 4 声音信号与电声设备的动态范围 系统和设备的动态范围上限受到它们非线性畸变的限制 而下限就取决于它们的噪声电平 根据上述要求对电声设备的频带要求 语言通信频带300 3400Hz 歌唱频带80 12000Hz 音乐频带40Hz 16KHz 一 与电视机音质相关的声学知识 5 立体声效应1 立体声的特点声像的分布和临场感清晰度高背景噪声小改善声部平衡 一 与电视机音质相关的声学知识 5 立体声效应2 人耳的定位能力人耳对于声源的定位和立体感觉主要依靠双耳听音的差别 如果声源偏离听音人的正前方 这时由于声源传送到左 右二耳的距离不等 因此 声波到达左 右双耳会出现时间差和相位差 同时 因为一侧耳朵出现遮蔽效应 两耳之间会出现强度差 音色差 一 与电视机音质相关的声学知识 5 立体声效应2 人耳的定位能力人们把这种细微的差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较 并迅速作出反应从而辨别出声音的方位 方位感和距离感 一 与电视机音质相关的声学知识 6 音调 音高 人耳对声音调子高低的主观感受 客观评价是声波的频率 音调虽与声音的频率有关 但不是呈线性关系 音调大体上与频率的对数或倍数成线性关系 声音可分为语声 乐声和效果声 语音是由许多频率成分声波构成的 但它包含一个基频 对于男生 声带长 声音低沉 平均基频约150Hz 对于女生 声带短 声音高尖 平均基频约230Hz 一 与电视机音质相关的声学知识 7 主观评价和客观评价存在差别的原因1 听到的信号和测量的信号大小不一致 2 客观评价用正玄信号 而音质评价有语言 音乐等复杂频谱的信号 3 音质评价结果有个人修养 爱好等因素 4 客观测量没有房间的影响 主观评价则受听音环境的很大影响 二 电视机结构对音质的影响 近几年来电视技术突飞猛进 图像的画质得到了明显提高 大屏幕尤其是平板电视技术的发展 使得整机外形尺寸相应增大 厚度减薄 消费者对电视机音响性能要求也越来越高 希望它具有大动态 宽频带 低失真 由于电视声频技术的发展不如视频技术的发展 外形的巨大变化给希望兼顾观感和听感的电视机设计师出了很大的难题 目前大多数电视机中的音响结构均采用内置式 不能提供足够的重放低音所需的空间 二 电视机结构对音质的影响 外观造型的需要 扬声器的选用和安装方式也受到限制 不得不采取一些牺牲音质的措施 使内置式电视音响结构不可能达到高保真效果 电视机的音响设计实际上是一个系统工程 如果扬声器和结构配合得不好 不但不会有理想的声性能 同时也是一种成本浪费 电视音响系统音质取决于扬声器和结构的配合 二 电视机结构对音质的影响 结构对音质的影响更多地体现在低频的重放 如前所述 带通式和倒相式设计越来越多地被采用到电视机中来 同样 其良好的性能也需要扬声器和结构的配合 在扬声器选定的情况下 应采用与它匹配的结构参数 结果经常由于机腔内无法提供足够大的空间 或是影响外形美观而无法采用 二 电视机结构对音质的影响 1 敞开式箱体的电视机低频响应不好有的电视机扬声器没有附加的声结构 而是直接安装在前壳上 实际上这种形式直到现在还被大量采用 机箱为散热要求 一般都要做成相当于后开盖的敞开式 所以这种箱体和平面障板一样 从扬声器前后发出的声波是反相的 后面的声波可以衍射到前面来 二 电视机结构对音质的影响 当从电视机前后到听声点的距离差d为 2的奇数倍的频率时 声压形成峰值 当从电视机前后到听声点的距离差d为 2的偶数倍的频率时 形成谷值 因此 与平面障板的情况相同 实用的低频重放下限频率fc由下式决定 fc 85 d 二 电视机结构对音质的影响 式中d是从扬声器前后到无限远点的路程差 单位为m 低于fc时 扬声器总的声压响应随频率下降而很快降低 由于d一般很小 因此fc较高 一般在100Hz以上 所以这种结构无法重放很好的低音 这种安装方式还会造成一个很大的缺陷 扬声器后部没有封闭措施 直接辐射到机箱 会使其中的元器件 包括导线 结构件受扬声器发声振动影响 一定功率时在共振点发生音频机震 这就是电视机设计不好极易发生机震的原因 二 电视机结构对音质的影响 2 带有扬声器导声管的电视机需要考虑的问题为了安装方便和外形美观 中高频扬声器前常要装一个导声管 这种导声管设计不当会对频响造成很大的不均匀度 如管长度等于四分之一波长奇数倍 声辐射功率大大加强 若管长度等于四分之一波长偶数倍 声辐射功率大大减弱 尽管不均匀度可通过铺加吸声材料减小 但这将使灵敏度大大降低 二 电视机结构对音质的影响 如果要用 应采取以下措施 1 尽量使导管长度减短 对中频扬声器而言 导声管的长度不能大于10mm 对高频扬声器而言 应该更小 2 扬声器后部要有封闭措施 防止声波大量辐射到机箱引起电视机内部元器件等的振动 二 电视机结构对音质的影响 3 扬声器放在显示器下方不利于提高立体声分离度扬声器置于下方而不是两侧 虽然减小电视机的总体宽度 但是必将减小立体声的分离度 而且还会使声音中心从显示器中心移到显示器下方 不过设计师们迫于其他原因仍不得不为之 二 电视机结构对音质的影响 5 对于高频扬声器尽量选采用螺钉固定 避免采用支架固定 这样可提高可靠性 消除固定方式造成的机振 6 出声面积必须大于15 5 出声通孔面积之和除以出声部分总面积 否则对高 低频响应都不利 低频段 由于孔眼具有一定的厚度 声波和空气流在通过时表现为具有 粘滞 性 使空气流动受阻 振膜在压缩和拉伸空气时受到来自空气的附加阻力 扬声器的谐振频率增高不少 低频表现力降低 这是不利的一面 高频段 透孔率不够等于起一个低通滤波器的作用 造成高频响应跌落 二 电视机结构对音质的影响 7 解决结构困惑的最有效办法是在前面板处左右两边各再增设一只中高音扬声器重播主声道中高频扬声器的有效频率范围 KHz 主要起声场定位及增加音色明亮度和层次感的作用 而内置的小音箱 一般不用分频 起到扩大声场气势 增加丰满 浑厚感的作用 其效果改善是非常明显的 二 电视机结构对音质的影响 8 扬声器安装孔的凸台高度 前室效应 为便于安装 扬声器离前面板都有一定的距离 同时为保证密封 机壳上都设计了安装凸台 这样声波要经这一 管道 才能扩散出去 高度最好控制在扬声器有效振动直径的 以内 以3 6吋扬声器为例 其平均振动直径 纸盆宽 纸盆长 m 则高度应不超过 m 二 电视机结构对音质的影响 总之 开孔率越大 孔眼深度越浅 凸台高度越矮 对音质的破坏就会降低 譬如采用非常薄的 薄膜网罩取代注塑孔眼 在其它条件不变的情况下 对声指标的改善也是相当显著的 这是经过大量的实践得出来的结论 二 电视机结构对音质的影响 9 其他问题1 扬声器的压边必须与安装凸台台面紧密接触 密封 否则由于 声短路 带来的损害会相当严重 本来一只频响非常平坦的扬声器装上后 测出的整机频响却往往在 KHz间出现很深的谷 而且不同结构出现的谷的位置也不同 安装凸越大 出现谷的频率越低 孔的直径越大 出现的谷的频率越高 二 电视机结构对音质的影响 2 直接由机壳注塑时成型的网孔 其孔壁较厚 则其共振频率在2 5KHz的范围内 并且在该频率的倍频程点也会出现较深的谷 一般注塑孔眼深度为2mm左右 若开孔率为20 孔眼直径d 0 8mm 则共振频率大约在3300Hz 频响出现的大谷 三 改善音质方法简介 1 提升低频效果低频效果的好坏在很大程度上影响电视机的音质 效果好的电视机给人很强的震撼力和现场感 一般来讲 能重放70Hz左右的低频以及可提供150Hz的最大不失真声压级在98dB以上 低频效果就很好了 三 改善音质方法简介 1 尽可能采用大口径扬声器和大容积箱体一般来讲 大扬声器的共振频率越低 灵敏度越高 大箱体能使系统的共振频率降低 但是 在箱体容积一定的情况下 扬声器的尺寸也并不是越大越好 这是因为大扬声器要求箱体的容积越大 上表是根据经验总结的数据 三 改善音质方法简介 2 扬声器参数的优化尽可能选用共振频率低的扬声器 扬声器品质因数QT的影响也很大 其值高 在共振频率处会有提升 但偏离共振频率 声压下降也快 反之则相反 要综合考虑 3 采用重低频设计 2 1音响系统 重低频音箱没有造型 位置限制 效果相当好 4 电路上采取某些频率点适当提升输出电平的方法 但应综合考虑功率的余量 三 改善音质方法简介 2 提高清晰度实践经验证明 6KHz以上的频段对声音清晰度影响很大 可采取如下措施 1 对全频扬声器而言 最好能比较平直地延伸到8KHz以上 2 增加高频扬声器 成为二分频系统 3 在有些情况下 也可有意识的采用中高频有适当提升的扬声器 4 在电路设计上对高频进行补偿 三 改善音质方法简介 3 提高电视机的输出音量1 优化输出电平的音量曲线 使音量调节在中间位置时音量变大 2 提高功率放大器前级增益 增加输出功率 3 使用较高灵敏度的扬声器 灵敏度增加3dB 相当于电功率增大1倍 4 采用中高频有一定提升的扬声器 人耳对这个频段更为敏感 当然 音量的增加不能以增大失真为代价 三 改善音质方法简介 4 降低失真电视机的失真由电路失真和扬声器失真组成