《扬声器系统》课件.ppt

第4章 扬声器系统,扬声器系统基本知识扬声器的作用与分类扬声器的性能要求,1 扬声器系统基本知识,扬声器系统又名音箱，是整个音响系统的喉舌，对声音的重放起着决定性的作用。音箱由扬声器单元(高、中、低音)、分频器和箱体构成。按其应用领域分为专业音箱、Hi-Fi音箱、家庭影院音箱（AV音箱）等。家庭影院音箱包括前置主音箱、中置音箱、环绕音箱和超低音音箱。超低音又分为有源和无源两大类。家庭影院对声音的再现不同于其它音响系统，因而对音箱的要求也有不同之处。,一般来讲，功放和前级的总谐波失真可以做到0.001以下，而音箱一般失真度在3-5，极少突破1；功放和前级的频率响应可做到20-20000Hz0.5dB，而音箱只能达到35-20000Hz2dB，且在35-20000Hz之内的响应起伏不平。音箱的动态范围、相位失真、承受功率等性能指标每提高一步都要作出很大努力。因此，组建家庭影院时要把投资重点放在音箱上。,2 扬声器的作用与分类,音箱实现电-声换能的核心器件是扬声器，俗称“喇叭”。它是一种将音频电信号转换成声音的电声器件，即将音响设备的功率放大器输出的音频信号加在扬声器(音圈)上，使其振动膜振动，并以声波方式辐射出去，从而推动空气以振动人的耳膜，使人感觉到声音。扬声器结构各不相同，但基本工作原理相同，都是将输入的电信号转变成相应的机械振动，机械振动通过辐射器引起周围空气媒质的波动，从而实现电-力（磁）-声之间的转换。,扬声器单元普遍使用由钡铁氧体、锶铁氧体以及铝镍钴等材料制成的磁体，高档的扬声器已使用钕铁硼磁体等稀土永磁材料，这种新型磁性材料制成的磁体只需很小的体积就能达到很高的磁能级，有利于扬声器朝大功率/小型化的方向发展。按工作频带可分为：高频扬声器（最佳工作频率高于5kHz）、中频扬声器（最佳工作频率300Hz5kHz）、低频扬声器（最佳工作频率低于120Hz）及全频扬声器（最佳工作频率55Hz16kHz）。,扬声器按换能的方式可分为：电动（动圈）式、电磁式、静电式、压电式等。按扬声器振膜的形状可分为：锥形、球顶形及平板形扬声器。按扬声器振动膜(盆)的制作材料可分为：纸盆、碳纤维盆、PP盆、玻璃纤维盆、防弹布盆、钛膜及丝绸扬声器。按扬声器膜边缘使用的材料可分为：纸边、布边、橡皮边及泡沫边扬声器。按采用的磁性材料可分为：永磁（钕铁硼、铝镍钴合金）和恒磁（钡铁氧体）。,电动式扬声器（动圈式扬声器）包括振动系统、磁路系统和支撑辅助系统三大部分。具有结构简单、频响宽和失真小的特点，应用最为广泛。工作原理：当处于磁隙中的音圈流过音频电流，音圈中的交变磁场与永久磁体产生的强恒磁场相互作用，使音圈产生机械振动，带动纸盆振动，使空气相应振动，使机械能转换成声能。若通过音圈的电流为正弦变化的音频电流，则音圈就受到一个大小与音圈电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力，从而产生振动。,压电式扬声器利用压电材料的逆效应实现电声转换。主要部件是一片圆形的压电晶体，目前常用的压电晶体有石英、罗谢尔盐、磷酸二氢铵、锆钛酸铅和钛酸钡等，这些压电晶体在电场中会发生弹性形变。当音频电信号输入时使压电晶体发生形变，利用压电晶体的反向压电效应将音频电信号转换成声信号。灵敏度高、结构简单和造价低廉。输入阻抗呈纯容抗特性，很难与功率放大器匹配；音质较差，频响范围较窄，通常只能在200-8000Hz的频率范围内工作。,静电式扬声器由一个振膜和一个固定电极组成一个平板式电容器，利用加在电容器极板上的静电力进行工作。工作时需在它的两个电极接上一组直流电源，使电极极化，产生一个静电场。当有音频信号电流输入时，整个平面振膜在音频信号电流的驱动下振动发声。,工作时产生的静电场均匀地分布在整个振膜上，振膜的振动方向始终保持一致，不会产生分割振动，因而瞬态特性和失真指标都已远远超过了传统的电动式扬声器，静电式扬声器在 Hi-Fi音响系统中成功地得到应用。但是，由于这种静电式扬声器的结构比较复杂，售价较高，而且这种扬声器需要专门的极化电压才能工作，所以，仅在高档扬声器系统中应用。,电磁式扬声器通常指老式的舌簧式扬声器，在它的两个磁极之间有一组电磁铁线圈，线圈中间有一片可上下活动的舌簧片，当音频电流流经电磁铁线圈时，舌簧片被磁化，随着音频信号电流方向的改变，舌簧片的极性也相应地改变，使舌簧片绕支点旋转振动，振动的舌簧经连杆带动链盆上下振动，将电能转换成声能。电磁式扬声器具有灵敏度高的特点，但它的频响特性无法满足高保真的要求。因此，这种扬声器大多在低档产品中使用。,3 几种典型电动式扬声器,锥盆扬声器结构简单、能量转换效率高。分高音、中音、低音和全音域(全频带)四种类型，各类型的基本结构相同，只是扬声器的口径和振膜材料等不同。锥盆扬声器的振膜外形有圆形和椭圆形两种，支架外形有圆形、方形(四角正方形)、准方形(八角形)、矩形和椭圆形等几种。支架与振膜均为圆形的扬声器最为常见。,图4.1 锥盆扬声器结构,锥盆扬声器的振膜材料有纸浆材料和非纸浆材料两种。为增加其刚性、内阻尼及防水等性能，纸浆中掺有羊毛或木棉、蚕丝、碳纤维、亚麻等材料。非纸浆材料主要有聚丙烯、聚苯乙烯、云母碳化聚丙烯、发泡聚丙烯树酯、氯丁树胶、碳纤维编织、防弹布、硬质铝箔、发泡镍、天然生物、CD波纹、玻璃纤维及TPX、PMK、DPC、PG、HD-A等复合材料，使振膜的高性能化逐步实现。,高音扬声器的振膜材料做得轻薄且硬，轻薄则惰性小、高频失真小；硬则能重放较高的频率，音质柔和自然。中、低音扬声器的振膜要求内阻尼大、弹性好，重放中频饱满、低频量感足。全音域扬声器的振膜采用带同心圆折痕形式，它是利用锥盆的物理性来分音，使锥盆中央出高音、周围出低音。,图4.2 球顶扬声器结构,球顶扬声器的工作原理与锥盆扬声器相似，但其振膜为近似半球形的球面，振膜尺寸较小，多为高音或中高音扬声器，需与锥盆低音扬声器配合使用。按振膜的软硬程度可分为软球顶和硬球顶两种。软球顶扬声器的振膜采用蚕丝、丝绢、浸渍酚醛树酪的棉布、化纤、橡胶类及复合材料等，其音质柔和，适合古典音乐的重放；硬球顶扬声器的振膜采用铝合金、钛合金及铍合金等材料，其刚性较强，重放时音质清脆，较适合现代音乐和交响乐。,球顶高音扬声器和球顶中音扬声器的基本结构相同，但后者较前者的后空腔(在下夹板后侧设有一个密封的后腔罩)要大一些，通常还填充一些吸音材料，这样可防止振膜凹陷、阻尼低频率的分割振动和防止空腔内出现驻波。硬球顶扬声器在高频段时还会出现分割振动和声能减弱，可在振膜内侧贴发泡橡胶等阻尼材料或在振膜上增加非磁性材料的折环来均衡。球顶扬声器重放频带宽，高音可达25kHz，指向性也较宽，失真小、瞬态特性好，但放音效率与锥盆高音扬声器相比略低。,图4.3 号筒扬声器结构,号筒扬声器（号角扬声器）工作原理与锥盆扬声器一样，但声音的辐射方式不同。锥盆扬声器是由振膜将声音直接辐射出去，而号筒式扬声器则是振膜振动后，声音经过号筒再扩散出去，属于间接辐射式。号筒扬声器主要用作中、高频的重放，其特点是辐射效率高，距离远，电声转换效率高，中高频特性好，失真小，但重放频带及指向性较窄，不如锥盆扬声器和球顶扬声器音质柔和。,号筒扬声器的音头(去掉号筒后)按辐射方向可分为前辐射式和后辐射式；按振膜形状可分为球顶形、反球顶形和环形；按喉塞还可分为单缝隙式、多缝隙式和无喉塞式。按号筒形状可分为圆形号筒、指数号筒、锥形号筒、抛物线形号筒、矩形号筒、径向号筒、多格号筒、扇形号筒等多种。,带式扬声器采用带式振膜、印刷线圈和特殊的偶极磁路结构。带式振膜以铝合金或聚酰亚胺薄膜等材料为主，偶极磁路结构由相互平行的条形磁体及多孔导磁极板组成，音圈直接制作在整个带式振膜上，音圈与振膜间直接耦合。带式扬声器以重放中、高频为主，其响应速度快、失真小、频响平坦均匀，扩散性好，重放音质细腻、层次感好。制作工艺较复杂，调校难度大。,图4.4 蜂窝式平板扬声器的结构,图4.5 泡沫树酯平板扬声器结构,平板扬声器的核心是平面振动板，它是采用轻而刚性较强的蜂窝式平板或在刚性较强的金属锥形振膜中填充泡沫树酯制成的。平板扬声器的特点是振膜为平面，没有前室效应(即锥盆前无小气室谐振)，能获得平坦的响应，振动范围宽，相位特性好、失真小。,图4.6 同轴扬声器结构,同轴扬声器是指高音单元与低音单元装在一起，并保持两者位于同一中心轴线上的复合扬声器单元，大多数为二分频的结构。低音单元口径在4-18英寸不等，6-8英寸的较为常用。高音单元在组合方式上分为前置式和后置式两种结构。后置式高音单元常在其前方设置一个小号筒，独立地从低音振膜的中部穿出，其缺点是高低频声源位置有明显的误差，低音单元的声音易在高音号筒上产生折射和绕射，影响频率的正常传输。,前置式高音单元与流行的球顶高音单元一样，振膜外露，其外缘与低音单元的振膜相融合，利用低音单元的振膜作高音号筒的再延伸，这相当于加长了高频号筒的长度，且开口面积更大，高低频声源在一点上，可使频响更平直，声音失真更小。特点：高、低频单元所播放的声音始终处于同一平面，具有恒定的指向性和扩散性，且频率平稳、连续，具有理想的球面波形、声向定位准确。,4 扬声器的性能要求,频率响应：是指在重放时所能达到的频率范围，一般要求在频响范围内的不平坦度小于10dB。一般振膜的直径越大，重放的低频效果越好。标称阻抗：又称为额定阻抗，其实就是音圈的阻抗，它随信号频率的变化而变化，所以是非线性的。扬声器标注的阻抗通常用1kHz（口径小于90mm）或400Hz（口径大于90mm）的测试信号进行测量，一般有4、8、16、32等几种。音圈的直流电阻小于标称阻抗，约为0.80.9倍。,灵敏度：表示扬声器电-声转换的效率，是指在给扬声器输入额定频率为1W的电功率时，在参考轴上离参考点1m处产生的声压值。灵敏度越高，扬声器对音频信号中的细节响应越明显，即保真性越好。一般要求灵敏度应大于85dB/W。额定功率：即标称功率，表示扬声器在长时间（国际规定为100h）工作时允许承受的输入功率。扬声器的标称功率是允许输入最大功率的1/31/2左右。,非线性失真：指扬声器在放音时出现了输入信号中没有的频率成分。非线性失真包括谐波失真、互调失真和瞬态失真等。目前主要考虑谐波失真，一般要求失真系数1%2%。指向性：是扬声器在不同方向上的声辐射特性。通常，工作频率越高，指向特性越窄。另外，扬声器的口径越大，指向特性越窄。,5 不同材质扬声器单元的性能特点,扬声器单元的基本参数是客观的评价标准，但扬声器的音质、个性与所用的材料有很大关系，难以用这些参数作全面的描述。,聚丙烯单元：自阻尼特性优良，能在整个工作频段中具有平坦的频率响应，不需要采取任何均衡措施。具有极低的失真和良好的脉冲响应，分频器可以非常简单，甚至可以只在高音单元上接一个电容器。效率较高，其1米处的灵敏度可以达到88-91dB。与高刚度喇叭及静电平板式单元相比，声音的透明度还不够好。聚丙烯中低音单元不能与金属球顶高音很好地配合工作，因为两者的解析力非常不同。不宜于作10寸以上的低音单元。,金属球顶高音单元：钛球顶和铝球顶高音单元在整个频段中都能保持振膜的活塞运动(直至高频谐振点)，所以声音透明，解析力非常高，辐射角度比软球顶单元大，完全可以与静电式单元相媲美。自阻尼特性很差，在超音频段都有明显的谐振峰，对人耳可闻的音频段信号有互调作用，会造成被称为“金属声”的声染色。承受功率较低，一旦超载，就会因盆分裂而在整个频段中产生明显的失真。,软球顶高音单元：软球顶产品使用了新的涂覆材料，具有良好的自阻尼特性和非常平坦的频率响应，以及优良的脉冲响应，解析力和细节表现能力可以和最好的金属球顶单元相当，声音自然而开放，而且克服了金属球顶难以避免的在22-27kHz频段的谐振问题。缺点是辐射角度仍小于金属球顶。,软球顶中音单元：新式的软球顶单元的振膜材料改用 Kevlar(防弹布)、纸或聚丙烯，冲程也加长了很多，所以失真要低得多，频响范围也宽得多，声音则真实而透明。使用了双重弹性支片，以解决困扰着大多数软球顶中音单元的振动系统摇摆问题，对降低失真具有明显的效果。采用这类单元的音箱，测量频响相当平坦，但声音显得有些混乱，有声染色，令人疲劳。,刚性振膜低音单元：包括铝锥盆单元、发泡材料单元、Kevlar(防弹布)单元、复合材料单元、碳纤维等。具有最好的透明度和深度感、最好的声像定位能力。具有较高的效率、较高的峰值功率承受能力以及很低的失真。工作频段的高端有若干个谐振峰，在更高的频段会出现杂乱的盆分裂区，产生出使人疲劳、不耐久听的声音。,由于高端谐振峰的存在，必须使用定制的削峰滤波器，否则听起来就会觉得音色有明显的毛病。当振幅和频率超过临界值时，会突然发生严重的盆分裂，与功放发生削波时的情况非常相似，此时的声音发硬。某些 Kevlar及碳纤维喇叭需要使用相当长的时间后(超过100小时)才能使纤维变得柔软，音色才正常。,纸制锥盆单元：现代的纸盆是在纸基上涂覆了某种塑料，实质上已经变成一种复合材料。未加涂覆的纸其性能会由于湿度及使用时间等因素而发生明显的改变，加上涂层后性能就比较稳定。纸盆喇叭具有良好的自阻尼特性、优秀的解析力和细节表现力以及平坦的频率响应。盆分裂现象是逐渐发生的，这比那些一旦超过临界值就会突然发生严重盆分裂的喇叭单元要好，因此可以使用低斜率的线性相位分频器。,纸盆喇叭的听音结果往往会比测试数据好。但振膜的刚度不如 Kevlar、碳纤维及金属振膜好，所以细节表现力会逊于这些喇叭，而且响度也会比它们低。纸盆喇叭的一致性不如人工合成材料好，涂层的一致性较难控制，因此单元的精确配对比较难于做到，这会对声像定位造成一定的影响。,6 音箱,音箱的作用：消除“声短路”现象，利用箱体的障板作用对箱体内反相声波进行适当地处理，给扬声器发声提供正常的路径，使低频声波更有效地传播；消除“声共振”现象，利用箱体的声阻抗作用消除声波的共振频率与扬声器振膜的谐振频率发生共振时出现的明显；实现较宽的放音频率范围，其措施是将两个或多个不同频率范围的扬声器，通过分频网络进行合理的组合。,音箱的基本结构：音箱主要由扬声器、分频器、信号输入接线柱及内附的吸音材料组成。把高、中、低音扬声器组装在专门设计的箱体内，并且经过分频电路将高、中、低频信号分别送至相应的扬声器进行重放，就组成了音箱。,在音箱内填充的吸音材料又称为阻尼材料，其主要作用是抑制低音扬声器在播放大动态信号时产生的谐振，同时改变箱体内空气的弹性。阻尼材料的品种较多，一般有专用吸声棉、玻璃棉、毛毡、泡沫塑料及海绵等。扬声器安装在音箱内后，可以利用音箱内部的声音的传播特性，扩展扬声器低频重放范围，使重放声产生较宏大的声场。,音箱的分类：按分频方式可分为：单扬声器音箱、二分频音箱、三分频音箱、四分频音箱、多分频音箱及超低音音箱(低音炮)等。按用途及性能可分为：落地式音箱、书架式音箱、有源音箱、环绕音箱、监听音箱、影剧院用音箱及舞台用音箱等。按内部结构可分为：密闭式、倒相式、迷宫式、前置号筒式、空纸盆式、对称驱动式、克尔顿式及哑铃式音箱等。,常见音箱的结构如图所示,常见音箱的工作原理：密闭式音箱将扬声器安装在一个完全封闭的箱体中，用箱体将扬声器前后的声辐射隔开，以防止声短路。音箱内的空气对于扬声器来说好比是一个弹簧，改善了扬声器的低频响应。箱体深、宽、高尺寸比例（1:1.41:1.618），材料、工艺有严格要求，各部分如不具有相当的强度，就容易产生箱板振动而影响特性。特点是结构简单，重放声音的失真低，阻尼大，但效率较低。,倒相式音箱（低频反射式音箱）在音箱面板上安装一个倒相管（导声管），扬声器背后辐射出的声波经过倒相管后辐射到前方，与扬声器前面的声波相叠加，使低频效果增强。声音传输效率高于封闭式音箱。利用箱体和管道的共振，扩展低频，与封闭式音箱相比，其低频下限频率可降低0.6倍，其体积小70，可用较小箱体重放较丰富低音。瞬态特性较密闭式音箱的差，结构比封闭式音箱复杂。,空纸盆音箱（无源辐射音箱或牵动纸盆音箱）由一个扬声器和空纸盆组成，空纸盆代替了倒相式音箱的倒相管的位置。利用扬声器纸盆振动后，箱内空气的弹簧作用使空纸盆振动，与扬声器形成共振。空纸盆音箱的灵敏度较高。空纸盆音箱不像倒相式音箱那样，容易产生共振而出现驻波。在较低频段工作时，空纸盆音箱接近于密闭式音箱的工作状态，可以有效地减小扬声器的振动幅度。,对称式音箱是密闭式音箱由于各种原因而不能做到小型化时采用的一种加强音箱对空气的振动力度的音箱。它是利用指数形开口的障板来增强低频声波的。同时将两只扬声器重叠安装在一起，当音频信号输入时，两个扬声器进行同相振动，因此重放时对空气的振动力度增加，其低频效果和较大容积的音箱的重放效果一样。实际重放试听时，感觉重放声的声像定位略差。,迷宫式音箱顾名思义是其内部的结构较为复杂，好似迷宫一样，使扬声器后面所发出的声波经过一段长的曲径后再从前面辐射出去。迷宫式音箱是在扬声器的后面利用具有吸声作用的隔板作为声学导管，该导管的长度为重放时低频波长的1/2，使导管的开口处的声波辐射与扬声器向前辐射的声波相叠加，从而使音箱声波的辐射得到了增强。如果导管的长度为低频波长的1/4时，会产生逆共振现象。,克尔顿音箱是由美国人发明的，它是将一只低音扬声器安装于箱体内，低频声音的传输经过了若干个小孔，相当于给低频部分加装了一个带通滤波器。音箱的工作频段选择在扬声器的低频下限频率处，能够进一步展宽低频重放效果。,哑铃式音箱：传统的三分频音箱的扬声器安装时由上至下分别为高音、中音和低音扬声器，因而出现各种频率音源的重放声高度不一致现象，会产生一种各种音源频率的分离感。哑铃式音箱采用二分频完全对称的形式，两只低音单元扬声器的型号一样，采用并联或串联连接，重放时两只低音单元的振幅及相位完全一样。在两只低音单元的中间安装一只高音扬声器，在重放时所产生的声源位置定位于两只低音单元的对称点上，即高音单元的位置。,哑铃式音箱在大动态信号工作时非线性失真较小。由于低音单元采用并联或串联接法，因此在一定的输入功率时，与普通的音箱相比，其扬声器的振幅只有普通音箱扬声器的1/2，所以它可以承受较大的输入功率。同时，哑铃式音箱的重放声的低频力度感较好。,7 家庭影院系统中的音箱配置,家庭影院的扬声器系统(AV音箱)和高保真音响系统的扬声器系统(Hi-Fi音箱)有不同的特点。AV音箱对灵敏度的要求更高：在观赏电影节目时，所需要的平均声压较高，而Hi-Fi音箱多为低灵敏度设计，较难达到 AV系统所要求的强大声压级，在重放大动态信号时容易产生削波失真。所以，AV音箱应尽量选择灵敏度高的音箱。,AV音箱必须兼顾人声对白，音乐和效果音响三个方面，对声音重放的频率响应、动态范围和瞬态响应的要求更高一些。电影的音响效果合成得比较夸张，这样其频率范围往往比乐器或人声的频率范围更大。电影中经常出现大动态和极低频的信号，要求AV音箱的频响宽，功率大，中低频要有较好的密度感，以适应由电影带来的比纯音乐更为广泛的音响信息。,AV音箱对超低音的大动态重放要求更高：电影中的特殊效果音响有很多来自极低频率，诸如爆炸声、撞击声、雷声、喷气式飞机的轰鸣声等，其频率通常低于60Hz(最低可达20Hz以下)而且携带巨大的能量(最大声压级可超过 110dB)，若按普通高保真方式去还原就会显得平淡无味，缺乏震撼力。由于要在一间小小的家庭影院视听室内摆放4-5只音箱，前方音箱的体积不能太大，使其低音重放效果受到限制，通常采用专门的超低音音箱。,AV音箱对保真度的要求没有Hi-Fi音箱高：纯音乐欣赏比观看电影更讲求音质的逼真和音色的甜美。在人声对白、音乐和效果音响三个方面，音乐对保真度的要求最高，而人们观看电影时的注意力主要集中在视觉和语言对白上，对音乐的细节并不十分在意。因此，AV系统并不过分强调声音表现的细致入微，而着重表现大动态的效果声，以烘托气氛，配合画面的声场定位营造出憾人心魄的效果。,对声音音色的要求不同，各类艺术作品中的声音可分为语言、音乐和效果三部分，高保真音响注意的只是音乐的完美重放，而家庭影院则以语言和效果声的重放为重点。音箱在很大程度上决定了整个系统的音质和音色，常言说“十分音质，七分音箱”，既是指保真度，也是指音色风格。,Hi-Fi系统强调音乐味，注重对轻微细节的表现能力，要求使用声音比较柔和细腻的音箱（英国产品为典型代表）。家庭影院则比较注重声音的气势和力度，同时要求音箱对声音的控制力强，速度感好，从轻歌细语到电闪雷鸣，瞬间即至，收放自如（美国产品为典型代表）。,家庭影院系统中的音箱配置：家庭影院系统中一般包括主声道音箱、中置音箱、环绕音箱和超重低音音箱。主声道音箱位于前方左、右侧，在重放声场中担任主声场的角色，它主要表现整个声场的宏大、深度及规模。左、右主声道的声场包含整个重放声场中的信号，要求左、右主声道的音箱，能够重现全部频率的宽度，具有较好的频谱特性，并提供足够的声功率输出，以保证达到一定的响度，而且还应具有较低的失真。,中置音箱位于前方左、右声道主音箱之间，在家庭影院重放过程中主要表现剧中人物的对白，使人物对白的声场与画面相吻合，得到声像合一的效果。环绕音箱位于后方左、右侧，主要产生立体的空间感和声场的包围感，比如，在重放某些移动的画面时，当某一物体从画面的正前方移动至后方时，重放声会随着物体的移动产生从主音箱移动到后置的环绕音箱的效果，使欣赏者有身临其境的感觉。,超重低音音箱是将左、右主声道信号中的低频成分进行放大，达到输出超重低音重放效果，它主要是加强重放声场的低频力度，渲染重放中大场景出现时的排山倒海的气势。主声道音箱、中置音箱和环绕音箱都是全频音箱，超重低音音箱的频带只有全频音箱的1/10，所以又称为0.1声道，它一般是有源音箱。,家庭影院中重放的音箱主要讲究各类音箱之间的相互配合。由于家庭影院的重放不仅具有声音的重放，而且要通过电视机进行画面的重放，左、右声道的主音箱较靠近电视机，特别是中置音箱一般是置于电视机的上方，因此必须对主声道的音箱及中置音箱中的扬声器进行防磁辐射的处理，以防止扬声器上的磁体使电视机的显像管磁化。,数字式音箱由德国CANTON（金榜）公司首推，包括一对特制音箱和一台数码控制器，控制器跨接在音源与功放之间，组成一套利用微机来自动补偿重放声曲线的互补式音响系统；中高音单元采用同轴式扬声器，使中高音处于同一点声源位置，避免相位的相互干涉，增强声音的透明度和声像定位的准确和稳定性；低频单元选用大口径的扬声器，使低音丰满、厚实、强劲。,数字音箱的频率响应范围可达18Hz30kHz(0.5+5)，失真很小，动态范围很大，对交响乐有极佳的表现。数字音箱中的数码控制器具有以下功能：高精度的D/A数模转换器：采用了高比特的解码电路，可将数字音频信号准确无误地转换成模拟音频信号。,采用CANTON公司发明的独特的SC新技术(signal Correction)的信号修正器：该修正器有两个功能：一是可自动消除低音单元的低频共振和中、高音单元的分割振动带来的频响峰谷现象，大大降低了扬声器的失真；二是它可以自动地进行等响度控制，即可以根据人耳听觉特性，自动地对低、高频信号进行适当提升，从而满足了人们聆听上的心理需要。,设置有电子均衡电路：可以通过微处理器对音频信号进行频响特性的处理和修饰，以改善家庭房间的声学特性。其基本过程是：先测量出家庭声场的实际频率传输特性（频谱测试），将此数据送入微处理器对音频通带进行修正，使房间的声场频率传输特性近于一条平直的曲线，能够理想地对音频信号进行原汁原味地重放，消除了因房间因素而产生的声音染色。使音响设备在不同的听音环境中均能充分发挥其优良的音频重放性能。,设置有DSP数码处理器：可提供音乐厅、体育馆、电影院、Disco舞厅等10余种声场效果的选择，适合不同听音者的爱好。数字音箱频率响应很宽：18Hz30kHz(0.5+5)，失真很小，动态范围很大，对交响乐有极佳的表现。,8 分频技术,所谓扬声器系统是指两只或多只扬声器、分频器及音箱体的组合。高保真放声的频率范围一般要求为40Hz16kHz，很难使用单只扬声器重放整个频率范围的声音。高保真扬声器系统通常采用几只单元扬声器的组合方式，每只扬声器单元工作在不同频率范围以给出均匀的频率特性和指向特性。将扬声器系统的整个频率范围划分成几个频带的工作依靠分频器来完成。,分频器的组成与作用：把放大器输出的全频带音频信号分成几段，然后加到相应的低、中、高音扬声器去，使各扬声器都工作在它们性能最好的频段上；对整个音箱系统的声压频率特性、相位特性和阻抗特性等进行微调。一般中、高频扬声器的振膜及振动系统受到低频大信号激励时，产生过荷失真，严重时使扬声器损坏。加入分频器相当于对中、高音扬声器单元起到了保护作用。,分频器的分类按设置位置的不同可分为：电压分频和功率分频两种。电压分频（电子分频或前级分频）：将前置电压放大器的输出信号先分频，然后分别送入独立的功率放大器，最后送入各自的音箱。由于前级电流较小，故可用小功率的RC有源滤波器来实现分频控制，其分频效果可以做得很好。但是需采用独立的功放级，使成本增高幅度较大。,功率分频（后级分频）：属于无源分频，将功率放大器输出的信号分频后，按不同频段分配给各扬声器。一般由LC无源网络组成，方法简单、成本低，而且便于与音箱装在一起，获得广泛的应用。缺点是分频网络要承受加到扬声器的大功率和大电流，要用较大体积的电感；由于它的参数与扬声器的阻抗有直接关系，而扬声器阻抗属于非线性阻抗，又是频率的函数，与标准值偏离较大，因此调整较难，误差较大。,按衰减率的不同可分为：-6dB/倍频程，-12dB/倍频程和-18dB/倍频程三种。与此对应的每路元件数分别为一个、二个和三个LC元件。-18dB衰减率的分频器衰减率大，分频较为彻底，音质较好，但使用元件数多，调整麻烦，一般高档机应用较多。在实际应用中，常用的是-6dB和-12dB衰减率的分频器。,按频段的不同可分为：二分频、三分频两种。所谓二分频即分为低频和中高频两个频段，三分频则分为低、中、高三个频段。不论是二分频还是三分频，都要求相邻两个滤波器的特性曲线在截止频率处（-3dB处）相交，交点称为分频点。二分频的分频点为1600Hz，三分频的分频点为800Hz及6400Hz。,实际中，分频点的选取还是要根据使用场合和扬声器单元的不同而设置的。三分频点的设置，一般低频在400900Hz之间，中高频在35006000Hz之间。对于两分频网络，考虑到适当减小高音扬声器的输入功率以及改善高音重放质量，可适当将分频频率选高一些，通常可取20005000Hz左右。,常用分频网络的电路形式分频网络通常是由电感L和电容C构成的高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器组成。高通滤波器（HPF）只让高于某一频率的信号通过；低通滤波器（LPF）只让低于某一频率的信号通过；带通滤波器（BPF）只允许某两个频率之间的信号通过。由于电感线圈L具有通低频阻高频的特点，而电容C则具有通高频阻低频的特点，因此把L和C组合起来就可以构成各种分频网络。,在使用L、C构成分频网络时，使用一个L、C元件时具有-6dB/oct（倍频程）的特性，称为一阶分频器；使用两个L、C元件时，具有-12dB/oct的特性，称为二阶分频器。图（a）（b）所示为并联式和串联式一阶二分频网络；由电感L与低音扬声器串联构成低通滤波器，形成低频信号通路；电容C与高音扬声器串联构成高通滤波器，形成高频信号通路；合理选择L、C的大小可获得对应的分频点。,同样的原理，若在原有的高通滤波器与低通滤波器之间增加一个由LC串联或并联组成的带通滤波器，便可构成图（c）、（d）所示的一阶三分频网络。,一阶分频网络具有电路结构简单、在相同分频频率下电感量小、损耗小等优点。但在有效频率范围以外的频率信号进入扬声器单元后会使声音明显失真，因此只在要求不高的场合获得应用。图示为常用二阶二分频网络的电路图。,图示为常用二阶二分频网络的电路图。,图示为常用二阶三分频网络的电路图。,分频器的设计分频器的设计主要包括分频点的选取、分频斜率的确定及滤波器中电抗元件数值、阻抗补偿器和衰减器的计算。,分频点与分频斜率的正确选取分频器分频点的选取，应根据音箱和扬声器单元的综合要求来确定。首先应考虑高、中、低音扬声器的有效频率范围，选择各扬声器频响最平直的段落，尽量避开峰、谷较多的段落，保证每个扬声器均能工作在各自最佳的工作频段。还应充分考虑扬声器单元的指向特性，确保音箱在偏离水平轴向一定角度范围内频响特性无明显的变化。在设计过程中，可以考虑扬声器生产厂家推荐的分频点频率值。,分频器的阶数越高，分频点后的频率曲线斜率就越大。分频彻底，可减小单元之间的频率重叠，但所用元件要增加，相对成本增高。低阶（一阶）分频器的结构虽简单，但幅频特性较差，会出现单元频率重叠，失真较大。不同阶数分频器中高通与低通滤波器输出信号间的相位关系也不一样，一阶分频器在分频点上的相移为90；二阶分频器在分频点上的相移为180（高、低音扬声器应反相连接）；三阶分频器在分频点上的相移为270；四阶分频器在分频点上的相移为360（同相）。,功率分频器的设计与计算方法功率分频器多采用巴特沃斯（Butter Worth）分频器，瞬态响应好，频响特性曲线平坦。在一阶（6dB/oct）、二阶（12dB/oct）、三阶（18dB/oct）、四阶（24 dB/oct）中，应用最多的还是二阶分频器。二阶分频器的分频点有-3dB降落点和-6dB降落点两种取法。有关电抗元件的参数见表4-6（P159）和表4-7（P160）。,分频点取-3dB降落交叉点上的L值、C值计算方法：式中：f为分频点频率（Hz）；R0为扬声器的额定阻抗值（）。,分频点取-6dB降落交叉点上的L值、C值计算方法：,扬声器分频网络的阻抗补偿低音扬声器采用在其两端并联一电阻、电容、电感串联的谐振回路来补偿谐振频率处的阻抗。,式中，f0、R0分别为扬声器的谐振频率和额定阻抗；Z=Zmax-R0，Zmax为谐振频率处的阻抗；f=f2-f1，f2、f1分别为谐振频率左右阻抗下降至0.707时的频率值。,扬声器高频段的阻抗补偿采用在其两端并联电阻和电容串联的支路来实现。式中，R0为扬声器额定阻抗，f1为阻抗上升至额定阻抗1.4倍时的频率。,分频网络中的衰减器当高音单元的输出声压较低音单元高时，要在高通输出使用衰减器，电路结构如图。,式中，R0为扬声器额定阻抗，K=10A/20，A值的大小由扬声器单元的灵敏度确定。R1、R2的取值根据衰减量的不同而不同，如表4-8所示。,分频器的调整与使用分频器的参数设计是把扬声器看作一个额定电阻R0来确定的，实际上扬声器的阻抗就是音圈L的特性阻抗，它是随信号频率而变化的，为使其阻抗基本保持恒定，必须对扬声器的阻抗特性进行校正。校正方法是在分频器的输出端并联一个RC串联网络，其值可按 R=R0，C=L/R02进行选择。,当高、中、低音扬声器的灵敏度不一致时，还要在中、高频的分频器输出端加上适当的衰减器以调整其与低频扬声器的灵敏度和放声的平衡。常用的衰减器有固定式衰减器、可调式衰减器和抽头式衰减器等。,分频器与扬声器连接时，要按规定的相位接，即：串联时按“”、“”端首尾依次连接。并联时将所有的“”端连接在一起，所有的“”端连接在一起。否则将会引起频响混乱，影响音质。分频器的调整只需改变电容的大小，即通过串、并联电容器，可以方便地改变分频点的高低及分频曲线的形状。注意：上述调整需通过实际听音来进行。,