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发表于 2008-5-7 15:50:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
音箱中电子分频器的功能及分类

本文首先介绍了分频器的原理,其次阐述了音箱中电子分频器的功能及分类,最后介绍了音箱的结构组成,分别从扬声器、箱体及分频器三个方面详细介绍。

  电子分频器简介

  在音响系统中,分频器是使扬声器正常而有效工作的重要部件,因为电动式扬声器在提高其放声功率过程中,由于其结构上的特点,导致其频率覆盖范围变窄,为了达到全频段大功率放声,必须分频段制作扬声器,再组合在一起放声,分频就是把信号分成两个或两个以上的频段,它能使扬声系统中的各种扬声器都工作于最佳的频率范围内,从而提高了功放的工作效率,降低了音箱的频率失真,实现了高保真重放声音信号的目的,按信号频段分,根据输出信号频段可分为二分频,三分频和四分频,用于实现分频任务的电路或音频设备称为分频器。

  分频器的原理

  根据分频器所处的位置不同,可分为功率分频器和电子分频器两种,功率分频器设在功率放大器和扬声器之间,将功率放大器输出信号分为高频段,中频段,低频段等频段信号,然后送到相应的扬声器中,如图7-29所示,功率分频器通常由无源LC网络组成,其优点是电路简单,接线容易,成本低。缺点是非线性失真较大,频率特性均匀性差,和扬声器不一匹配,并且分频器本身会消耗一部分声功率,同时使扬声器的阻尼变差,图7-30所示为两种三分频功率分配器。

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  用电子线路方式实现分频任务的音频设备称为电子分频器。

  电子分频器位于功率放大器之前,如图7-31所示,他将音频信号分频后再分别由各自的功率放大器进行放大,推动各自的扬声器单元放音,电子分频器通常由运算放大器及RC有源网络组成,因而调整方便,能得到较高的电声指标,并且具有可调的增益,可克服功率分频器的上述缺点。

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  音箱中电子分频器的功能及分类

  目前的扬声器还未能做到在整个音频范围(20Hz-20kHz)内获得比较均匀的重放频响特性,因此,只能用两只扬声器(一只高音、一只低音)或三只扬声器(高、中、低音)采取类似“接力”的办法来获得良好的音响效果。这样一来就需要设置一个专门的电路(称为分频器或分音器)以便把音频全频带分成两个或多个频段,分别送到不同的扬声器去放音。

  如前所述,分频器分为功率分频(后级分频)和电子分频(前级分频)两大类。功率分频是在音箱内部装设由电感、电容组成的分频网络,因而结构简单,连接方便,通用性强,在家用音箱和小功率专业音箱中广泛采用。但是功率分频网络要用大电流的电感元件,调整困难,分频点不易准确,功耗也较大,各频段输出功率大小的比例难以调整。因此在功率较大、要求较高的专业音响系统普遍都不用或少用功率分频而采用电子分频。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。

  电子分频系统的核心部分是电子分频器,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(称为2分频)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。

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  音箱的结构组成详解

  音箱(扬声器系统)一般主要由扬声器、箱体和分频器等组成。

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  1、扬声器

  扬声器(俗称喇叭)的作用是将功率放大器输出的电信号转换成声音信号再辐射出去。

  (1)扬声器的分类

  扬声器有多种分类方式:按其换能方式可分为电动式、电磁式、压电式、数字式等多种;按振膜结构可分为单纸盆、复合纸盆、复合号筒、同轴等多种;按振膜形状可分为锥盆式、球顶式、平板式、带式等多种;按重放频带可分为高频、中频、低频和全频带扬声器;按磁路形式可分为外磁式、内磁式、双磁路式和屏蔽式等多种;按磁路性质可分为铁氧体磁体、钕铁硼磁体、铝镍钴磁体扬声器;按振膜材料可分为纸质和非纸盆扬声器……

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  (2)电动式扬声器

  电动式扬声器是民用音响系统中应用最多的一种,它是利用音圈与恒定磁场之间的相互作用力使振膜振动而发声的。电动式的低音扬声器以锥盆式居多,中音扬声器多为锥盆式或球顶式,高音扬声器则以球顶式和带式、号筒式为常用。

  锥盆式扬声器的结构简单,能量转换效率较高。它使用的振膜材料以纸浆材料为主,或掺人羊毛、蚕丝、碳纤维等材料(或涂胶),以增加其刚性、内阻尼及防水等性能。新一代电动式锥盆扬声器使用了非纸质振膜材料,如聚丙烯、云母碳化聚丙烯、碳纤维编织、防弹布、硬质铝箔、CD波纹、玻璃纤维等复合材料,性能进一步提高。

  球顶式扬声器有软球顶和硬球顶之分。软球顶扬声器的振膜采用蚕丝、丝绢、浸渍酚醛树脂的棉布、化纤及复台材料,其特点是重放音质柔美;硬球顶扬声器的振膜采用铝合金、钛合金及铍合金等材料,其特点是重放音质清脆。

  号筒式扬声器的辐射方式与锥盆扬声器不同,它是在振膜振动后,声音经过号筒再扩散出去。其特点是电声转换及辐射效率高、距离远、失真小,但重放频带及指向性较窄。

  带式扬声器的音圈直接制作在整个振膜(铝台金或聚酰亚胺薄膜等)上,音圈与振膜间直接耦合。音圈产生的交变磁场与恒磁场相互作用,使带式振膜振动而辐射出声波。其特点是响应速度快、失真小,重放音质细腻、层次感好。

  2、箱体

  箱体用来消除扬声器单元的声短路、抑制其声共振,拓宽其频响范围,减小失真。

  音箱的箱体外形结构有书架式和落地式之分,还有立式和卧式之分。箱体内部结构又有密闭式、倒相式、带通式、空纸盆式、迷宫式、双腔双开口式、1/4波长加载式、对称驱动式和号筒式等多种形式,使用最多的是密闭式、倒相式和带通式,如下图所示。

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  3、分频器

  分频器有功率分频器和电子分频器之分,主要作用均是频带分割、幅频特性与相频特性校正、阻抗补偿与衰减等作用。

  功率分频器也称无源式后级分频器,是在功率放大器之后进行分频的。它主要由电感(L)、电阻(R)、电容(C)等无源元件组成滤波器网络,把各频段的音频信号分别送到相应频段的扬声器中去重放。其特点是制作成本低,结构简单,适合业余制作,但插入损耗大、效率低、瞬态特性较差。

  电子分频器也称有源式前级分频器,是由各种阻容元件与晶体管或集成电路等有源器件组成,它是置于前置放大器和功率放大器信号线路中的一种模拟电子滤波器,能把前置放大器输出的音频信号分成不同频段后,再送人功率放大器进行放大处理。其特点是各频段频谱平衡、相互干扰小、输出动态范围大,本身有一定的放大能力,插入损耗较小。但因电路复杂一些,业余制作的难度较功率分频器要大。

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  分频器按分频频段可分为二分频、三分频和四分频。二分频是将音频信号的整个频带划分成高频和低频两个频段;三分频是将整个频带划分成高频、中频和低频三个频段;四分频将三分频多划分出一个超低频段。业余条件下制作音箱,以二分频和三分频为主。

  分频点与分频斜率是直接影响分频器的分频频率(交叉频率)。

  分频点是指两个相邻扬声器(如二分频中的高音与低音,三分频中的高音与中音、中音与低音)的频响曲线在某一频率上的相交点,通常为两个扬声器中功率输出的一半处(即一3dB点)的频率,要根据音箱和每个扬声器的频率特性和失真度等参数决定。通常二分频分频器的分频点取lkHz~3k之间,三分频取250Hz~1kHz和5kHz两个分频点。

  分频斜率(也称滤波器的衰减斜率)用来反映分频点以下频响曲线的下降斜率,用分贝/倍频程(dB/oct))来表示。它有一阶(6dB/oct)、二阶(12dB/oct)、三阶(18dB/oct))和四阶(24dB/oct))之分,阶数越高,分频点后的频率曲线斜率就越大。较常用的是二阶分频斜率。高阶分频器可增加斜率但相移较大,低阶分频器能产生较平缓的斜率和很好的瞬态响应,但幅频特性较差。决定高、低音滤波的阶数主要应考虑到扬声器本身在分频点处相位的良好衔接问题。
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