音箱單元與分頻技術(shù)

盡管不同的音箱在內(nèi)部吸音棉、倒相管、加強盤/加強隔板等部件的設(shè)計中可能有所不同,但從基本組成元素角度看,至少如下三部分在任何音箱中都是必需存在的:喇叭單元(或稱揚聲器單元)、箱體和分頻器。音箱單元與分頻技術(shù)

音箱的喇叭單元
  喇叭單元將功放送來的電信號轉(zhuǎn)換為聲音輸出,在音箱電-聲轉(zhuǎn)換中起最關(guān)鍵的作用。音箱的性能指標(biāo)和音質(zhì)表現(xiàn),極大程度上取決于喇叭單元的性能,因此,制造好音箱的先決條件是選用性能優(yōu)異的喇叭單元。

  對喇叭單元的性能要求概括起來主要有承載功率大,失真低、頻響寬、瞬態(tài)響應(yīng)好、靈敏度高幾個方面,但要在20Hz-20KHZ這么寬的全頻帶范圍內(nèi)同時很好兼顧失真、瞬態(tài)、功率等性能卻非常困難,所謂的全能選手盡管能夠獲得整體上的一定平衡,但往往在單獨細(xì)節(jié)上均嫌平庸,因此,在音箱設(shè)計中最簡單的思路便是讓喇叭單元各司其職,使用分頻段重放。

  為此喇叭廠商生產(chǎn)不同類型的單元,有的只負(fù)責(zé)播放低音,稱為低音單元,播放中音的叫中音單元,高音單元只負(fù)責(zé)播放高音,這樣例可采取針對性的設(shè)計,將每種單元的性能都做得比較好。小強家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)vxru.cn

  因此,盡管理論上可以采用一只全頻帶喇叭來設(shè)計音箱,不過出于上述考慮,用多個單元的組合來覆蓋整個音頻頻段的設(shè)計方式還是占了絕大多數(shù)。具體用幾只單元,取決于音頻范圍的頻率劃分方式,如果是簡單地分面高音和低音(或中低)兩只喇叭就夠了;如果是分高、中、低三段的三分頻音箱,那么最少也得用三只單元,現(xiàn)在兩只低頻單元并聯(lián)工作的設(shè)計方式也很流行,這樣總的單元數(shù)便可能達(dá)到四只;有些大型音箱的頻段劃分得更細(xì),如果再采用單元并聯(lián)工作的設(shè)計,總的喇叭單元數(shù)就會更多。在音箱的資料或說明書上通常有“X 路X單元”這樣的方案,就是對音箱的分頻路數(shù)和所用單元總數(shù)的具體說明,例如“三路四單元”,表示這是三分頻設(shè)計的音箱,總共用了四只喇叭單元,其余依此類推。

分頻器與音箱單元
  由于現(xiàn)在的音箱幾乎都采用多單元分頻段重放的設(shè)計方式,所以必須有一種裝置,能夠?qū)⒐Ψ潘蛠淼娜l帶音樂信號按需要劃分為高音、低音輸出或者高音、中音、低音輸出,才能跟相應(yīng)的喇叭單元連接,分頻器就是這樣的裝置。如果把全頻帶信號不加分配地直接送入高、中、低音單元中去,在單元頻響范圍之外的那部分“多余信號”會對正常頻帶內(nèi)的信號還原產(chǎn)生不利影響,甚至可能使高音、中音單元損壞。

  從電路結(jié)構(gòu)來看,分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構(gòu)成的LC濾波網(wǎng)絡(luò),高音通道是高通濾波器,它只讓高頻信號通過而阻此低頻信號;低音通道正好想反,它只讓低音通過而阻此高頻信號;中音通道則是一個帶通濾波器,除了一低一高兩個分頻點之間的頻率可以通過,高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實際的分頻器中,有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異,還要加入衰減電阻;另外,有些分頻器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補償網(wǎng)絡(luò),其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些,以便于功放驅(qū)動。音箱分頻方式的更詳細(xì)討論,可參考PC多媒體音箱的電子分頻技術(shù)一文。
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喇叭單元的種類

  喇叭單元的種類很多,分類方法也各不相同。如果按電-聲轉(zhuǎn)換的原理來分,有錐盆單元、平板單元、球頂單元、帶式單元等類型,其中錐盆單元和平板單元比較適合做高音,也有部分中音單元采用球頂式設(shè)計;從所覆蓋的頻帶來看,也有部分中音單元采用球頂式設(shè)計;從所覆蓋的頻帶來看,喇叭單元又可分為低音單元、中音單元、高音單元和全頻帶單元。

  目前最常見的低音單元和中音單元從轉(zhuǎn)換的原理上講都屬于電動式揚聲器,它們多采用錐盆狀的振膜,因為這形狀的振膜設(shè)計成熟、性能良好。振膜材料則多種多持,有傳統(tǒng)的紙質(zhì)振膜,也有高分子合成材料(如聚兩烯)制作的振膜,還有鋁、鎂等金屬材料制作的振膜。對振膜的要求是剛性好(不易產(chǎn)生分割振動)、重量輕(瞬態(tài)響應(yīng)好)、具有適當(dāng)?shù)膬?nèi)阻尼特性(抑制諧振),但這些要求并不容易同時滿足,但剛性不夠強;金屬振膜的剛性很好,但阻尼又欠佳;聚兩烯振膜比較好地廉顧了各個方面,近年來獲得較多的應(yīng)用。此外,還有些廠家采用很復(fù)雜的工藝制造振膜,“三明治”復(fù)合結(jié)構(gòu)就是其中之一,它的上下兩個表面之間夾著蜂巢結(jié)構(gòu)的中間層,整體上具有很高的剛性,同時又有重量輕、阻尼好的特點,很有發(fā)燒前途。小強家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)vxru.cn

  高音單元最常用的是球頂式高音,從工作原理上講也屬于電動式單元。球頂高音的振膜可以用金屬材料制造(如鋁、鈦、鈹?shù)?,稱為硬球頂,也可以用軟質(zhì)的織物制造(如蠶絲、化纖),稱為軟球頂,通常,硬球頂?shù)母哳l響應(yīng)比較好,而軟球頂?shù)穆曇舯容^柔和。近年來,帶式高音和靜電高音也得到一定的應(yīng)用,它們共同的優(yōu)點是振膜特別輕盈,因而高頻響應(yīng)出色,聲音纖細(xì)透明,不過,這兩種高音的生產(chǎn)如球頂高音那么容易,應(yīng)用不太普及。還有一種號角高音,由球頂式的驅(qū)動部分加一個喇叭狀的號角構(gòu)成,它的特點是聲音指向性強,而且效率高,因而在專業(yè)擴(kuò)音領(lǐng)域的音箱中應(yīng)用很普遍。還有一種同軸單元,實際上是低音和高音單元的組合,具體特點詳見相關(guān)問答。

低音單元與高音單元的安裝要求

  一般說來,低音單元必須要裝箱,高音則可裝可不裝。有兩個原因使得低音單元必須裝在箱子里:一是為了消除“聲短路”現(xiàn)象;二是為了抑制喇叭單元的低頻諧振峰。

  低音單元的振膜在前后運動時,除了有向前方輻射的聲波,兩個方向的聲輻射相位正好相反,即相差180度。由于低頻聲波的波長很長,其繞射能力是很強的,也就是說低頻聲波的方向性很弱,如果喇叭單元不裝箱的話,后向輻射的聲波就會繞到前面來與前方的輻射異相相消,總體上的前向聲波輻射能量就被大大削弱,這種現(xiàn)象稱為“聲短路”。“聲短路”現(xiàn)象必須設(shè)法消除,否則低頻根本無法有效地輻射。如果把喇叭單元裝在箱子里,振膜后方的輻射被箱子阻隔,也就不會形成“聲短路”了。

  而每一只電動式低頻單元都有一個低頻諧振點,在此諧振點上的輸出達(dá)到一個峰值,但失真也很高,瞬態(tài)響應(yīng)非常差,如果對此諧振峰不加以抑制,勢必嚴(yán)重影響重放的音質(zhì)。如果將單元裝箱,箱內(nèi)空氣的勁度就會對振膜的運動產(chǎn)生抑制作用,這樣就達(dá)到了壓低諧振峰、改善性能的目的。另外,通過含理選擇箱體的結(jié)構(gòu)和參數(shù),可以達(dá)到拓寬低頻響應(yīng)的目的,設(shè)計良好的倒相箱、無源輻射器音箱、傳輸線音箱都能獲得這樣的效果。

  對高音單元而言,情況則完全不同,因為高音的波長短,繞射能力弱,不存在“聲短路”現(xiàn)象,也不象低音單元那樣需要抑制低頻諧振峰,所以,對于高音單元,音箱的作用只是一個支撐。
 

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