组合扬声器系统(专业音箱)的设计原理

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所属分类:音箱设计
摘要

为了实现宽频带的声音辐射,必须把两个或两个以上不同功能的扬声器组合起来,使各扬声器单元发挥各自的优势,扬长避短,使辐射的音质达到最佳。

我们知道,使用一只扬声器要完成20~20000Hz的声音辐射是不可能的。为了实现宽频带的声音辐射,必须把两个或两个以上不同功能的扬声器组合起来,使各扬声器单元发挥各自的优势,扬长避短,使辐射的音质达到最佳。

在低频声音段,为了使低音扬声器(低音喇叭)的低频效果好,就要把低频扬声器(低音喇叭)的谐振频率设计得很低。为了达到此目的,对口径较大的低音扬声器(低音喇叭),需要把振动系统的质量增加到几kg,这样就会使低频扬声器(低音喇叭)在高频时的力阻很高,因而效率极低。也就是说,让低音扬声器(低音喇叭)仅在低频段发挥其作用,不要参与中高频的放音效果。

在中、高频声音段,应能采用中、高音扬声器单元。在中、高频策动下,中、高音扬声器因整个振动系统很轻,因此只有很小的阻抗,因而声辐射的效率很高。中、高频单元膜片做成较小的面积,目的有两个:一是可减轻振动系统质量;二是可以改善高频指向性。这样的扬声器谐振频率都设计在几百Hz以上,可在中、高频获得一定的灵敏度,完全不适用于低频段工作。中、高频扬声器以纸盆式,球顶形和号筒式为多。
组合扬声器系统除了具有频响宽、指向性好和整个范围辐射效率高以外,还有以下优点:

(1)组合扬声器系统可分频段组合,扬长避短,最大限度地发挥各自的优势,减小非线性失真;

(2)组合扬声器系统的互调失真比单个扬声器的小;

(3)组合扬声器系统的瞬态失真比单个扬声器的小。

组合扬声器系统要实现的目标是按频段分别由低、中、高扬声器单元来重放,并在辐射声场中使之合并,同时调整出均衡的、有层次的、能够重放较宽频带声音的放声终端。要达到这一目标,就需要在信号源与扬声器单元之间加接分频网络,以便把整个音频信号分配到各个单元中去。分频网络也称分频器,它的作用主要有两个:一是把音频信号中的高、中、低频率成分分开,分别供给高音扬声器、中音扬声器和低音扬声器放音;二是可以保护中、高音扬声器单元不受损坏且不产生严重失真。

下面简要介绍一下不同用途的组合扬声器系统的设计原则:

(1)电影系统中应用的组合扬声器系统。电影系统用组合扬声器箱的设计要求是:灵敏度高、功率大、失真小、指向性宽,而频率响应高频端只要到15000Hz即可。电影系统扩声用组合扬声器箱一般只用到二分频方式,而分频点的选取一般与所用的低音扬声器的口径有关,300mm的低音扬声器分频点一般选为800~1000Hz;380mm的低音扬声器分频点一般选为600~900Hz;460mm的低音扬声器分频点一般选为500~800Hz。

现代立体声影剧院用的组合扬声器系统,额定功率在100~150W,箱体大多为号筒加倒相式。低音单元常由一个高效低音或两只400mm左右的低音扬声器组成,中、高频单元常用双径向号筒扬声器,频率范围为36~15000Hz。小型电影院扩声用的组合扬声器设计要求是:体积小、频响宽、灵敏度高、失真小、指向性好。对于制片录音监听用的专业组合扬声器箱的要求基本上与上述要求相同,但对失真的要求更高,对组合扬声器对称性的要求也高。

(2)厅堂、剧场扩声用组合扬声器系统。厅堂、剧场扩声用组合扬声器要求有更大的功率,更宽的频率响应,灵敏度高,失真小和较宽的指向性。一般采用倒相式和号筒式中、高频的组合。在厅堂、剧场中常用话筒作为系统的信号源,因而常会出现较严重的声回授现象,这种回授主要出现在指向性很小的低频部分。因而,低频性能就成了主要问题,一般低频设计在45Hz就可以了。

对高频的要求则要宽一些,一般在15000~20000Hz。为了达到宽频带范围的要求,常采用三分频的组合扬声器,而分频点的设置在低频段一般在350~800Hz之间,中、高频段一般在3500~5000Hz之间。中音单元常用纸盆式扬声器,要求效率高的组合扬声器系统在中、高音范围时都要用号筒式扬声器。

(3)广播录音监听组合扬声器系统。这种组合扬声器系统是供广播电台或电影制片厂监听和录音时使用的组合扬声器,对这种组合扬声器系统的设计要求是很高的。

具体要求是:功率大、灵敏度高、动态范围大、指向性宽、频率范围宽约为36~20000Hz、失真要求2%以下;当用于立体声监听时,则要求两只配对的组合扬声器要求性能应尽可能一致,其幅度频响差别不得大于1dB。所以,对这种专业场合使用的组合扬声器,从单元到组合都要精心设计。其分频点的选取与厅堂组合扬声器相同。

(4)家用组合扬声器系统。家用组合扬声器有高、中、低三种档次,设计要求也不尽相同。家用组合扬声器的用途也很广,可用于广播、收音、电视伴音、录音(放)机等场合。用作电视伴音或调频广播的组合扬声器一般都有立体声,故要求较高。具体要求是:体积小、频响宽、失真小、灵敏度高、指向性宽、对称性好、成本不能太高。这种组合扬声器一般也要设计成倒相式,低音单元一般用小型高性能扬声器,5~6.5英寸的气垫扬声器用得较多,一般设计成二分频,高频由于要求在12000Hz以上,所以使用球顶型高音扬声器比较多。

高级唱机、专业录音机用的组合扬声器是高级立体声组合扬声器,落地式较多见,要求其功率大、频响宽、灵敏度高、失真小、指向性宽和对称性好。低频单元选用8~12英寸的低音扬声器,可以采用封闭式音箱或倒相式音箱,以三分频为最好,也可以设计成二分频,中频单元和高频单元宜用球顶扬声器,中频单元有些情况下也采用纸盆扬声器,这种立体声组合扬声器一般都具有40~18000Hz的频响,最好为40~20000Hz,两个分频点可以在300~500Hz和3000~5000Hz之间选取。

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