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音箱單元和分頻技術(shù)介紹

盡管不同的音箱在內(nèi)部吸音棉、倒相管、加強(qiáng)盤(pán)/加強(qiáng)隔板等部件的設(shè)計(jì)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(chēng)揚(yáng)聲器單元)、箱體和分頻器。

音箱的喇叭單元
　　喇叭單元將功放送來(lái)的電信號(hào)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(duì)喇叭單元的性能要求概括起來(lái)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(gè)方面，但要在20Hz-20KHZ這么寬的全頻帶范圍內(nèi)同時(shí)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(dú)細(xì)節(jié)上均嫌平庸，因此，在音箱設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)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(chǎng)商生產(chǎn)不同類(lèi)型的單元，有的只負(fù)責(zé)播放低音，稱(chēng)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(duì)性的設(shè)計(jì)，將每種單元的性能都做得比較好。

　　因此，盡管理論上可以采用一只全頻帶喇叭來(lái)設(shè)計(jì)音箱，不過(guò)出于上述考慮，用多個(gè)單元的組合來(lái)覆蓋整個(gè)音頻頻段的設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(jì)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(jì)，總的喇叭單元數(shù)就會(huì)更多。在音箱的資料或說(shuō)明書(shū)上通常有“X 路X單元”這樣的方案，就是對(duì)音箱的分頻路數(shù)和所用單元總數(shù)的具體說(shuō)明，例如“三路四單元”，表示這是三分頻設(shè)計(jì)的音箱，總共用了四只喇叭單元，其余依此類(lèi)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(jì)方式，所以必須有一種裝置，能夠?qū)⒐Ψ潘蛠?lái)的全頻帶音樂(lè)信號(hào)按需要?jiǎng)澐譃楦咭簟⒌鸵糨敵龌蛘吒咭?、中音、低音輸出，才能跟相?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(hào)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(hào)”會(huì)對(duì)正常頻帶內(nèi)的信號(hào)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(lái)看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線(xiàn)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(hào)通過(guò)而阻此低頻信號(hào)；低音通道正好想反，它只讓低音通過(guò)而阻此高頻信號(hào)；中音通道則是一個(gè)帶通濾波器，除了一低一高兩個(gè)分頻點(diǎn)之間的頻率可以通過(guò)，高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實(shí)際的分頻器中，有時(shí)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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線(xiàn)心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動(dòng)。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。

喇叭單元的種類(lèi)
　　喇叭單元的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也各不相同。如果按電-聲轉(zhuǎn)換的原理來(lái)分，有錐盆單元、平板單元、球頂單元、帶式單元等類(lèi)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(jì)；從所覆蓋的頻帶來(lái)看，也有部分中音單元采用球頂式設(shè)計(jì)；從所覆蓋的頻帶來(lái)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(jiàn)的低音單元和中音單元從轉(zhuǎn)換的原理上講都屬于電動(dòng)式揚(yáng)聲器，它們多采用錐盆狀的振膜，因?yàn)檫@形狀的振膜設(shè)計(jì)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(duì)振膜的要求是剛性好(不易產(chǎn)生分割振動(dòng))、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(shí)滿(mǎn)足，但剛性不夠強(qiáng)；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(gè)方面，近年來(lái)獲得較多的應(yīng)用。此外，還有些廠(chǎng)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(gè)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(shí)又有重量輕、阻尼好的特點(diǎn)，很有發(fā)燒前途。

　　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(dòng)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(chēng)為硬球頂，也可以用軟質(zhì)的織物制造(如蠶絲、化纖)，稱(chēng)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(lái)，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(diǎn)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(guò)，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(hào)角高音，由球頂式的驅(qū)動(dòng)部分加一個(gè)喇叭狀的號(hào)角構(gòu)成，它的特點(diǎn)是聲音指向性強(qiáng)，而且效率高，因而在專(zhuān)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(shí)際上是低音和高音單元的組合，具體特點(diǎn)詳見(jiàn)相關(guān)問(wèn)答。

低音單元與高音單元的安裝要求
　　一般說(shuō)來(lái)，低音單元必須要裝箱，高音則可裝可不裝。有兩個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，除了有向前方輻射的聲波，兩個(gè)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(zhǎng)很長(zhǎng)，其繞射能力是很強(qiáng)的，也就是說(shuō)低頻聲波的方向性很弱，如果喇叭單元不裝箱的話(huà)，后向輻射的聲波就會(huì)繞到前面來(lái)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(chēng)為“聲短路”?！奥暥搪贰爆F(xiàn)象必須設(shè)法消除，否則低頻根本無(wú)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(huì)形成“聲短路”了。

　　而每一只電動(dòng)式低頻單元都有一個(gè)低頻諧振點(diǎn)，在此諧振點(diǎn)上的輸出達(dá)到一個(gè)峰值，但失真也很高，瞬態(tài)響應(yīng)非常差，如果對(duì)此諧振峰不加以抑制，勢(shì)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(huì)對(duì)振膜的運(yùn)動(dòng)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(guò)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(jì)良好的倒相箱、無(wú)源輻射器音箱、傳輸線(xiàn)音箱都能獲得這樣的效果。

　　對(duì)高音單元而言，情況則完全不同，因?yàn)楦咭舻牟ㄩL(zhǎng)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(duì)于高音單元，音箱的作用只是一個(gè)支撐。