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。
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)便可能達到四只；有些大型音箱的頻段劃分得更細，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
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。
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。
下載文檔
