第二章音響系統(tǒng)設備及儀器

第一節(jié)傳聲器傳聲器又稱話筒或麥克風（Microphone，簡寫為MTC），是一種將聲信號轉換成電信號的電聲器件，它通常是音響系統(tǒng)中的最前端一個電聲器件，其性能好壞與使用是否恰當將直接關系到聲頻系統(tǒng)的聲音質量，因此在音響系統(tǒng)中是一個非常關鍵的器件。一、傳聲器的分類常用的傳聲器見圖2—1所示。這里所說的音響設備是指電聲音響設備，一個電聲音響系統(tǒng)需要有各種音響電子設備合理組成才能工作，也才能達到所需的良好效果。音響設備一般包括音源設備、擴音設備、放音設備三大類。三者的關系是：音源佳+功放佳+音箱佳=音色佳圖2—1常用的各類傳聲器

1.

按是否帶有傳輸電纜分，可分為有線傳聲器和無線傳聲器兩種。

2.

按能量來源分，可分為有源傳聲器和無源傳聲器兩類。

3.

按聲場作用力分，可分為壓強式、壓差式、復合式、拋物線反射鏡式、線列式、壓力區(qū)式。

4.按指向性分可分為單向式、雙指向式、全指向式（無指向）、可變指向式。以上各類傳聲器按結構和型號的不同，一般又可分為動圈式、晶體式、炭粒式、鋁帶式和電容式等，目前使用最廣泛的是動圈式傳聲器和電容式傳聲器，前者耐用、便宜，后者嬌嫩價高，但特性優(yōu)良。二、動圈式傳聲器動圈式傳聲器也叫電動式傳聲器（DynamicMicrophone）是根據(jù)電磁原理制成的，當傳聲器接收到聲波時，處在磁場中的線圈運動而產(chǎn)生電動勢，從而把聲音信號變?yōu)殡娦盘枴尤κ絺髀暺鲝V泛用于家庭和歌舞廳等場所，既適于人聲演唱，又適合于大多數(shù)的樂器擴聲，是目前使用最多的傳聲器。其主要特點是：使用簡單方便；與電容式傳聲器相比，它不需要附加前置放大器，沒有極化電壓，因而不需要向它饋送電源，牢固可靠，壽命長，性能穩(wěn)定，噪聲電平較低，價格便宜。但瞬態(tài)響應和高頻特性不及電容式傳聲器。三、電容式傳聲器電容式傳聲器（CondenserMitrophone）通常有兩種：一種是直流極化式；另一種是駐極體式。它們與動圈式傳聲器不同，它的振膜本身就是換能機構的主要部分。由于振膜又薄又輕，使電容式傳聲器具有優(yōu)良的頻率特性和瞬態(tài)特性，而且振動噪聲低。因此從質量指標上看，電容式傳聲器是電聲特性最好的一種傳聲器，它在很寬的頻率范圍內(nèi)具有平直的響應曲線，輸出高，失真小，瞬態(tài)響應好，在廣播電臺、電視臺、電視制片廠和要求高的廳堂擴聲及專業(yè)錄音中被廣泛使用，現(xiàn)在也正在向民用產(chǎn)品普及。電容式傳聲器是一種依靠電容量變化而起換能作用的傳聲器，它主要由極頭、前置放大器、極化電源等組成。電容傳聲器的極頭，實際上是一只平板電容器，只不過其中的一個電極是固定的，另一個是可動的。通常兩個電極相隔很近，可動電極就是極薄的振膜。當聲波到來時，振膜便會產(chǎn)生相應振動，從而改變電容器兩極板之間的距離，因而使電容量發(fā)生變化。由于電容兩極板間有電壓，當聲波使其容量發(fā)生變化時，電容上的電荷發(fā)生變化，電荷量隨時間的變化形成交變電流，在負載電阻R上便產(chǎn)生了一個對應變化規(guī)律的交流輸出電壓，但這個電路輸出阻抗很高，不能直接輸出，否則加到后接放大器的信號電壓非常小，且極易受到外界干擾。因此，需要在傳聲器殼內(nèi)裝一個前置放大器（又叫預放大器）進行阻抗變換，將高阻變換成低阻輸出。四、傳聲器的主要技術特性1．靈敏度M

靈敏度表示傳聲器的聲——電轉換效率。它規(guī)定在自由聲場中，在1000Hz的頻率下，0.1Pa規(guī)定聲壓從正面主軸上輸入時所測得的開路輸出電壓，單位為mV／Pa。

1Pa（帕）＝10μbar（微巴）。1μbar聲壓大致相當于人們按正常音量說話時，在正前方lm遠處測得的聲壓。動圈式傳聲器的靈敏度約為1.5～4mV／Pa。電容式傳聲器由于內(nèi)裝前置放大器，故其靈敏度要提高10倍左右，典型的數(shù)值是2mV／μbar。傳聲器的靈敏度有時也用分貝表示，并規(guī)定10V／Pa為0dB，因傳聲器輸出為毫伏級，所以靈敏度的分貝值始終為負值。2．頻響特性頻響特性，即頻率響應特性，是指傳聲器輸出電壓與頻率的關系，它是指傳聲器在一恒定聲壓下，對應聲源主軸上靈敏度隨頻率而變化的特性。要求有合適的頻響范圍，且該范圍內(nèi)的特性曲線應盡量平滑，以改善音質和抑制聲反饋。同樣的聲壓，而頻率不同的聲音加在傳聲器上，其靈敏度是不一樣的，頻響特性通常用在通頻帶范圍內(nèi)靈敏度相差的分貝數(shù)來表示，通頻帶范圍越寬，相差的分貝數(shù)越小，表示傳聲器的頻響特性越好，也就是傳聲器的頻率失真越小。通常動圈式傳聲器往往不取平坦的頻響曲線，而是在高頻段（3～5kHz）稍有提升，這樣可增加拾音的明亮度和清晰度。一般傳聲器在離聲源很近的距離使用時，會出現(xiàn)低頻提升的現(xiàn)象，稱為“近距效應”或“近講效應”。3．方向性傳聲器對于來自不同方向的聲音其靈敏度是不同的，這就是傳聲器的方向性（指向性）。方向性與聲音的頻率有關，一般頻率越高則指向性越強。為了保證音質，要求傳聲器在頻響范圍內(nèi)應有比較一致的方向性。方向性用傳聲器在某一特定頻率下正面方向和背面方向上的靈敏度的差值來表示，差值大于15dB者稱為強方向性傳聲器。傳聲器的產(chǎn)品說明書上常常給出主要頻率的方向極座標響應曲線圖案，一般類型有動圈式傳聲器的單方向性“心形”圖案；鋁帶式傳聲器的雙方向性“8”字形圖案；動圈、電容式傳聲器的無方向性“圓形”圖案和電容式的“超心形”圖案，參見表2—1所示。無方向性傳聲器適用于室內(nèi)一般擴聲用錄音；雙方向性傳聲器常用于立體聲拾音，比如M—S拾音；單方向性傳聲器適用于劇場大廳、體育館等場所擴聲用，也用于音樂、舞臺、卡拉OK、座談、新聞采訪等拾音。因此不同的使用目的應選擇不同指向性的傳聲器。

4．輸出阻抗由引線兩端看進去的傳聲器本身的阻抗稱為輸出阻抗（也叫源阻抗）。輸出阻抗也就是傳聲器的交流內(nèi)阻，通常在頻率為1000Hz，聲壓約為1Pa時測得。傳聲器有高阻抗和低阻抗之分。高阻抗的數(shù)值約為1000Ω～20kΩ。它可直接和放大器相連，而低阻抗約為50～1000Ω，要經(jīng)過變壓器匹配后，才能和放大器相接。高阻抗傳聲器的輸出電壓略高，靈敏度也較高，但引線電容所起的旁路作用較大，使高頻下降，同時也易受別的電磁干擾（感應交流聲），所以傳聲器的引線不宜太長，一般以10～20m為宜。低阻抗輸出的傳聲器無此缺陷，所以噪聲水平較低，引線可相應加長（有的擴音設備所帶的低阻抗傳聲器引線可達100m長）。舞臺演出專業(yè)用高質量傳聲器基本上都采用200Ω等低阻抗傳聲器。傳聲器按輸出阻抗分一般有如下規(guī)格。高阻抗類的輸出阻抗規(guī)格有：lkΩ、3kΩ、10kΩ、20kΩ、50kΩ等；低阻抗類的輸出阻抗規(guī)格有：150Ω、200Ω、250Ω、600Ω等。為了使傳聲器和后面設備的連接對整個系統(tǒng)的頻率響應不產(chǎn)生影響，一般要求后面設備的輸入阻抗是傳聲器輸出阻抗的5～10倍（稱為傳聲器的推薦負荷阻抗），由于高質量低阻抗傳聲器的阻抗多為200Ω，于是推薦負荷阻抗多為lkΩ。所以專業(yè)音響系統(tǒng)中的調(diào)音臺、錄音機等設備的輸入阻抗也為lkΩ。5．等效噪聲級假設有一聲波作用在傳聲器上，它所產(chǎn)生的輸出電壓的有效值和該傳聲器的輸出端的固有噪聲電壓相等，則該聲波的聲壓級就是傳聲器的等效噪聲級，此值越小越好。6.最大容許聲壓級一般以傳聲器在諧波失真為0.5％時的聲壓級作為最大容許聲壓級,高質量的傳聲器最大容許聲壓級已達135dB。7．動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指傳聲器在諧波失真為某一規(guī)定值（一般規(guī)定<0.5％）時所承受的最大聲壓級與傳聲器的等效噪聲級之差值。動態(tài)范圍小會引起傳輸聲音失真、音質變壞，因此要求傳聲器有足夠大的動態(tài)范圍。高保真?zhèn)髀暺鞯淖畲舐晧杭壴谥C波失真<0.5％時，動態(tài)范圍可達120dB。8.瞬態(tài)響應能力瞬態(tài)響應是指傳聲器對脈沖聲波的跟蹤能力，常用一個矩形波信號來激勵傳聲器，用示波器來觀測傳聲器輸出信號的波形，從而判斷其瞬態(tài)跟蹤能力，一般電容式傳聲器的瞬態(tài)響應要優(yōu)于動圈式傳聲器。傳聲器還有其它一些指標，這里不再一一列舉，需要時可查有關手冊。使用傳聲器時必須采用專用電纜饋送信號，并注意防振，因為傳聲器的損壞多數(shù)是振動引起的。同時用幾只傳聲器拾音時，必須使各傳聲器的極性相同（相位相同），以避免各傳聲器的信號在電路中相互抵消。近距離使用傳聲器時會產(chǎn)生“近講效應”，對低頻有提升作用，可增加聲音的“親切感”，但會影響聲音的清晰度。五、無線傳聲器1．無線傳聲器的特點一般傳聲器帶有電纜，只能固定在某一小范圍內(nèi)使用，對于走動的演員表演帶來困難，而且影響拾音效果。無線傳聲器省掉了電纜，人們可手持或胸前佩帶裝有小型發(fā)射機的無線傳聲器，自由行動（當然有一定的范圍），而且方位不受限制，因此它在廣播電視、錄音、音樂會、文藝演出、會議發(fā)言和課堂教學中得到廣泛的應用。2．無線傳聲器的基本原理無線傳聲器是由裝有傳聲器的小型發(fā)射機和接收機兩部分組成。傳聲器將聲音信號變成電信號，加到發(fā)射機去調(diào)制射頻信號（載波）以電磁波的形式從天線發(fā)射出去，然后由接收機接收并解調(diào)出原來的聲頻電信號。其基本原理見圖2—2所示。一般具有同一型號話筒芯的有線傳聲器和無線傳聲器都具有基本相近的特性和音質水平，但無線傳聲器聲音信號經(jīng)過高頻發(fā)射、空間傳輸和接收等一系列變換處理，帶來不可避免的不穩(wěn)定性和外部干擾，因此音質和信噪比及穩(wěn)定性等指標，往往會略低于同一型號（指話筒芯）、同一檔次的有線傳聲器。另外無線傳聲器還需要裝配電池，成本較高，保密性也差，對其它電子設備容易產(chǎn)生干擾。而它的優(yōu)點就是可以讓使用者脫離導線的束縛，擴展其活動空間。3．無線傳聲器的分類（1）按振蕩回路方式分：有調(diào)諧振蕩回路式(其電路簡單、頻率穩(wěn)定性較差，是普及型產(chǎn)品)；石英晶體控制電路式（頻率準確穩(wěn)定，但頻道固定）；鎖相環(huán)頻率合成式（頻率精確穩(wěn)定，且有多頻道）。（2）按載波頻率分：有FM型（工作在調(diào)頻波段88～108MHz）；VHF型(低頻VHF工作在30～50MHz，高頻VHF工作在150～250MHz)；UHF型（低頻UHF工作在300～600MHz，高頻UHF工作在700～1000MHz）。（3）按接收方式分：有單接收機單頻道接收型；單接收機多頻道接收型；雙接收機單頻道接收型；雙接收機多頻道接收型等。（4）按操作方式分：有手持式、夾式、頭戴式等多種無線傳聲器，分別適用于不同的場所。4．無線傳聲器的使用要求（1）不同的場所、不同的使用要求，應選擇不同規(guī)格和型號適合的無線傳聲器。（2）發(fā)射機不應超出接收機的接收范圍，最好應保持能看到接收天線的位置。（3）發(fā)射和接收天線應全部伸展。（4）避免將接收天線靠近金屬物體或導電的障礙物。（5）正式使用前，應作一定的實地試驗和調(diào)整。（6）如果發(fā)射機和接收機不在同一房間，為保證無干擾，接收機要采用遠程天線。（7）為了克服信號失落現(xiàn)象，往往需要使用多副無線傳聲器和多組分集接收的方式來保證信號的傳輸質量。（8）具有多頻道并使用多個無線傳聲器同時作業(yè)時，要應用多個互相不干擾的頻率。六、數(shù)字傳聲器1．“準”數(shù)字傳聲器由于數(shù)字音響設備的普及和廣泛使用，使很多音響系統(tǒng)的中間處理環(huán)節(jié)都使用了數(shù)字信號。所謂“準”數(shù)字傳聲器，是指在系統(tǒng)中加入A/D環(huán)節(jié)，將模擬傳聲器得到的模擬聲頻信號通過A/D轉換以后得到數(shù)字聲頻信號信號，送給后續(xù)的數(shù)字信號處理電路，如圖2－3所示。這種類型的電聲器件并不是真正意義上的數(shù)字器件，因此只能稱為“準”數(shù)字傳聲器。2．數(shù)字傳聲器（數(shù)字話筒）近年來對真正意義上的數(shù)字傳聲器有很多研究和探索。所謂真正意義上的數(shù)字傳聲器就是不經(jīng)過A/D環(huán)節(jié)，直接將聲音轉化為數(shù)字信號。目前數(shù)字傳聲器還停留在研究和實驗室階段，離實際的廣泛應用尚有一定的時間，但它是將來的發(fā)展趨勢。其中光電式數(shù)字傳聲器是目前相對比較成熟的一種數(shù)字傳聲器，其結構原理如圖2－4所示。

聲波進入傳聲器，引起振動模片發(fā)生相應的振動。由激光二極管發(fā)出的一束很細的激光束投射到振動模片上，并經(jīng)過由振動模片和反射鏡構成的多重反射腔，在反射腔內(nèi)，由振動模片引起的激光束位移經(jīng)過多次放大，將聲波的振動信號轉換城激光束的位移信號。接下來激光束進入擴束器，使光束直徑增大。擴束后的激光投射到光柵探測器上，光柵探測器將激光束的位移變化轉換成為對應的脈沖信號，脈沖信號送入信號處理電路，對脈沖進行計數(shù)，這樣最終輸出的數(shù)字信號就成為了反映聲波變化情況的數(shù)字聲頻信號。同時，應考慮到振動模片的振動具有方向性，因此在系統(tǒng)中加入了方向傳感器，其實質是一個電容傳感器，振動模片不同方向的振動，會在電容上感應出不同極性的變化量，該變化量控制信號處理電路中計數(shù)器的加或減，就可在最終的數(shù)字聲頻輸出信號中體現(xiàn)出振動模片的振動方向，也就是聲波的幅值變化方向。七、國產(chǎn)部分傳聲器的型號、規(guī)格和技術特性部分國產(chǎn)無線傳聲器的主要技術特性見表2—2。高保真?zhèn)髀暺鞯淖畹托阅芤?，見?—3。第二節(jié)聲源設備在音響系統(tǒng)中把提供節(jié)目材料的設備稱為聲源設備（SoundSource）或節(jié)目源設備（ProgramSource）。目前音響系統(tǒng)常用的聲源設備有傳聲器、調(diào)諧器（收音頭）、電唱機、CD唱機、磁光盤錄音機（MD）、磁帶錄音機（DCC）等。目前新開發(fā)的數(shù)字聲源設備還有HDR（硬盤錄音機）和DAW（數(shù)字音頻工作站）等。另外還有音視頻信號源設備，如磁帶錄像機、攝像機、LD、VCD、DVD以及數(shù)字錄像機、數(shù)字電視機等都屬于音像節(jié)目源，我們將在后面專門講述。目前記錄聲音的主要方法有：機械錄音、磁性錄音、光學錄音等，幾種錄音方法的主要技術指標參見表2—4。

一、電唱機1．唱片

1877年愛迪生發(fā)明了留聲機,結束了人類不能記錄聲音并重放聲音的歷史,從那以后人們就沒有停止過對完美的聽覺享受的追求,從最初的圓柱型錫箔蠟筒記錄到立體聲密紋唱片經(jīng)歷了70年。唱片是以機械形變的方式模擬存儲聲音信息的一種載體，一百多年來唱片為人類記錄下了許多珍貴的歷史性聲音作品。各種唱片的代號見表2—5。

2．電唱機簡介電唱機（Phono）的用途是放送各種轉速的唱片，并把唱片槽紋的機械振動轉變成電信號輸入至擴音機進行放大送到揚聲器重放出聲音。電唱機主要由電動機、傳動系統(tǒng)、轉盤、音臂、拾音器（拾音頭和唱針）及附件等組成。3．電唱機的選型（1）設計選型電唱機應滿足實際需要，一般電唱機應用時具有78、45、331／3三個轉速。轉速高的唱片音質較好，但一張唱片的時間較短，轉速慢的唱片音質較差，但一張唱片的時間較長。（2）電唱機的頻率響應應適合擴音機通頻帶范圍的要求，否則將影響擴音機通頻帶范圍的充分運用。（3）電唱機唱頭的輸出電壓和輸出阻抗應與擴音機唱機輸入孔的輸人阻抗相匹配（4）工作時振動越小越好。（5）機械結構要堅固耐用。（6）安裝時要注意水平放置，并要求平穩(wěn)。4．電唱機的特點雖然CD唱機有電聲指標比較優(yōu)異，操作方便，價格逐步下降等優(yōu)勢，電唱機市場也面臨著萎縮的局面，但至今為止，電唱機在音響世界中仍未被“淘汰出局”且頑強地生存著。這是因為它在音質方面仍保留著與CD的“數(shù)碼聲”有所不同的自己的特色，另外它適合迪斯科舞廳的DJ師們直接用手工控制“打碟”所能達到的特殊效果。但能夠固守“陣地”的電唱機都是高檔次的石英鎖相直驅式等類型的。此種電唱機是通過與石英晶體振蕩產(chǎn)生的標準頻率相比較，從鎖相電路反饋，能隨時精確地校正唱盤轉速，不受市電電壓、轉盤負載等因素影響（就像石英鐘一樣）。二、磁帶錄音機1．磁帶錄音機簡介磁帶錄音機是根據(jù)聲、電轉換和電、磁轉換原理工作的。它能把聲音信號變成音頻電信號，再產(chǎn)生磁場記錄在磁帶上，并根據(jù)需要隨時可以通過磁電聲的轉換把聲音重新播放出來。錄制在磁帶上的聲音可以比較長期地保存，不需要時還可以抹掉，重新錄制新的聲音信號，可反復使用。模擬式磁帶錄音機誕生于20世紀30年代，上世紀70、80年代風行全世界。但隨著CD、LD、VCD等數(shù)字式記錄的出現(xiàn)，模擬式磁帶錄音機開始備受冷落，這是由于它先天性弱點：一是和電唱機、CD、VCD等相比，其綜合電聲指標較差，特別是本底噪聲大，高頻特性不佳；二是操作不方便，特別是選曲困難；三是磁帶難保存，壽命短。但在相當長一段時間內(nèi)錄音機仍不會被淘汰，這是因為它目前還具有一些尚不能替代的功能和優(yōu)點：如可以極其方便地自行錄制或復制節(jié)目，并能重復使用，所以不論是歌手的自備伴奏帶，還是演出播放的伴舞曲，直到會議講話錄音，記者采訪錄音等場合，磁帶錄音機特別是優(yōu)質的磁帶錄音卡座，仍然是廣播音響系統(tǒng)通常配備的基本節(jié)目源之一。至于專業(yè)級的開盤錄音機，在電臺、電視臺、電影廠、學校的電化教育中心等，更有特殊的不可替代的位置。2．磁帶錄音機的種類（1）盤式磁帶錄音機（開盤式），它是把磁帶卷繞于兩個金屬盤或塑料盤上，常用的有250mm（10"）；180mm（7"）；130mm（5"）等幾種，所用磁帶寬度為6.25mm，帶速有83cm／s、19cm／s、9.5cm／s、4.8cm／s等，有單聲道、雙聲道立體聲和多聲道立體聲等，在磁帶錄音機中它的指標最高，主要用于專業(yè)級錄音制作。（2）盒式磁帶錄音機，它是目前最流行，使用最多的機種，帶盒尺寸為100.4mm×64mm×8.6mm，帶寬為3.81mm，帶速為4.76cm／s，分為單聲道、雙聲道、四聲道立體聲等幾種，還分為袖珍型、便攜型、組合型、單卡型、雙卡型等。（3）?。ㄎⅲ┖惺轿洐C，是指使用50mm×33mm×8mm盒裝磁帶的錄音機，帶寬為3.81mm，帶速為1.2cm／s和2.4cm／s，主要用于新聞采訪等特殊場所。（4）錄音座（CassetteDeck），是指只有前置放大器，沒有功率放大器和揚聲器，但可以用耳機監(jiān)聽的錄音機，這種機子同樣使用盒式磁帶，但它的機械和電聲性能指標都高于其他盒式錄音機。它主要用于各種音響系統(tǒng)中作為節(jié)目源之一。這種錄音機在音響工程中也叫卡座。（5）收錄機它是一種把收音機與盒式磁帶錄音機組合為一體的機型。（6）隨身聽（Walkman），它是一種可攜帶在腰間，用耳機收聽的立體聲錄音機3．卡座——專業(yè)音響系統(tǒng)廣泛使用的錄音座一般的盒式磁帶錄音機通常由磁帶驅動機構、磁頭錄放電路、控制電路、功放電路、偏磁振蕩電路、揚聲器等部分組成?？ㄗc普通錄音機不同之處在于，沒有功率放大器和揚聲器，不能單獨用于放音，較好的卡座采用三磁頭工作方式，其電聲技術指標比錄音機高得多?？ㄗＥc調(diào)諧器、電唱機、激光唱機、音頻處理設備、功率放大器、音箱等組合使用成為音響系統(tǒng)。錄音座（卡座）與普通錄音機的差別，除了在組成上有所不同外，更重要的是在性能指標上要高于普通錄音機，而且功能上也比較齊全。（1）磁帶選擇卡座大都有磁帶選擇功能，并且都是采用耐磨性好的磁頭，如鐵鋁硅合金磁頭、非晶態(tài)磁頭等，以適合金屬磁帶和各種磁帶。（2）杜比降噪系統(tǒng)卡座一般都裝有杜比降噪系統(tǒng)，如杜比B型、C型、SR型等，能有效地降低噪聲，提高信噪比。（3）磁頭自動反轉機芯卡座一般設有微電腦控制的自動的反轉裝置，可以不翻轉磁帶就能使磁帶的A面和B面進行連續(xù)放音。（4）直接驅動方式卡座大都不采用電機通過皮帶分別帶動主導軸和卷帶軸的傳動方式。而采用直接驅動（DD）方式，即直接用電機的旋轉軸作為主導軸驅動磁帶，這樣避免了中間傳動結構帶來的打滑、振動、轉速不勻等引起的抖晃、不穩(wěn)定對帶速的影響，因此顯著提高了性能指標，但對電機和伺服電路要求很高。

（5）自動功能控制卡座不僅性能高，而且功能完善，功能的轉換往往是自動控制的，例如能自動選曲、連續(xù)放音、磁帶性能自動檢測、磁帶余量自動顯示、錄音電平自動校準、輕觸邏輯控制、快速搜索節(jié)目、隨機復制、全自動定時及遙控等，這些都是由機內(nèi)微電腦來實現(xiàn)的。（6）三磁頭、三電機高級卡座三磁頭即錄音、放音、抹音分別使用三個專用磁頭，機內(nèi)放大器也分別使用專用的錄音放大器和放音放大器，所以錄音系統(tǒng)和放音系統(tǒng)都能按各自的要求進行最佳的設計和調(diào)整，從而實現(xiàn)高性能。三電機是指用三個電機分別直接驅動主軸及兩個帶盤，可使錄音和放音的速度誤差低至千分之幾，抖晃率不超過0.03％。4．錄音機的選用在選擇錄音機時，應注意錄音機本身的質量和其他設備的配合要求。錄音機的頻率響應要求要寬一些，而且高低音輸出對中音輸出的比值要小一些，錄音機本身的失真度要小，而信噪比要高一些，輸入和輸出的電平及阻抗應能與音響系統(tǒng)的其他相關設備相適應。幾種專業(yè)錄音卡座的性能指標參見表2—6，可供選擇時參考。三、CD唱機1．CD唱機簡介

CD唱機又稱為激光唱機或鐳射唱機，它是最早進入市場的數(shù)字聲源信號設備，CD是CompactDisc的縮寫，意為小型唱片，現(xiàn)在通指運用激光方式的小型數(shù)字音響播音設備。數(shù)字音響設備與模擬音響設備相比，有如下特點。數(shù)字音響的主要優(yōu)點是音質優(yōu)良，CD機的各項指標大都高于模擬式電唱機和磁帶錄音機，尤其是信噪比、動態(tài)范圍和立體聲分離度三項指標都在90dB以上，常稱為“三個90dB”。而且CD盤經(jīng)過多次重放或轉錄、其聲音質量不會劣化。另外CD機放音時沒有直接的機械接觸，只是光照形式，理論上講CD片是永不磨損的。再就是CD機采用數(shù)字化，易于大規(guī)模集成電路，使整機性能穩(wěn)定，便于調(diào)試，可靠性高，減小體積。數(shù)字音響設備的主要缺點是設備比模擬音響復雜，而且價格較高，但是，由于大規(guī)模集成化和技術、工藝的進步，設備的復雜性也將逐漸被簡化，價格也在逐漸降低，這是發(fā)展的趨勢。2．CD唱機的基本工作原理

CD機是一種光、機、電一體化的高科技精密產(chǎn)品，其基本工作原理是通過聲—電—光的轉換方式將聲音信號變成電信號再將電信號變成激光信號，通過光刻而記錄在CD唱片上。放聲時則相反，通過光—電轉換方式，由激光束照射CD唱片而反射出的數(shù)字信號，再經(jīng)過D／A（數(shù)字/模擬）轉換而還原成聲音。

CD唱片上的信號是數(shù)字信號，是由一連串的“坑”、“島”（相當于0和1）的軌跡組成的數(shù)字符號。當激光頭射出的激光束聚焦于唱片鍍膜的“坑”上時，激光束的大部分被散射掉，只有小部分能返回到光電二極管上，此時光電二極管的輸出信號為“0”，當激光束聚焦于“島”上時，激光束的大部分反射到光電二極管上，此時光電二極管輸出信號為“1”。隨著唱片旋轉，“坑”、“島”不斷地掃過激光束，從而形成了連續(xù)的“0”和“1”信號流，經(jīng)過光電轉換，電流—電壓轉換、放大、整形后就獲得了唱片上所記錄的數(shù)字聲音信號，這種數(shù)字信號中還包含有調(diào)制、同步、糾錯等編碼信號，故必須經(jīng)過解碼、數(shù)字濾波和D／A轉換后才能獲得原來的模擬聲信號。3．CD機的技術指標（1）頻率響應CD機能輕易地達到頻率響應在5Hz～20kHz范圍。（2）信噪比在100dB左右（已相當不錯），此值越高，聲音就越清晰，噪聲越小。（3）動態(tài)范圍一般機型都在96dB以上。（4）失真度普通機型為0.05％左右，中、高檔機在0.004％甚至更小。（5）抖晃率拌晃率極低（0.001％以下）。（6）取樣頻率，量化位數(shù)和超取樣頻率CD唱片制作時，要先將模擬信號轉換成數(shù)字信號，A／D轉換包括取樣和量化兩個過程。取樣是用離散的點來表示原始波形，每秒鐘取樣的次數(shù)叫取樣頻率fs，在CD標準中規(guī)定這一值為44.1kHz，取樣之后再進行量化，就是將取樣值數(shù)字化，即用二進制數(shù)來表示，CD標準中規(guī)定其量化位數(shù)為16比特（bit）。

CD機要將CD唱片上記錄的數(shù)字信號翻譯成相應的模擬信號。為了改善音質，現(xiàn)在都采用過取樣（超取樣）的辦法，那就是對量化的信息可以比原取樣頻率（fs=44.1kHz）高整數(shù)倍的頻率再取樣，有意把高次諧波成分向更高的頻率區(qū)域搬遷，同時在D／A轉換之前插入數(shù)字濾波器。從而減弱了由于濾波器引起的音質惡化問題。低檔CD機的超取樣頻率（或稱取樣比率）一般為2fs或4fs，中高檔機的超取樣頻率則高達8fs、16fs甚至45fs等。（7）解碼比特數(shù)：CD唱片上的數(shù)碼信號是用16bit計數(shù)，如果用同樣位數(shù)的D／A轉換器來轉換這些數(shù)字信號，就會出現(xiàn)信噪比不夠高。解決的辦法是增加D／A轉換的位數(shù)，比如解碼器比特數(shù)增加到18bit、20bit，甚至22bit等?？傊獯a時超取樣頻率越高，數(shù)模轉換的比特數(shù)越多，其轉換的精度就越高，量化噪聲也就越小，信噪比自然也就高了。上述的（6）、（7）兩條是CD機特有的指標，也是比較重要的指標。表2—7和表2—8分別列出CD機的幾個等級性能比較和CD唱片唱機系統(tǒng)技術性能數(shù)據(jù)。注：（1）指1kHz時，（2）指20Hz～20kHz時。4．CD的發(fā)展

CD唱片及唱機系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)字電子技術、激光技術、大規(guī)模集成電路技術、高密度記錄技術和精密機械伺服技術等高科技相互滲透和相互結合的結晶，CD系統(tǒng)記錄密度極高、容量達600Mbit，一張CD唱片的記錄量相當于500～1000張5英寸計算機用的軟盤容量。因此得到廣泛的應用和快速的發(fā)展。（1）CD—ROMCD—ROM是以CD方式制成的只讀存儲器（ROM）光盤，是為了記錄只讀信息數(shù)據(jù)而研制的一種存儲媒介制式，其外表和CD唱片一樣，信息面的物理結構也類似于CD唱片，但其數(shù)據(jù)格式與CD不同，因此CD—ROM與CD不能兼容。必須使用CD—ROM驅動器和接口電路才能使CD—ROM工作。

CD—ROM不僅可作計算機的外存儲器使用，還是一種電子出版物的基礎，也可進行音樂的放音。一張CD—ROM可存儲3600個靜止畫面，或18000張計算機圖形，或27．5萬頁英文字母和數(shù)字，幾十冊大型書籍記錄?？梢娖淙萘恐螅ㄒ话愦笥?4MB）。（2）CD—ICD—I是CompactDiscInteractive的縮寫，稱為交互式CD唱片。它是CD—ROM格式的一種發(fā)展，是一種集音響（A）、圖像（V），計算機數(shù)據(jù)（C）為一體的AVC系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可將聲音、圖像、數(shù)據(jù)混合記錄在碟片上，因此它的應用很廣。（3）CD—VCD—V（CD—Video）稱為影視CD碟片，是CD和激光電視唱片（Laser—Vision）系統(tǒng)結合的產(chǎn)物。CD—V是同時具有圖像及音樂功能的碟片。（4）CD—GCD—G（CD—Graphic）是CD圖示系統(tǒng)，稱為圖文CD（圖形CD）碟片，它可以在放送音樂的同時，顯示靜止畫面或文字、音樂符號等，常用于卡拉OK等，它的音頻部分與CD一樣，并利用CD未占用的部分（子碼區(qū)）來存儲記錄靜止畫面和字符等內(nèi)容。（5）Video—CDVideo—CD簡稱VCD，俗稱小影碟，它是利用圖像壓縮技術（MPEG）的影視激光唱片，能同時播放活動圖像和伴音，時間長達74min。后來又發(fā)展了SVCD、DVD等影視光碟，它們都需要專門的播放機，一般DVD兼容SVCD和VCD，而SVCD兼容VCD。（6）MDCD唱機在全部性能上都大大超過了傳統(tǒng)的模擬唱機和磁帶錄音機，但是CD唱機和磁帶式錄音機相比，也有不足之處，即不能進行自我錄制。此外，其抗振性能也較差，MD（索尼公司研制）補救了上述缺憾。

MD碟片直徑為64mm，置于一個72mm×68mm×5mm的塑料長盒中，在長盒的一邊設計了供激光讀取用的窗口，這種結構類似于計算機用的3.5英寸軟盤。這樣能更好地保護光碟。

MD實際上是對兩種不同型式小型光碟的總稱，一種是專供放音用的光盤，另一種是可錄放的光盤，它們都具有74min的播放容量。錄放型MD、又稱MD—MO（MiniDisc—MagnetOptical），是具有垂直磁化膜層的光磁盤，既可錄音，又可重放，可重復寫100萬次以上。目前MD與CD唱片、唱機不具有互換性。但MD的信息記錄方式與非常CD相似，因此MD可以認為是CD家族的發(fā)展。如今、MD被認為是替代模擬盒式磁帶錄音機的又一個產(chǎn)品。（7）CD—R這是一種可錄式CD機，在播出系統(tǒng)上與CD機原理和技術指標基本相同，但CD—R機多了錄音功能，可寫在CD—R和CD—RW兩種碟片上，既有數(shù)字信號輸入和輸出，又有模擬信號輸入和輸出。以上介紹了幾種目前常見的有代表性的CD媒體,雖然CD家族規(guī)模龐大，不斷出新,但只要了解其發(fā)展進程、基本性能、相互關系、兼容程度等要素，就可很快掌握新的CD種類，選擇新的CD設備，保證工程設計的先進性和實用性。第三節(jié)揚聲器及音箱一個完善的音響工程（系統(tǒng)）中，必須要有良好的揚聲器系統(tǒng)（SpeakerSystem）。揚聲器系統(tǒng)由揚聲器（LoudSpea

Rer或Speaker）與音箱（Cabinet），分頻器三者組成。由于揚聲器和分頻器都裝在音箱內(nèi)，所以就常用“音箱”一詞代表一個最簡單的揚聲器系統(tǒng)。音箱是整個音響系統(tǒng)的終端，其作用是把音頻電能轉換成相應的聲能，并把它輻射到一定的空間去供人門欣賞，它是音響系統(tǒng)中極其重要的部分。因為它擔負著把電信號轉變成聲信號供人的耳朵直接聆聽的任務，是直接與人的聽覺打交道（而人的聽覺是十分靈敏，且對復雜聲音的音色、方位具有很強的辨別能力）的關鍵器件。所有的音響設備不論有多么優(yōu)秀、多么完善、多么高級，如沒有良好的揚聲器系統(tǒng)和良好的配置，那么其優(yōu)越性是體現(xiàn)不出來的，因此可以認為音箱的性能高低對一個音響系統(tǒng)的放音質量起著關鍵作用。當然各類音箱的正確擺放和布置對放音質量也很重要的（后面在工程設計中會講）。但要注意，由于音箱的功能涉及到把電能轉換成聲能這種不同性質能量的變換，就使它成為音響系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。所謂“薄弱”，一是指它容易損壞，特別是高頻揚聲器容易燒毀；二是指它的各項技術指標，如頻率響應、失真度等都比其他音響設備要差些(難于做得很高)。一、揚聲器1．揚聲器的類型揚聲器（俗稱喇叭）按工作原理可分為電動式、靜電式、電磁式和離子式等數(shù)種。按其工作頻段可分為低頻（音）揚聲器、中頻（音）揚聲器和高頻（音）揚聲器，其中電動式揚聲器應用最廣。（1）紙盆式：發(fā)聲振膜一般是紙質圓錐型，通常作為音響系統(tǒng)放聲的低頻或中頻單元。（2）球頂式：振膜呈球頂形，重放頻帶寬、高頻特性好，但效率較低，通常作為音響系統(tǒng)放聲的高頻或中頻單元。（3）號筒式：通過號筒向空間介質輻射聲波，效率較高，但重放頻帶較窄，通常作為音響系統(tǒng)放聲的高頻單元。電動式揚聲器又可分為紙盆揚聲器（紙盆不一定是紙）和號筒揚聲器。紙盆揚聲器的口徑約為φ20～φ500mm不等，有效頻率范圍約在20Hz～16kHz，標稱功率在0.05～100W之間，頻響較寬，但發(fā)聲效率低，一般在0.5％～8％左右。號筒揚聲器的常用功率在5～50W之間，發(fā)聲效率可達5％～25％。其中折疊式號筒揚聲器的高頻響應較差。高頻號筒式揚聲器的高頻響應較好，可達15kHz以上，但這種揚聲器不適合于800Hz以下的低頻聲音，如輸入低頻信號時，將因振幅過大而損壞揚聲器（不損壞也輸不出不失真的低音），因此高頻號筒揚聲器不能單獨使用，必須通過分頻器才能與低頻揚聲器聯(lián)用。2．揚聲器的結構這里我們只講述專業(yè)音響普遍采用的電動式揚聲器的結構及工作原理。（1）揚聲器的工作原理在電工原理中我們學過：當在永久磁場中的導體內(nèi)有電流通過時，由于載流體產(chǎn)生的磁場和永久磁場之間相互作用，載流導體將作垂直于電流方向的運動。當導體內(nèi)電流數(shù)值及方向改變時，推動導體運動的力的大小和方向也隨之改變，也就是說，在磁隙的磁通密度和音圈導線長度不變的情況下，只要改變音圈的輸入電流就會改變音圈和永久磁鐵之間的作用力。因為音圈是和紙盆粘聯(lián)在一起的，因而隨著音頻電流的變化，音圈將帶動紙盆作相應的振動而發(fā)出聲音來。（2）電動或紙盆揚聲器，主要由電振動系統(tǒng)（紙盆、音圈和支架）、磁路系統(tǒng)（永久磁鐵、導磁夾板和圓形芯柱）及各種輔助性零件組成。有些紙盆揚聲器采用橡膠邊、泡沫邊和布邊。這種揚聲器的最大優(yōu)點是自身的諧振頻率較低，能重放較低的頻率，而且失真也較小，它的缺點是效率較低（就像人在沙上跑、跳一樣）要有足夠的輸入功率。另外時間長了易老化。中、高頻揚聲器的結構，除了部分仍用上述紙盆結構外，還有球頂形和號筒式兩種基本形式。（3）球頂型高音揚聲器（Dome），其工作原理與紙盆揚聲器相似，只是振膜為近似半球形的球面，其尺寸一般較小，通常只有35～100mm，按其振膜軟硬的程度，可以分為硬球頂（鋁合金、鈦合金等）揚聲器和軟球頂（化纖、橡膠等）揚聲器。硬球頂音質清脆，適合于重放現(xiàn)代音樂，軟球頂音質柔和，適合于重放古典音樂。球頂揚聲器的主要優(yōu)點是重放頻帶較寬，高頻可達25kHz，指向性也較寬，瞬態(tài)特性好，失真小，但效率低，這種揚聲器，由于其音質好，被廣泛用于高保真揚聲器系統(tǒng)中作高音揚聲單元。但由于它的額定功率較小，而不適用于歌舞廳、迪斯科廳等要求高聲壓級的場所。（4）號筒式高音揚聲器，目前在大功率專業(yè)音箱中用得最多，這是因為其輻射效率高（達到直射式揚聲器的數(shù)十倍），具有恒定指向性和輻射距離遠的優(yōu)點。電動式號筒揚聲器又稱號角喇叭，它的工作原理與電動式紙盆揚聲器一樣，但聲音的輻射方式不同，紙盆揚聲器是依靠振膜（紙盆）將聲音直接輻射出去，而號筒揚聲器則是依靠振膜振動后，聲音經(jīng)過號筒再擴散出去，屬于間接輻射方式。號筒式揚聲器包括驅動單元（簡稱音頭Driver）和號筒（Horn）兩部分，驅動單元與球頂揚聲器相似，振膜的振動通過號筒與空氣耦合而輻射聲能，號筒的形狀有圓錐形、指數(shù)形、雙曲線函數(shù)形等各種形狀。當頻率增高時，其振膜各部分輻射聲波的相位不一致會引起干涉，使揚聲器頻響曲線出現(xiàn)峰谷起伏，為此加入喉塞（又叫相位等化器）以消除干擾。號筒式揚聲器的最大優(yōu)點是電聲轉換效率較高，非線性失真通常也小于紙盆揚聲器。新型的液磁（磁流體）式號筒揚聲器更可承受較大功率。它的缺點是重放頻帶較窄，指向性也不寬，但在某些場合這也是優(yōu)點。（5）壓電陶瓷式揚聲器，某些晶體和陶瓷具有加上電流會產(chǎn)生機械變形的壓電效應，如加上音頻電流會產(chǎn)生與之相應的振動而發(fā)音。有些專業(yè)音箱也采用壓電陶瓷式高音揚聲器，多數(shù)人覺得其重放高音效果似乎比不上號筒式揚聲器，但其體積較小，價格較低，仍受到較廣泛使用。（6）組合式揚聲器，將頻率響應范圍不同的揚聲器組合在一個揚聲器的盆架上構成一只揚聲器，頻率響應可獲得明顯擴展，結構復雜、造價高，國內(nèi)產(chǎn)品尚不多見。3．揚聲器的主要技術指標（1）標稱功率指揚聲器長期工作時能夠輸入的最大電功率（W或VA），其短時過載能力可為標稱功率的1.05～2倍。揚聲器在標稱功率下工作時，不會過載而發(fā)熱，也不會產(chǎn)生明顯的失真。（2）阻抗揚聲器的輸入端的測量阻抗，它隨輸入信號的頻率而變化。一般揚聲器上標注的是400Hz時的測定阻抗，此值，在小口徑揚聲器時為音圈直流電阻的1.05～1.1倍，在大口徑時則為1.1～1.5倍。揚聲器的標稱阻抗是廠家設計給出的，是工程中計算饋給揚聲器電功率的基準，也用于匹配計算。（3）頻率響應及有效頻率范圍揚聲器輸入不同頻率的規(guī)定電壓時，所發(fā)出的聲壓或聲強的變化稱為揚聲器的頻響特性。在頻響曲線上，不均勻度在15dB之間的頻響寬度稱為揚聲器的有效頻率范圍，它是揚聲器重放工作時的主要頻率范圍。為了使重放聲音的頻率失真小，有效頻率范圍應該寬一些，其間曲線也應平滑，則重放聲音的聲調(diào)和音色就越接近原音。（4）平均特性靈敏度揚聲器在規(guī)定功率輸入時，在軸1m處的聲壓值稱為靈敏度Ea，Ea與頻率有關，通常取有效頻率范圍內(nèi)的算術平均值，以平均聲壓（Pa）或平均聲級（dB）表示，即產(chǎn)品說明中給出的平均特性靈敏度Ea，若用dB為單位表示則稱平均特性靈敏度級。（5）失真度失真度一般指非線性諧波失真，即揚聲器輸入一個頻率的正弦信號時，在它的輸出信號中，除了有輸入信號的基波成分外，還出現(xiàn)了基波的二次、三次等諧波成分。揚聲器標注的失真度一般是指額定功率下的最大失真度，因為揚聲器對聲音的各種頻率諧波的失真程度是不同的。（6）瞬態(tài)失真瞬態(tài)失真是指由于揚聲器的振動系統(tǒng)跟不上快速變化的電信號而產(chǎn)生的輸出波形與輸入波形之間的差別。為了改善揚聲器的瞬態(tài)失真，一般將揚聲器的頻率響應擴展到超聲音頻段，這樣可以改善信號的前沿特性，并依靠揚聲器的阻尼來減少信號的拖尾時間。（7）指向特性揚聲器發(fā)聲時空間各點聲壓級與聲音輻射方向的關系特性，稱為輻射指向性，它表征揚聲器在不同方向上輻射聲波的能力。指向特性是以輻射角的大小來標志的，輻射角是指在指向性曲線中，聲壓級比主軸降低6dB時的角度，即所謂6dB輻射角。揚聲器的指向特性與頻率關系很大，頻率越高，輻射角越小，即指向性越強，一般小于250Hz時，指向性就不明顯了。在相同的頻率時，直徑大的揚聲器的指向性比直徑小的揚聲器的指向性更強。（8）壽命和可靠性在正常情況下?lián)P聲器能夠連續(xù)工作的時間越長，說明其使用壽命越高，而長時間工作不出現(xiàn)故障則說明其可靠性越好。4．數(shù)字揚聲器（1）“準”數(shù)字揚聲器“準”數(shù)字揚聲器是在系統(tǒng)中D/A環(huán)節(jié)，如圖2－5所示。同樣，這種類型的電聲器件并不是真正意義上的數(shù)字器件，因此只能稱為“準”數(shù)字揚聲器。（2）數(shù)字揚聲器目前技術比較成熟的數(shù)字揚聲器主要有DTA（數(shù)字換能器陣列）和MVCDL（多音圈數(shù)字揚聲器）兩種形式。由美國德克薩斯儀器公司開發(fā)的數(shù)字換能器陣列式數(shù)字揚聲器如圖2－6所示。圖中的每個換能器就像一個微型揚聲器，它是由兩片面對的導電層構成一個平行板電容器，其中一片導電層上附有薄膜。當接收端接收數(shù)字音頻信號后，通過編碼器轉換為位驅動信號，再通過脈沖成形電路補償換能器的非線性失真后，驅動換能器中的薄膜振動發(fā)聲。整個揚聲器完全是由數(shù)字信號驅動的，各個換能器的聲音信號疊加，就可還原出所輸入的聲音信號。多音圈數(shù)字揚聲器的結構如圖2－7所示。這種揚聲器是在普通揚聲器的基礎上，安裝了多個音頻線圈，每個線圈對應著一位輸入數(shù)字音頻信號，受到數(shù)字信號的控制，每個音圈都會產(chǎn)生一個作用力作用在振動膜上，各個音圈的合力共同作用，就能使振動膜振動還原出輸入的聲音信號。

二、揚聲器的組合1．簡介我們知道如果采用單只揚聲器是很難達到高保真重放聲音的，這是因為采用大口徑的紙盆揚聲器，雖然可以取得較好的低音效果，但這種揚聲器的高頻重放效率很低。若采用小型的高頻揚聲器，高音得到照顧，又無法放出低音，而且它的指向性很尖銳，使稍微偏離揚聲器軸向的聽眾就感到高頻明顯衰減。要解決這個問題，最好是選擇幾個不同頻率特性的揚聲器裝在一個揚聲器箱內(nèi)，將整個音頻信號分成幾段，由高、中、低頻揚聲器單元分別重放，這就是揚聲器的組合系統(tǒng)（也叫音箱）。它一般由揚聲器單元、分頻電路及衰減電路、箱體三部分組成。2．分頻電路的連接幾種揚聲器的組合是要用所謂分頻電路來連接的。分頻電路的作用就是把聲頻信號分解為低頻、中頻和高頻信號，分頻電路有兩種基本形式。（1）電子分頻方法把分頻電路插入在前置放大器和功率放大器中間，然后由獨立的功率放大器分別推動高、低頻揚聲器單元，可有效降低功率放大器的互調(diào)失真。這種分頻方式如圖2—8所示，高，低頻互相影響少，所以音質較好，但需要多個功率放大器，成本較高，因而在高要求，高質量的放音系統(tǒng)中廣泛使用。圖2－8電子分頻框圖圖2－9功率分頻框圖（2）功率分頻方法也稱為后級分頻。雖然放音質量不如前者，但使用起來很方便，而且做得好，效果也不錯，所以在家用音響及很多專業(yè)音響系統(tǒng)中仍得到廣泛采用。所謂功率分頻，是功率放大器的輸出信號通過分頻電路后、分別饋送到各個揚聲器單元，功率分頻電路的參數(shù)與揚聲器的阻抗有密切的關系，要根據(jù)阻抗來調(diào)整分頻點，如圖2—9所示，組成功率分頻電路的電感、電容等元器件通常都與揚聲器一起裝在音箱內(nèi)部。三、音箱這里所說的音箱是指裝揚聲器和分頻器的箱子，它除了保護揚聲器外，并有美觀、裝飾作用，更主要的是音箱具有三大基本功能，即防止聲短路、提高聲學功能和提高效率，可大大改善了播音效果，是音響系統(tǒng)中必不可少的裝置。1．聲短路效應所有使用紙盆式輻射的電動式揚聲器，在有音頻信號電流通過時，因紙盆的振動使聲波朝著前后兩個方向傳播。當紙盆向前振動的瞬間，前面的空氣被壓縮，形成密集的空氣層，而后面則形成稀疏的空氣層。紙盆向后運動時的情況正好相反。紙盆振動的每一瞬間，前后聲波的相位總是相反的，后面的聲波繞過揚聲器周邊與前面的聲波相遇，就會發(fā)生干涉現(xiàn)象，結果互相抵消，使放出的聲音變小，這種現(xiàn)象就是“聲短路”效應。這種效應與聲音的頻率有關，頻率越低，聲波繞射能力越強，“聲短路”現(xiàn)象越嚴重。為了消除聲短路效應，理論上可把揚聲器安裝在一塊盡可能大的隔離板上，把前后的聲波隔開。但隔離板太小了沒有多少效果，太大了既占地方，又不美觀，因此，我們把隔離板折彎，制成箱子形狀，這就是音箱，為了提高聲學性能。當然對音箱還有許多的重要的要求。2．封閉式揚聲器系統(tǒng)（也稱氣墊音箱）這種揚聲器音箱除了揚聲器紙盆的向外輻射孔外，其他都是封閉的，揚聲器向內(nèi)輻射的聲波基本上被箱體內(nèi)的吸音材料吸收，不會造成聲波干涉。這種音箱的最大優(yōu)點是體積小、改善了低頻效果，是一種較理想的結構，最大缺點是發(fā)音效率低。3．倒相式揚聲器系統(tǒng)封閉式揚聲器箱效率低，主要是揚聲器向音箱內(nèi)輻射的聲波（聲能）被吸音材料吸收了，得不到充分利用。而倒相式揚聲器箱在箱體面板上增加一個或兩個倒相孔，在倒相孔后面（箱內(nèi)）接一短管。這樣，可使原來揚聲器向內(nèi)輻射的部分聲波反相，使倒相孔空氣振動與紙盆前的空氣振動相位一致，從而同相地向前輻射，提高了音箱的效率。另外，倒相式揚聲器系統(tǒng)可避免揚聲器大振幅時所引起的低頻失真，因此目前在專業(yè)音響系統(tǒng)中廣泛使用。4．揚聲器系統(tǒng)的分類（1）揚聲器系統(tǒng)按分頻方式可分為：單分頻音箱、二分頻音箱、三分頻音箱、四分頻音箱、多分頻音箱和超重低音音箱等。（2）按用途可分為：主音箱（大功率、寬頻帶、高聲壓級，是音響系統(tǒng)的核心）、返送音箱（功率較小、頻帶較寬，用于演員、樂隊自己監(jiān)聽聲音效果）、監(jiān)聽音箱（功率較小、頻帶寬，性能要求很高，用于音響師監(jiān)聽節(jié)目的真實效果，便于控制和調(diào)音）、中置音箱、環(huán)繞聲音箱、天花音箱、防水音箱、迷你音箱等。（3）按基本結構可分為：背面敞開式音箱、封閉式音箱、倒相式音箱、對稱驅動型音箱、前向號筒型音箱、背向號筒型音箱、組合號筒型音箱等。5．聲柱（音柱）（1）聲柱的工作原理聲柱是多只揚聲器（一般4～6只）經(jīng)排列組合并同相連接而成的，由于縱向揚聲器到達某點的相位差所引起的聲波干涉效應，使得聲柱軸線（聲軸）能量比較集中，聚成主聲束，其他方向上較低能量的聲束則稱為副聲束。聲柱的指向特性在水平方向與單只揚聲器差不多，但在垂直方向上則有很大差別，聲束在水平方向上像扇子一樣鋪開，但在垂直方向上出現(xiàn)較強的指向特性（高頻尤為突出），形成近薄遠厚狀的立體輻射效果。將聲柱安裝在舞臺鏡框式臺口的附近指向聽眾，主聲束以很強的聲能輻射至觀眾廳后排，前排則因揚聲器的豎向距離不同引起的相位差而互相削弱，這就使得音場的直射聲分布趨于均勻。聲柱的水平方向不應“聚束”，應該有較大的水平輻射角，以使得音場在左右方向能比較均勻。聲柱特別適用在回音較大的建筑物內(nèi)。（2）聲柱的主要技術特性聲柱的特點是在垂直方向上有很強的指向特性，可以用主聲束寬度2φ角來表示：（2—1）式中λ——波長（m）；

L——聲柱長度（m）?？梢?，聲柱越長，聲束越窄，能量越集中，指向性越強。當聲柱長度固定時，頻率越高越小，則聲束越窄，指向性越強。聲柱按不同結構可以組成多種規(guī)格，但其內(nèi)部的各揚聲器要相同，連接相位要一致，每只揚聲器的間距要相等，利用聲柱，并合理控制聲柱的懸掛高度和俯角，可以使得聲場比較均勻、清晰。由于聲柱總的額定功率是單只揚聲器的好幾倍，同時由于聲軸方向的聚焦作用，使靈敏度成倍提高，對遠距離擴聲很有效。6．揚聲器系統(tǒng)的設計原則（1）廳堂、劇場用揚聲器系統(tǒng)要求有很大的聲功率、極寬的頻率響應、極高的靈敏度、較寬的指向特性和極小的失真度，一般采用倒相式和號筒式低、中、高頻的組合。（2）電影用揚聲器系統(tǒng)要求聲功率大、靈敏度高、動態(tài)范圍大、失真小、指向性寬、而頻率響應的高頻端一般只要到15kHz即可。（3）廣播錄音監(jiān)聽用揚聲器系統(tǒng)要求是很高的，具體是功率大、靈敏度高、動態(tài)范圍大、失真小、指向性寬、頻率范圍達全聲頻（20Hz～20kHz）。（4）家庭音響用揚聲器系統(tǒng)要求體積小、頻率響應寬、失真小、靈敏度高、指向性寬、對稱性好、成本不能太高。一般也是設計成倒相二分頻式，高頻要求12kHz以上。（5）高級唱機、專業(yè)錄音機用揚聲器系統(tǒng)要求更高。四、喊話器喊話器是一種自成一體的擴聲系統(tǒng)，它由話筒、放大電路、控制器、揚聲器、電池等組成，攜帶方便，并具有較大的傳聲距離和較高的語言清晰度，常用于運動場、露天會議、建設工程、攝影外景地、導游等場所。五、國內(nèi)外音箱簡介當前國內(nèi)外較有名氣的專業(yè)音箱廠家有美國的JBL（B·蘭辛）、BOSE（博士）、EV（電聲）和ALTEC（阿爾特克）等數(shù)家，從我國市場上看，前兩個牌子的占有率較高。此外如美國的Peavey（百威）、Souandtech（聲塔）、日本的YAMAHA（雅馬哈）、英國的OHM（奧妙）、美國的BAGEND（伯利恒）、EAW、Community（C牌）等在國內(nèi)也很有影響。這類音箱和揚聲器系統(tǒng)都具有比較高超的性能指標，音質優(yōu)美，但價格相當昂貴。國產(chǎn)專業(yè)揚聲器廠家近年在追趕國際水平上很下功夫，取得了相當成效，如飛達、南鯨、國光、飛樂等三家和廣東一些后起之秀廠家生產(chǎn)的專業(yè)揚聲器和音箱的性能都已相當不錯，已能滿足各類音響系統(tǒng)和工程的需要，如沒有很高，很特殊的要求，可盡量采用國產(chǎn)品牌。六、電子分頻器1．電子分頻器的功能及分類目前的揚聲器還不能做到在整個音頻范圍（20Hz～20kHz）內(nèi)獲得比較均勻的重放頻響特性，因此，只能用兩只揚聲器（一只高音，一只低音）或三只揚聲器（高、中、低音）分別工作在不同頻率段的辦法來獲得良好的音響效果。這樣一來就需要設置一個專門的電路（稱分頻器或分音器）以便把音頻全頻帶分成兩個或多個頻段，分別送到不同的揚聲器去放音。

前面我們講過，分頻器分為功率分頻（后級分頻）和電子分頻（前級分頻）兩大類。功率分頻是在音箱內(nèi)部裝設由電感、電容組成的分頻網(wǎng)絡進行分頻后送入不同的揚聲器，因而結構簡單，連接方便，通用性強，在家用音響和小功率專業(yè)音箱中廣泛應用。但是功率分頻網(wǎng)絡要用大電流的電感元件，調(diào)整困難，分頻點不易準確，功耗也較大，各頻段輸出功率大小的比例難以調(diào)整。因此在功率較大，要求較高的專業(yè)音響系統(tǒng)中普遍都不用或少用功率分頻而采用電子分頻（前級分頻）。就是在家庭影院等一類家用音響中，需要產(chǎn)生超重低音效果時也采用電子分頻電路。電子分頻系統(tǒng)的核心部分是電子分頻電路，它的任務是在功率放大器之前，把音頻信號按高、低兩個頻段（稱為2分頻）或高、中、低三個頻段（稱為3分頻）分開分別輸出，送至各頻段專用的功率放大器放大后驅動各頻段的揚聲器。2．電子分頻器的連接及調(diào)整（1）電子分頻器的連接一般電子分頻器的連接框圖參見圖2—11所示。圖2—11電子分頻器連接圖從上圖中可見，從調(diào)音臺主輸出送來的立體聲信號（通常再經(jīng)過均衡器處理后送來），通過屏蔽信號線分別接入電子分頻器的左、右兩個聲道的輸入接口，經(jīng)分頻器處理后，再從左路、右路的高音頻和低音頻輸出口分別輸出高音頻信號和低音頻信號，送入四個專用功率放大器，分別進行功放后，再分別送入左、右兩個音箱的高音號角和低音揚聲器進行放音，獲得了比較均勻的重放頻響特性的立體聲。圖2—12是一個由有源高通濾器和低通濾器組成的二分頻的原理電路，而三分頻、四分頻的原理電路只要再加入相應的帶通濾器就可構成。（2）電子分頻器的調(diào)整一般電子分頻器，可通過面板的“模式開關”選擇立體聲二分頻、二分頻和單聲道三分頻等。其分頻頻率有若干個（如12個），可通過開關進行選擇。并通過旋鈕調(diào)節(jié)各頻段的輸出電平高低，以改變高、低、中音的放音比例，獲得不同的氣氛和適應不同節(jié)目的不同要求。此外還有1個40Hz的低通濾波按鈕，按下時可濾除“隆隆”的次聲（交流聲）和對揚聲器構成危險和無用低音。圖2—12電子二分頻電路原理圖七、揚聲器系統(tǒng)控制器近年國內(nèi)外各大專業(yè)揚聲器公司紛紛推出由專用的電子控制器與音箱結合的組合式揚聲器系統(tǒng)，這一發(fā)展動向值得我們注意。揚聲器控制系統(tǒng)（SpeakerSystemController）簡稱為系統(tǒng)控制器或音箱控制器，它首先具有電子分頻的基本功能，但又不僅僅是一個分頻器，而且兼有專門匹配音箱頻響特性的動態(tài)均衡功能、安全保護功能和自動轉接線路的功能等。實踐證明電子控制器組成的揚聲器系統(tǒng)，在電聲升特性指標和安全保護性能方面都上了一個新臺階，特別在大功率應用時效果更加突出。當前的發(fā)展動向是這類電子控制器組合揚聲器系統(tǒng)有取代一般揚聲器系統(tǒng)的趨勢。八、音箱的使用和保護措施音箱，特別是其中的高音揚聲器是整個音響系統(tǒng)中最為脆弱，最容易損壞的部件，為了減少損壞的危險，保證音響系統(tǒng)的正常工作，需要從系統(tǒng)設計、操作使用到音箱本身增加保護電路等多方面采取措施。1．操作注意事項操作使用時應特別注意功率放大器輸出的音量要適當，尤其要避免一些強大的沖擊信號造成揚聲器損壞。每次開機、關機、插拔電源插頭和插拔各個部分的信號線時，都應先把調(diào)音臺音量控制關到最?。辉捦驳涞孛嬉约皬娏业姆答亣[叫都會對揚聲器構成威脅，應力求避免。音響系統(tǒng)的啟動和關閉應有正確的順序：開機時，應先接通各個前級（包括信號源、調(diào)音臺、處理器）的電源，最后才能接通功率放大器電源；關機時則應先把調(diào)音臺音量關至最小，再切斷功放電源，最后才關閉各個前級設備的電源，這樣就可把對揚聲器的沖擊減至最小。近年有的廠家生產(chǎn)了所謂的“電源順序控制器”利用電延時繼電器的動作，使各臺設備能按預定的先后次序接通和切斷電源，提高了操作的安全性，避免了誤操作可能帶來的不必要損失。2．削波失真對高音揚聲器的危害我們知道燒毀揚聲器單元的電能量全部來自于功率放大器，從直覺考慮，額定輸出功率過大的功放級，會對額定輸入功率偏小的揚聲器構成威脅，這是每一個音響系統(tǒng)設計人員和操作人員都很容易想到并會力求避免的情況。但在實際應用中往往一臺功率不大（小于或等于音箱功率）的功放反而在不知不覺中把高音揚聲器燒毀，這種現(xiàn)象怎樣解釋呢?

我們首先要弄清楚兩個問題：一是音樂信號的特性，二是功率放大器輸出功率的特性。（1）音樂信號特性一個音樂信號中包含了從低音到高音的不同頻率成分，而這些不同頻率成分中所具有的能量并不一定平均分布的，而是比較集中于中音區(qū)和低音區(qū)，這是音樂信號能量分布的自然性，通常在3kHz以上的高音區(qū)的能量要比中、低音區(qū)的量能低10～20dB。因此在正常情況下一個由高音單元和低音單元組成的2分頻音箱中，設計高音揚聲器承受的功率只有低音揚聲器承受功率的十分之一左右，各音箱廠家設計制作產(chǎn)品時基本都是按照這一關系來安排高、低音揚聲器的。例如一只100W的音箱中，通常選用一只100W的低音揚聲器，再配一只20W左右的高音揚聲器，在正常情況下這個高音揚聲器已經(jīng)具備了雙倍的承受能力了。（2）功率放大器的輸出功率特性在前面我們已經(jīng)提到過功率放大器的額定輸出功率。在專業(yè)功放中，我們通常都用“最大不失真輸出功率”這個指標來表示功放的額定容量，以一臺100W／8Ω的功率放大器為例，這個指標表示這臺功率放大器在合適的輸入信號推動下，在諧波失真（THD）不超過0.5％時，對8Ω的負載可提供100W的功率而長時期完全穩(wěn)定地工作。但不是說這臺功率放大器在任何情況下都輸出100W，如當負載阻抗變化或輸入信號電平變化時，這臺功放的輸出功率會在很大范圍內(nèi)（0到200W甚至更多）變化。在保持失真度不超過0.5％的前提下，如果負載阻抗降為4Ω（例如兩只8Ω揚聲器并聯(lián)），其輸出功率就會上升到約150W，而功放的發(fā)熱程度也隨之增加，但仍能長期安全工作；如果負載阻抗再降為2Ω（四只8Ω揚聲器并聯(lián)）時，功放的輸出功率將會增加到200W，發(fā)熱更嚴重，一般功放都不宜在這種狀態(tài)下長期工作，以免過熱損壞。功放的輸入信號電平大小對功率放大器工作狀態(tài)也有相當?shù)挠绊憽Ｔ谪撦d為8Ω不變的條件下如果輸入信號為零（如話筒無人說話或音量控制關死），則輸出功率當然也為零。隨著輸入信號電平增大則功放的輸出功率也隨之增大，當輸入信號達到額定數(shù)值時，輸出功率也將達到額定值（100W），此時失真會等于或接近于額值（0.5％）。如果繼續(xù)增大輸入信號電平（例如把調(diào)音臺的推子推得很高），則功放的輸出功率將超過其額定值100W而繼續(xù)升高，此時失真系數(shù)也會增大，往往超過其額定值（0.5％），這就是所謂的過荷驅動。圖2—13顯示一臺功率放大器正常工作時不失真輸出的正弦波形，此時該信號的平均輸出功率為峰值輸出功率的一半。圖2—14是當功率放大器過荷驅動出現(xiàn)削波失真的波形，此時平均輸出功率將接近峰值輸出功率值，正弦波輸出信號基本上變成了方波信號，由電工學原理關于諧波分析的傅里葉級數(shù)理論可知，一個周期性的非正弦波信號是由頻率從低至高排列的一連串正弦波信號所組成，分別稱為基波、二次諧波（頻率為基波的二倍）、三次諧波（頻率為基波的三倍）…等。具體包含有哪些諧波成分則依非正弦波的波形不同而定。例如一個頻率為lkHz的基波外，還會產(chǎn)生一連串奇次諧波，即3kHz、5kHz、7kHz…等高次諧波信號。正弦波被削波越嚴重，其產(chǎn)生的高次諧波成分越多。正是這些由削波失真而帶來的高次諧波信號，提高了高頻輸出功率，對高音揚聲器構成了極大的威脅，被稱為高音揚聲器的頭號“殺手”。這時樂音中低音與高音成分的分布比例已不再是前述的音樂信號能量分布自然性（大約10:1）的關系，而是高音分量被大大增強。由此引出一個問題，到底功放與音箱兩者的“功率匹配”應當如何掌握這個問題看似簡單其實很復雜。很多書刊、手冊常?；\統(tǒng)地提到，“功率放大器功率應等于或不大于音箱的功率就確保安全”。我們?nèi)绻豢紤]波形失真的影響，這個結論當然是正確的，因此許多小功率民用音響系統(tǒng)或背景音樂系統(tǒng)都是按這個原則設計的。但對于大功率的專業(yè)音響系統(tǒng)，問題就復雜得多。美國JBL公司明確建議，使用JBL音箱的用戶應按“功率放大器額定輸出功率是揚聲器額定功率的一倍半或二倍”進行功率匹配，即200W音箱，功放功率不應低于300W至400W，這是有一定道理的，因為這樣的匹配能確保聲音不削波失真，并減少損壞揚聲器的危險。我們在今后的設計中，應該考慮這樣的匹配方式。圖2—13正弦波圖形圖2—14削波失真圖形3．揚聲器保護電路揚聲器的保護電路主要是指高音保護電路，英文名稱為SonicGuard，意譯為“聲音的保鏢”。一般揚聲器保護電路有兩種設計方案。其一是斷路保護，即在揚聲器單元過荷之前，將信號斷開，這種方法非常可靠地保護了揚聲器，但播音會突然中斷，破壞了氣氛。其二是用于高檔系列產(chǎn)品的控制器，它有多組限幅器，限制了信號的幅度，功率過荷的機會大為減小，但這樣卻會扼殺了音樂的動態(tài)，令播音在某些時刻變得平淡乏味。因此上述兩種方法都是折中的解決辦法。

JBL的高音保護電路還配置有明顯的指示裝置，當保護電路啟動開始保護時，在音箱接線端子盒上的紅色指示燈便開始閃亮，紅燈不亮時表示音箱不需要保護，處在安全工作狀態(tài)；紅燈偶然閃亮表示音箱仍然安全，但已經(jīng)處于臨界狀態(tài)，不應再把音量加大；假若紅燈長亮著，表示音箱已處于危險工作狀態(tài)，過量的能量可能燒毀音箱元件，此時使用者必須馬上將輸入功率減小。九、音箱的布局在音響系統(tǒng)中，與音質關系最為密切的設備是揚聲器系統(tǒng)，和放大器相比音箱很特殊，因為同一套音箱在不同的場所使用放音效果也有很大的區(qū)別，即使在同一場所使用，因擺放位置不同也會有相當?shù)牟町?。音箱擺放位置對低音重放性能和立體聲效果極為重要。