第1章音響技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1.1聲學(xué)基礎(chǔ)1.2聲源、聲場(chǎng)及室內(nèi)聲學(xué)1.3音響系統(tǒng)的分類和組成1.4音響系統(tǒng)的電聲性能指標(biāo)1.5立體聲基礎(chǔ)

1.1聲學(xué)基礎(chǔ)

1.1.1聲波的基本特性

1.聲波和聲音

聲波是機(jī)械振動(dòng)或氣流擾動(dòng)引起周圍彈性介質(zhì)發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象。聲波也稱為彈性波。

聲波的定義有兩種：一是彈性媒質(zhì)中傳播的壓力、應(yīng)力、質(zhì)點(diǎn)位移、質(zhì)點(diǎn)速度等的變化或幾種變化的綜合；二是聲源產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，迫使其周圍的空氣質(zhì)點(diǎn)往復(fù)移動(dòng)，使空氣中

產(chǎn)生附加的交變壓力，這一壓力波稱為聲波。

2.聲速、波長和頻率

聲波可以在空氣、液體及固體等媒質(zhì)中傳播，但不能在真空中傳播。

聲波在一個(gè)周期T內(nèi)傳播的距離稱為波長，用符號(hào)λ表示，單位為m。聲波每秒鐘周期性振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，用符號(hào)f表示，單位為Hz，周期T和頻率f互為倒數(shù)。

聲速、波長和頻率之間的關(guān)系為

(1-1)1.1.2聲音的特性參數(shù)

1.頻率與倍頻程

倍頻程是用來比較兩個(gè)聲頻大小的，兩個(gè)不同頻率的聲音作比較時(shí)，起決定意義的是兩個(gè)頻率的比值，而不是它們的差值。

倍頻程定義為兩個(gè)聲音的頻率或音調(diào)之比的對(duì)數(shù)，其公式為

(1-2)

2.聲阻抗與特性阻抗

媒質(zhì)中某點(diǎn)的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度的復(fù)數(shù)比值稱為聲阻抗率，其單位是Pa·s/m(帕·秒每米)，它的實(shí)部是聲阻率，虛部是聲抗率。

聲場(chǎng)中聲阻抗Za定義為表面上的平均有效聲壓p與經(jīng)過有效體積的速度U之比，即

(1-3)聲阻抗的單位是N·s/m3(?！っ朊苛⒎矫?，即MKS制聲歐姆。由于U的含義不明確，人們通常用質(zhì)點(diǎn)速度v來代替U，因此定義聲場(chǎng)中某位置的聲壓與該位置的質(zhì)點(diǎn)速度之比為該位置的聲阻抗率Zs，即

(1-4)在理想介質(zhì)中，聲阻抗也是有損耗的，不過它不是把電量轉(zhuǎn)化成熱量，而是把能量從一處向另一處轉(zhuǎn)移，即傳播損耗。

平面波在傳播過程中的聲抗率可用下式計(jì)算

(1-5)

3.聲壓與聲壓級(jí)

聲波的強(qiáng)度可用聲壓、聲壓級(jí)來定量描述。

聲壓級(jí)指的是有效聲壓和基準(zhǔn)聲壓比值的常用對(duì)數(shù)的20倍，單位為dB，用Lp表示，即

(1-6)

4.聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)

各類聲音除了音調(diào)的不同外，還有響度的差別。對(duì)于一定頻率的聲音，其響度主要由聲音的強(qiáng)弱來決定。

在自由平面波或球面波中，設(shè)有效聲壓為p，傳播速度為c，介質(zhì)密度為ρ0，則在傳播方向上的聲強(qiáng)為

(1-7)聲強(qiáng)級(jí)指的是對(duì)聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)的比值取常用對(duì)數(shù)后再乘以10所得的值，單位為dB，用LI表示，即

(1-8)

5.聲功率與聲功率級(jí)

聲源輻射聲波時(shí)對(duì)外做功。聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過指定面積的聲能量。聲功率是在整個(gè)可聽聲的頻率范圍內(nèi)所輻射的功率，或者是在某個(gè)有限頻率范圍所輻射的功率(通常稱為頻帶聲功率)。聲功率可表示為

(1-9)聲功率級(jí)指的是對(duì)待測(cè)聲功率與基準(zhǔn)聲功率的比值取常用對(duì)數(shù)后再乘10所得的值，單位dB，用LW表示，即

(1-10)

6.頻譜與譜級(jí)

聲源發(fā)出的聲音并不是單一頻率的，而是同時(shí)含有許多復(fù)雜的頻率。頻譜是把時(shí)間函數(shù)的分量按幅值或相位表示為頻率函數(shù)的分布圖形。根據(jù)聲音的不同，它的聲譜可能是線譜、連續(xù)譜或二者之和，即混合譜。實(shí)際的聲音是由許多不同頻率、不同強(qiáng)度的純音組合而成的。譜級(jí)也稱密度級(jí)，指的是對(duì)信號(hào)在某一頻率的譜密度與基準(zhǔn)譜密度的比值取常用對(duì)數(shù)后再乘以10所得的值。單位為dB，用Lpr表示，即

(1-11)

7.音質(zhì)

1)音調(diào)(Pitch)

音調(diào)表示聲音頻率的高低，主要與聲源每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)有關(guān)，是人耳對(duì)聲調(diào)高低的主觀評(píng)價(jià)尺度。音調(diào)的客觀評(píng)價(jià)尺度是聲波的頻率。

2)音色(Timbre)

音色是指聲音的色彩和特點(diǎn)。不同的人和不同的樂器都會(huì)發(fā)出各具特色的聲音，可以說它與聲源振動(dòng)的頻譜有關(guān)。如果說，音調(diào)是單一頻率的象征，那么音色則是由多種頻率所組成的復(fù)合頻率的表現(xiàn)。圖1-1所示為鋼琴彈奏某一音階時(shí)

的聲譜。圖1-1鋼琴的頻譜

3)音量(Intensity)

音量是指聲音的強(qiáng)度或響度，標(biāo)志聲音的強(qiáng)弱程度。它主要與聲源振動(dòng)幅度的大小有關(guān)，太弱了聽不見，太強(qiáng)了會(huì)使人受不了。人耳所能聽到的聲強(qiáng)約為0~12dB，寂靜的室內(nèi)噪聲約為30dB，在白天室內(nèi)噪聲可達(dá)45dB。

4)音品

樂音即音樂中使用的聲音，其諧波組成和波形的包絡(luò)，包括樂音起始和結(jié)束的瞬態(tài)，確定了樂音的特征，稱為音品，也有人把音品與音色統(tǒng)稱為音色。任何聲音都有一個(gè)成長和衰變的過程，這個(gè)過程決定聲音的音品。聲音的成長和衰變過程不同，聽音者的感覺也不相同。1.1.3聽覺特性

1.聽覺的感受性

人類聽覺感受的動(dòng)態(tài)范圍很寬，能感受到的最小聲壓級(jí)為0dB，能耐受的最大聲壓級(jí)可達(dá)140dB；人耳能聽到的純音最低為20Hz，最高可達(dá)20kHz；人耳對(duì)聲長的解析力更是驚人。聲音要達(dá)到一定聲級(jí)才能聽到，最小可聽聲級(jí)稱為絕對(duì)閾限，是聽覺絕對(duì)感受性的表征量。正常人的聽覺范圍如圖

1-2所示。圖1-2可聞聲的強(qiáng)度與頻率范圍

2.響度與響度級(jí)

響度表示人耳對(duì)聲音大小、強(qiáng)弱的主觀感受。響度主要依賴于引起聽覺的聲壓，但也與聲音的頻率和波形有關(guān)系。響度的單位是“宋”(sone)。國際上規(guī)定，頻率為1000Hz、聲壓級(jí)為40dB時(shí)的響度為1宋。1宋=1000毫宋，1毫宋約相當(dāng)于人耳剛能聽到的聲音響度。

大量統(tǒng)計(jì)表明，一般人耳對(duì)聲壓變化的感覺是，聲壓級(jí)每增加10dB，響度增加1倍，所以響度與聲壓級(jí)有如下關(guān)系

(1-12)

3.聽覺靈敏度

聽覺靈敏度是指人耳對(duì)聲音的聲壓、頻率及方位的微小變化的判斷能力。

4.聽覺的掩蔽效應(yīng)

掩蔽效應(yīng)是指同一環(huán)境中的其他聲音會(huì)降低聆聽者對(duì)某一聲音的聽力，或者說一個(gè)聲音的聽閾因?yàn)榱硪粋€(gè)較強(qiáng)聲音的存在而上升。當(dāng)一個(gè)復(fù)合聲音信號(hào)作用到人耳時(shí)，如果其中有響度較高的頻率分量，則人耳不易覺察到那些響度較低的頻率分量，這種生理現(xiàn)象稱為“掩蔽效應(yīng)”。一個(gè)聲音對(duì)另一個(gè)聲音的掩蔽值，被規(guī)定為由于掩蔽聲的存在，被掩蔽聲的聽閾必須提高的分貝數(shù)，提高后的聽閾稱為掩蔽閾。

5.聽覺的延時(shí)效應(yīng)

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)幾個(gè)內(nèi)容相同的聲音相繼到達(dá)聽者處時(shí)，聽者不一定能分辨出是幾個(gè)先后來到的聲音，就是說，人的聽覺對(duì)延時(shí)聲的分辨能力是有限的，這種現(xiàn)象即是人類聽覺的延遲效應(yīng)，也稱“哈斯(Hass)效應(yīng)”。

1.2聲源、聲場(chǎng)及室內(nèi)聲學(xué)

1.2.1聲源

振動(dòng)物體借助于彈性媒質(zhì)傳播壓力、應(yīng)力，產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)的位移和速度，作用于人耳形成聲音。物體的振動(dòng)利用聲波向周圍擴(kuò)散，這便是音響傳播的最簡單的過程。產(chǎn)生聲能的物體稱為聲源，也是輻射聲能的振動(dòng)體。

1.聲源的形式和類別

聲源的基本形式有兩種：

(1)機(jī)械聲源。它可以利用機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生聲音，有簡單聲源和偶聲源兩種。

(2)空氣振動(dòng)聲源。它由空氣柱輻射產(chǎn)生聲音，有單極子、偶極子、三極子和四極子四種類型。根據(jù)聲音發(fā)生、應(yīng)用的不同，音響聲源大體可分為三類：

(1)環(huán)境音響。

(2)動(dòng)作音響。

(3)非現(xiàn)實(shí)音響。

2.樂器聲源的機(jī)理

任何能發(fā)出聲音的器具和樂器都可分為兩個(gè)部分，即振動(dòng)和共鳴。圖1-3音樂動(dòng)態(tài)等級(jí)

3.電子音樂聲源

電子音樂是新發(fā)展的一種重要聲源，電子音樂差不多都是通過電子樂器的演奏產(chǎn)生的。電子音樂絕大部分不是電子樂器的現(xiàn)場(chǎng)演奏，而是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)演奏的音樂進(jìn)行處理和制作得到的。近幾年來，電子音樂越來越多地通過MIDI技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。1.2.2聲場(chǎng)

1.近場(chǎng)

近場(chǎng)也稱菲涅爾區(qū)，指的是聲源附近區(qū)域，是聲波傳播速度和聲壓不同相的聲場(chǎng)。在該區(qū)內(nèi)某點(diǎn)的聲壓是聲源上各面?zhèn)魉偷皆擖c(diǎn)聲壓的疊加，在此范圍內(nèi)，聲波不能看成平行聲線，否則就會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，稱之為菲涅爾衍射，形成菲涅爾區(qū)。

設(shè)聲場(chǎng)的最大直徑為d，波長為λ，則近場(chǎng)的區(qū)域半徑為

(1-13)

2.遠(yuǎn)場(chǎng)

遠(yuǎn)場(chǎng)也稱費(fèi)朗和費(fèi)區(qū)，表示在均勻面各向同性媒體中遠(yuǎn)離聲源的區(qū)域，其間瞬時(shí)聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度同相。在遠(yuǎn)場(chǎng)中聲波與聲源之間呈球面狀，聲源在某點(diǎn)所產(chǎn)生的聲壓與該點(diǎn)至聲源中心距離成反比，并且是聲源上各面到達(dá)該點(diǎn)聲壓的疊加，它們是按照平行線傳播的，遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的范圍可計(jì)算為

(1-14)

3.聲場(chǎng)的定位與質(zhì)感

定位是與聲場(chǎng)相關(guān)的一個(gè)概念，是指在聲場(chǎng)中表示出某些樂器的確切位置。實(shí)際應(yīng)用中聲場(chǎng)也可以理解為是樂隊(duì)、演奏家或歌唱者的位置排列。如果在欣賞過程中覺得廳堂音和空間感足夠，就說明該聲場(chǎng)的設(shè)計(jì)是合理的。1.2.3室內(nèi)聲學(xué)

1.室內(nèi)聲學(xué)特性

聲波在室內(nèi)傳播過程中，當(dāng)遇到的界面和障礙的尺寸與聲波的波長相比足夠大時(shí)，聲波將按照幾何光學(xué)反射定律反射。界面不同，反射的結(jié)果就不相同，我們希望聲場(chǎng)越均勻越好。

2.室內(nèi)聲學(xué)的主要指標(biāo)

1)混響時(shí)間

混響時(shí)間是衡量房間混響程度的量。聲學(xué)工程中，某頻率的混響時(shí)間是室內(nèi)聲音達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，殘余聲音在房間內(nèi)反復(fù)反射，經(jīng)吸聲材料吸收，平均聲能密度自原始值衰減到百分之一，即衰減60dB所需的時(shí)間，記為T60。通常，在聲場(chǎng)均勻分布的封閉室內(nèi)的混響時(shí)間可用著名的賽賓(W.C.Sabine)公式進(jìn)行工程估算，即

(1-15)

2)本底噪聲

本底噪聲是指室內(nèi)不放聲源時(shí)的噪聲聲壓級(jí)，考慮人類聽覺特性，采用A計(jì)權(quán)法，記為dB(A)。本底噪聲可用聲壓級(jí)直接測(cè)出。

3)聲染色

聲染色是指信號(hào)傳輸過程中，由于某種原因使聲源中的某一頻率得到過分地加強(qiáng)或減弱，破壞了房間內(nèi)音響效果的均勻性。一般10~30m2房間中容易出現(xiàn)駐波的頻率為80~

300Hz。駐波能改變聲源原有特性，如同白色的布染上了顏色。改善的方法是通過調(diào)整裝修使房間的長、寬、高之比為無理數(shù)。另外，室內(nèi)物品擺設(shè)要避免對(duì)稱性。

4)房間常數(shù)、混響半徑

房間常數(shù)反映房間吸聲特性，符號(hào)為R，其表達(dá)式為

(1-16)

3.室內(nèi)聲場(chǎng)的估算

根據(jù)揚(yáng)聲器自由場(chǎng)靈敏度、距揚(yáng)聲器的距離以及揚(yáng)聲器的輸入電功率便可算出直達(dá)聲場(chǎng)的聲壓級(jí)，即

(1-17)根據(jù)臨界距離、揚(yáng)聲器的自由場(chǎng)靈敏度以及輸入揚(yáng)聲器的電功率又可以算出室內(nèi)混響聲場(chǎng)的聲壓級(jí)，即

(1-18)

4.室內(nèi)聲場(chǎng)的創(chuàng)造

為了獲得理想的聲場(chǎng)效果，必須從聲源、房間聲學(xué)特性等多方面考慮。

在工程上，對(duì)房間的大小要求可估算為

(1-19)

1.3音響系統(tǒng)的分類和組成

1.3.1音響系統(tǒng)的分類

1.擴(kuò)聲系統(tǒng)

擴(kuò)聲系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)傳聲器、電唱機(jī)、調(diào)諧器或錄音機(jī)等信號(hào)源送來的語言或音樂等音頻信號(hào)進(jìn)行放大、控制及美化加工，最終送到揚(yáng)聲器或耳機(jī)，還原成聲音信號(hào)，供人們

聆聽。

2.錄音系統(tǒng)

錄音系統(tǒng)的任務(wù)是把從傳聲器、電唱機(jī)、調(diào)諧器或另一臺(tái)錄音機(jī)等信號(hào)源送來的音頻信號(hào)進(jìn)行放大、控制及加工美化，最后送到磁帶錄音機(jī)的錄音頭上，進(jìn)行磁帶(磁性)錄音；或送到唱片刻紋機(jī)的刻紋頭上，進(jìn)行唱片(機(jī)械)錄音；或送到電影錄音設(shè)備的光電系統(tǒng)上，進(jìn)行電影(光學(xué))錄音。錄音系統(tǒng)的最終目的是把音頻信號(hào)記錄下來，待到需要時(shí)再通過其他重放設(shè)備還原成為音頻信號(hào)。錄音系統(tǒng)按照對(duì)音頻信號(hào)記錄的方法的不同，可分為三種，即磁性錄音、機(jī)械錄音和光學(xué)錄音。1.3.2家用音響系統(tǒng)的組成

典型的家用音響系統(tǒng)組成框圖如圖1-4所示，主要由節(jié)目源設(shè)備、放大器(主機(jī))和音箱三大部分組成。圖1-4家用音響系統(tǒng)組成框圖

1.音箱

音箱(包括耳機(jī))是音響的終端放音設(shè)備，其任務(wù)是將聲頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲能，以供人們聆聽。

2.放大器(主機(jī))

放大器又稱擴(kuò)音機(jī)，它是音響的核心部分，無論是調(diào)諧器輸出的信號(hào)，還是錄音座、CD或電唱盤輸出的信號(hào)，都必須經(jīng)過放大器放大以后，才能推動(dòng)音箱放出聲音。

3.節(jié)目源設(shè)備

節(jié)目源的種類很多，包括傳聲器、調(diào)諧器、電唱機(jī)、錄音座、CD唱機(jī)、電子樂器等。

音箱和放大器是組合音響必不可少的部件，而節(jié)目源則可按照需要選擇使用。所有的節(jié)目源，無論是磁性錄音、機(jī)械錄音還是光學(xué)錄音，也無論是現(xiàn)場(chǎng)講話還是現(xiàn)場(chǎng)演奏，都要將非電能轉(zhuǎn)換為電能，即變換為電信號(hào)輸出，并送給前置放大器，最后傳給音箱，以聲能形式釋放于空間。1.3.3專業(yè)音響系統(tǒng)的組成

典型的專業(yè)音響系統(tǒng)由聲源、調(diào)音臺(tái)、信號(hào)處理設(shè)備、功率放大器及音箱等部分組成，如圖1-5所示。圖1-5典型的專業(yè)音響系統(tǒng)組成

1.調(diào)音臺(tái)和聲源設(shè)備

聲源設(shè)備包括話筒、唱機(jī)、盒(盤)式錄音機(jī)、激光唱機(jī)(CD機(jī))、調(diào)諧器和卡拉OK機(jī)等，用于提供多種多樣的音頻

信號(hào)。

2.信號(hào)處理部分

音響信號(hào)處理設(shè)備又叫做聲頻信號(hào)處理裝置，包括均衡器、壓縮/擴(kuò)張器、延時(shí)器、降噪器、聽覺激勵(lì)器等，這些設(shè)備的目的和作用一是對(duì)信號(hào)進(jìn)行修飾以求得音色美化，達(dá)到更為優(yōu)美動(dòng)聽或取得某些特殊效果；二是為了改進(jìn)傳輸信道本身的質(zhì)量，以求改善信噪比和減少失真等。

3.音響系統(tǒng)的輸出部分——功率放大器和音箱

功率放大器是專業(yè)音響系統(tǒng)中的一個(gè)重要單元。來自調(diào)音臺(tái)的音頻信號(hào)經(jīng)過壓縮器、均衡器、激勵(lì)器的處理后，被送到功率放大器，功率放大器將音頻信號(hào)進(jìn)行放大以推動(dòng)音

箱，把聲音送入聲場(chǎng)。專業(yè)音響的功率放大器主要由前置放大、預(yù)激勵(lì)、激勵(lì)、功率放大以及保護(hù)系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和電源等部分組成。1.3.4數(shù)字音響簡介

1.數(shù)字音響的基本組成

為了將連續(xù)的模擬信號(hào)變換成離散的數(shù)字信號(hào)，在數(shù)字音響中普遍采用的是脈沖編碼調(diào)制方式，即PCM(PulseCodeModulation)技術(shù)。以PCM為基本技術(shù)的數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖如圖1-6所示。圖1-6數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖(a)錄音過程；(b)放音過程

2.數(shù)字音響的特點(diǎn)

1)信噪比高

2)失真度低

3)重復(fù)性好

4)抖晃率小

5)適應(yīng)性強(qiáng)

6)便于集成

1.4音響系統(tǒng)的電聲性能指標(biāo)

1.4.1有效頻率范圍

有效頻率范圍習(xí)慣上稱為頻率特性或頻率響應(yīng)，是指各種放聲設(shè)備能重放的聲音信號(hào)的頻率范圍，以及在此范圍內(nèi)允許的振幅偏差程度(允差或容差)。顯然，頻率范圍越寬，振幅容差越小，則頻率特性越好。IEC-581標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，頻率范圍應(yīng)在40Hz~12.5kHz之間，振幅容差應(yīng)低于5dB。各種音響設(shè)備頻率范圍和振幅容差不盡相同。規(guī)定有效頻率范圍，是為了保證語言和音樂信號(hào)通過該設(shè)備時(shí)不會(huì)產(chǎn)生可以覺察的頻率失真和相位失真。常見樂器與男女聲的頻率范圍如圖1-7所示。圖1-7常見樂器與男女聲的頻率范圍圖1-8各頻段聲音對(duì)聽覺的影響頻率特性的測(cè)量方法如圖1-9所示。

如果以1kHz對(duì)應(yīng)的輸出電壓E1k為參考電壓，其他各個(gè)頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為En，則頻率特性指標(biāo)可用下式求出:

(1-20)圖1-9放大器頻率特性的測(cè)量1.4.2信噪比

信噪比又稱信號(hào)噪聲比，是指有用信號(hào)電壓與噪聲電壓之比，記為S/N，通常用dB表示:

(1-21)1.4.3諧波失真

由于各音響設(shè)備中的放大器存在著一定的非線性，導(dǎo)致音頻信號(hào)通過放大器時(shí)產(chǎn)生新的各次諧波成分，由此而造成的失真稱為諧波失真。諧波失真使聲音失去原有的音色，嚴(yán)重時(shí)使聲音變得刺耳難聽。該項(xiàng)指標(biāo)可用新增諧波成分總和的有效值與原有信號(hào)的有效值的百分比來表示，因而又稱為總諧波失真。電壓諧波失真系數(shù)可采用國際規(guī)定的測(cè)試方法分別測(cè)量基波和各諧波分量，按下式進(jìn)行計(jì)算：

(1-22)圖1-10諧波失真測(cè)試儀方框圖1.4.4互調(diào)失真

互調(diào)失真也是非線性失真的一種。聲音信號(hào)都是由多頻率信號(hào)復(fù)合而成的，這種信號(hào)通過非線性放大器時(shí)，各個(gè)頻率信號(hào)之間便會(huì)互相調(diào)制，產(chǎn)生出新的頻率分量，形成所謂

的互調(diào)失真，使人感覺聲音刺耳、失去層次?；フ{(diào)失真的定義為全頻帶內(nèi)非線性信號(hào)的均方根的和與某一高次基頻振幅的比值取百分比，即

(1-23)1.4.5數(shù)字音響的幾個(gè)主要性能指標(biāo)

1.有效頻率范圍的上限頻率fm

數(shù)字設(shè)備的取樣頻率一般均大于等于兩倍的音頻信號(hào)上限頻率，因此，只要知道設(shè)備的取樣頻率fs，音頻信號(hào)上限

頻率fm就可求出，即fm≤fs/2。例如，CD唱片的取樣頻率fs=44.1kHz，所以，fm≤fs/2=22.05kHz，這就是有效頻率

范圍的上限頻率。

2.信噪比和動(dòng)態(tài)范圍

理論分析表明，由量化噪聲決定的信噪比可用下式計(jì)算：

(1-24)

式中n為量化位數(shù)，在CD唱片中，n=16，所以S/N≈96(dB)。在線性量化情況下，上式也就是數(shù)字音響設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍。

3.傳碼率R

數(shù)字音響系統(tǒng)每秒鐘所傳送的碼數(shù)稱為傳碼率，可用下式計(jì)算：

式中m為聲道數(shù)，對(duì)于雙聲道立體聲系統(tǒng)，m=2。因?yàn)镃D唱片的n=16，fs=44.1kHz，故R=1.411Mb/s。由于CD唱片還要采用專門技術(shù)進(jìn)行調(diào)制，其實(shí)際傳碼率為4.3218Mb/s。

1.5立體聲基礎(chǔ)

1.5.1立體聲基本概念

1.立體聲的定義

實(shí)際上，日常生活中我們聽到的自然界的聲音就是立體聲。但是，在音響技術(shù)中所講的立體聲并不是自然聲，而是通過錄音、傳輸和重放系統(tǒng)所獲得的聲音。

2.立體聲的特點(diǎn)

與單聲道重放聲相比，立體聲具有一些顯著的特點(diǎn)。

1)具有明顯的方位感和分布感

2)具有較高的清晰度

3)具有較小的背景噪聲

4)具有較好的空間感、包圍感和臨場(chǎng)感1.5.2立體聲原理

1.聲源平面定位

1)時(shí)間差

設(shè)聲源在聆聽者聽覺平面的右前方較遠(yuǎn)處發(fā)聲，用聲線表示聲波的傳播方向，如圖1-11所示。從右前方傳來的聲音，到達(dá)右耳的路徑短，到達(dá)左耳的路徑長，聲音到達(dá)兩側(cè)耳

殼處的時(shí)間差可近似為

(1-25)圖1-11雙耳效應(yīng)

2)相位差

由于傳到兩耳的聲音存在時(shí)間差，因而也會(huì)產(chǎn)生相位差。對(duì)于頻率為f的純音，相位差與時(shí)間差有如下關(guān)系

(1-26)

將代入上式，可得

(1-27)

3)聲級(jí)差

兩耳雖然相距不遠(yuǎn)，但是，由于頭顱的阻隔作用，使得從某方向傳來的聲音需要繞過頭部才能到達(dá)離聲源較遠(yuǎn)的一只耳朵中去。在傳播過程中，其聲壓級(jí)會(huì)有一定程度的衰減，使兩側(cè)耳殼處產(chǎn)生聲級(jí)差。

4)音色差

當(dāng)聲源不是單一頻率的純音，而是一個(gè)復(fù)音時(shí)，情況要復(fù)雜些。如一個(gè)樂器發(fā)出的聲音，可以分解為一個(gè)基頻聲和許多諧頻聲。根據(jù)繞射規(guī)律，由于人頭部對(duì)諧頻聲的遮蔽作

用使基頻聲和各高次諧頻聲在左右耳際的聲壓級(jí)不同，因而兩側(cè)耳朵聽到的音色將有差別，形成音色差。

2.聲源距離定位

人耳對(duì)聲源距離的定位，在室外主要依靠聲音的強(qiáng)弱來判斷，在室內(nèi)則主要依靠直達(dá)聲與反射聲、混響聲在時(shí)間上、強(qiáng)度上的差異等因素來判斷。

3.聲源高度定位

聲源的高度位置由聲波在垂直面上的入射角(仰角)和直線距離兩個(gè)坐標(biāo)量來確定。直線距離的定位機(jī)理與前面所闡述的相同，而仰角定位是理論上尚未圓滿解決的問題。

4.雙揚(yáng)聲器聲像定位

圖1-12是雙揚(yáng)聲器聲像定位實(shí)驗(yàn)框圖。圖1-12雙揚(yáng)聲器聲像定位實(shí)驗(yàn)框圖

5.聲像分布

聲像分布與其所對(duì)應(yīng)的原發(fā)聲場(chǎng)各點(diǎn)聲源空間分布的一致性，標(biāo)志著立體系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

聲像分布與聲級(jí)差及頻率范圍的關(guān)系，在數(shù)學(xué)上可用著名的正弦定理來描述，即

(1-28)1.5.3立體聲系統(tǒng)

1.雙聲道立體聲

在電聲技術(shù)發(fā)展的早期，廣泛應(yīng)用的是單聲道技術(shù)，這種單聲道的音響系統(tǒng)是由一個(gè)傳聲器，一個(gè)放大器和一個(gè)揚(yáng)聲器組成的單一聲音信號(hào)通道，見圖1-13(a)?！奥暤馈币卜Q“通道”，是指一個(gè)電信號(hào)或聲信號(hào)獨(dú)立的專有路徑。圖1-13(b)是由左(L)、右(R)通道組成的雙通道立體聲現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)音系統(tǒng)示意圖。圖1-13單聲和雙通道立體聲圖1-14最佳聽音位置

2.3D立體聲

隨著聲頻技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)200Hz以下接近次聲這一段的低音信號(hào)對(duì)音響效果有著重要的影響，習(xí)慣上把200Hz以下的一段頻率稱為“重低音”或“超低音”(Superbass)。超低音以其超乎尋常的音域?qū)哟魏托蹨喩詈竦牧Χ龋o人以耳目一新之感。圖1-153D立體聲系統(tǒng)

3.環(huán)繞立體聲

所謂環(huán)繞聲或環(huán)繞聲系統(tǒng)，是在音頻信號(hào)的傳送過程中使聽眾產(chǎn)生一種被聲音所環(huán)繞(包圍)的感覺。這種環(huán)繞聲效果，是在重放的聲場(chǎng)中，保持了原有信號(hào)聲源的方向性，從而使聽眾產(chǎn)生聲音的包圍感、臨場(chǎng)感和真實(shí)感。圖1-164—4—4環(huán)繞聲系統(tǒng)圖1-174—2—4環(huán)繞聲系統(tǒng)圖1-18杜比環(huán)繞聲電影系統(tǒng)1.5.4雙聲道立體聲拾音

1.A—B制

A—B制拾音方式是將兩只型號(hào)及性能完全相同的傳聲器并排放置于聲源的前方，左右兩只傳聲器拾音后分別將信號(hào)送至左右兩個(gè)聲道。兩只傳聲器間距視聲源的寬度而定，通常為幾十厘米至幾米。傳聲器可選用全指向性或單指向性的。圖1-19A—B制拾音方式

2.X—Y制

X—Y制拾音方式采用兩只型號(hào)及特性完全一致的傳聲器，上下靠緊安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，構(gòu)成重合傳聲器。兩只傳聲器的指向性主軸形成90°~120°的夾角。把主軸左邊和右邊傳聲器輸出的信號(hào)分別送入左、右聲道，如圖1-20所示。圖1-20X—Y制拾音方式

3.M—S制

M—S制拾音方式是將一只傳聲器M的指向性主軸對(duì)著拾音范圍的中線，而將另一只傳聲器S的指向性主軸向著兩邊，兩只傳聲器的指向性主軸夾角為90°。通常，M傳聲器采用全指向性或心形傳聲器，而S傳聲器則必須采用雙指向性傳聲器。圖1-21M—S制拾音方式

4.仿真頭制

仿真頭制拾音方式是將兩只傳聲器放置在用塑料或木材仿照人頭形狀做成的模擬人頭的兩耳部位，這兩只傳聲器輸出的信號(hào)分別為左右聲道的信號(hào)。仿真頭左右傳聲器所拾得的聲音信號(hào)與人耳左右鼓膜所聽到的聲音信號(hào)非常相似，也有聲級(jí)差、時(shí)間差和相位差等。如果用立體聲耳機(jī)收聽，真實(shí)感很強(qiáng)，立體聲效果很好。但是，不能用雙揚(yáng)聲器來放聲，否則會(huì)引起附加的時(shí)間差和聲級(jí)差，立體聲效果很差。1.5.5對(duì)立體聲系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特殊要求

1.移相問題

移相問題是指一個(gè)聲道內(nèi)的相移頻率特性以及聲道間相頻特性差的問題。

2.串聲問題

左、右聲道間信號(hào)的互串(互相感應(yīng))會(huì)改變兩聲道間的強(qiáng)度差，因而會(huì)使重放聲像方向角發(fā)生畸變，為此應(yīng)盡量降低這種互串并制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.演播室特性

實(shí)踐證明，原來對(duì)單聲道效果較好的演播室一般也是適用于立體聲的，演播室包括廣播電臺(tái)的播(錄)音室、電視臺(tái)的演播室、電影制片廠的錄音棚等。實(shí)際上，立體聲技術(shù)就是

在這些原來供單聲道使用的演播室里發(fā)展起來的。不過立體聲的發(fā)展對(duì)演播室也提出了一些新的要求。第2章傳聲器與揚(yáng)聲器2.1傳聲器2.2揚(yáng)聲器

2.1傳聲器

2.1.1傳聲器的分類

傳聲器的種類很多，可從能量來源、指向性、換能原理以及受聲場(chǎng)作用力的大小等方面對(duì)其進(jìn)行分類。

1.按能量的來源分

傳聲器按能量的來源可分為有源類傳聲器和無源類傳聲器兩類。有源類傳聲器用外加直流電源作為其能量來源，使傳聲器振膜的電學(xué)參量在聲場(chǎng)作用下發(fā)生變化，從而將聲能轉(zhuǎn)化為電能。如碳粒式、半導(dǎo)體式及射頻式傳聲器均屬于有源傳聲器。

2.按換能原理分

傳聲器本身就是一種換能器件，通常是將聲能轉(zhuǎn)換為電能的。但是，這種換能器件若內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，那么它們的換能方式也不同。

3.按聲場(chǎng)作用力分

聲場(chǎng)作用力是指具體某點(diǎn)聲壓和振膜面積的乘積。這里的聲壓是標(biāo)量，無方向性，與頻率無關(guān)。傳聲器按聲場(chǎng)作用力分為兩種形式，即壓強(qiáng)式和壓差式。

4.按指向性分

指向性分類方法比較直觀且容易理解。當(dāng)聲波波長接近揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，都會(huì)發(fā)生衍射，產(chǎn)生相位損失、障板效應(yīng)等，因而不可避免地要在高頻區(qū)產(chǎn)生方向性。具體方向性有單向、雙向、全向、8字形、無指向和可變指向等6種。2.1.2傳聲器的原理結(jié)構(gòu)

1.動(dòng)圈式傳聲器

動(dòng)圈式傳聲器屬于無源類傳聲器，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1動(dòng)圈式傳聲器結(jié)構(gòu)

2.電容式傳聲器

電容式傳聲器的原理結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2電容式傳聲器的結(jié)構(gòu)2.1.3傳聲器的技術(shù)指標(biāo)

1.靈敏度

靈敏度用于表示傳聲器的聲-電轉(zhuǎn)換效率，其定義為：在自由聲場(chǎng)中，當(dāng)向傳聲器施加一個(gè)聲壓為1μbar的聲信號(hào)時(shí)，傳聲器的開路輸出電壓(mV)即為該傳聲器的靈敏度。換

句話說，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲壓的作用下，傳聲器的開路輸出電壓越高，傳聲器就越靈敏，反之，傳聲器就不靈敏。傳聲器靈敏度高，就可獲得較高的信號(hào)噪聲比，但應(yīng)注意不要使調(diào)音臺(tái)或錄音機(jī)輸入端過荷，否則就會(huì)造成失真。

2.頻率范圍(帶寬)

頻率范圍是指傳聲器正常工作的頻帶寬度，通常以帶寬的下限和上限頻率來表示。

3.信號(hào)噪聲比(S/N)

信號(hào)噪聲比指的是傳聲器有電信號(hào)輸出時(shí)的信號(hào)電壓與傳聲器內(nèi)在噪聲電壓的比，通常用dB表示。例如，電動(dòng)傳聲器的靈敏度為0.1mV/μbar，當(dāng)在1m距離講話時(shí)，到達(dá)振

膜的聲壓約為1μbar，此時(shí)，傳聲器輸出電信號(hào)為0.1mV。而傳聲器的內(nèi)在噪聲電壓約為0.5μV，則信噪比為

4.源阻抗及推薦的負(fù)荷阻抗

源阻抗簡稱阻抗，指傳聲器的交流內(nèi)阻，以Ω為單位，通常用1kHz信號(hào)測(cè)得。低阻抗傳聲器，源阻抗為200Ω左右；中阻抗傳聲器，源阻抗一般在500Ω到5kΩ之間；高阻抗傳聲器，源阻抗則在25kΩ到150kΩ之間。由于中阻抗及高阻抗傳聲器的導(dǎo)線容易感應(yīng)交流聲，所以專業(yè)用的高質(zhì)量傳聲器，一律采用低阻抗方式。

5.最大容許聲壓級(jí)

通常以傳聲器產(chǎn)生0.5%諧波畸變時(shí)的聲壓級(jí)作為最大容許聲壓級(jí)。高質(zhì)量傳聲器的最大容許聲壓級(jí)已達(dá)135dB聲壓

級(jí)。

6.隔振能力

隔振能力包括傳聲器與其支架間的隔振能力，以及傳聲器外殼內(nèi)芯件與殼體間的隔振能力。

7.瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)就是傳聲器對(duì)脈沖型聲波的跟蹤能力。由于方波信號(hào)是一種典型的瞬態(tài)信號(hào)，所以常常用一個(gè)矩形波信號(hào)來激勵(lì)傳聲器，然后用示波器來觀測(cè)傳聲器輸出信號(hào)的波形，從而判斷它的瞬態(tài)跟蹤能力。通常，電容傳聲器的瞬態(tài)響應(yīng)要優(yōu)于動(dòng)圈傳聲器。

8.指向特性

1)壓強(qiáng)式傳聲器——無方向指向特性

壓強(qiáng)式傳聲器的振膜是裸露在聲場(chǎng)中的，振膜后面是密封的，聲波無法入射。所以，這種傳聲器具有無方向指向特性，或者說它具有球形指向特性，如圖2-3所示。圖2-3無方向指向特性

2)壓差式傳聲器——8字形指向特性

壓差式傳聲器的振膜后面不密閉，因此振膜的振動(dòng)取決于前面和后面的瞬時(shí)聲壓差，即對(duì)聲壓梯度產(chǎn)生響應(yīng)。很顯然，從前面0°和后面180°入射的聲波，都可以產(chǎn)生很大的聲壓梯度，所以接收能力最強(qiáng)，具有較高的靈敏度。從側(cè)面90°和270°入射的聲波，到達(dá)振膜前后兩面的強(qiáng)度相等，因而聲壓梯度為零，傳聲器沒有輸出，靈敏度為零。因此，壓差式傳聲器具有8字形(或雙向)指向特性，如圖2-4所示。圖2-48字形指向特性

3)多種指向特性圖形的組合

將一個(gè)無方向圖形與一個(gè)8字形圖形疊加起來，就能得到一個(gè)心形圖形，如圖2-5所示。圖2-5心形特性的合成圖2-6多種指向特性圖形的組合2.1.4有線傳聲器

1.有線傳聲器的特點(diǎn)

(1)與無線傳聲器相比，有線傳聲器的價(jià)格低廉，常常是同檔次無線傳聲器價(jià)格的1/4，甚至更便宜，是家用音響的首選類型。

(2)有線傳聲器的操作使用比較簡單。

(3)信號(hào)失落現(xiàn)象少，甚至沒有。

(4)在信號(hào)傳輸中，有線傳聲器常采用平衡傳輸，這可有效減小其他電聲設(shè)備的干擾。

(5)有線傳聲器常受到電纜線長度的影響，其活動(dòng)距離會(huì)受到限制。

2.有線傳聲器使用中應(yīng)注意的問題

1)必須使用專用電纜饋送傳聲器信號(hào)

2)使用平衡線傳輸可有效減小外來干擾

3)傳聲器必須防振

4)注意傳聲器的極性

5)注意近區(qū)效應(yīng)2.1.5無線傳聲器

1.無線傳聲器的特點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn)

(1)無線傳聲器不使用傳送電纜，因而錄音設(shè)施變得簡單、方便。

(2)特別適用于移動(dòng)聲源，如演講、舞臺(tái)表演、現(xiàn)場(chǎng)指揮等拾音場(chǎng)合。

(3)在同期錄音的情況下，要求圖像和聲音同時(shí)出現(xiàn)，如拍電視、電影，無線傳聲器就可很好地解決這個(gè)問題，只要把佩帶式傳聲器和小型發(fā)射機(jī)隱藏好即可。

(4)利用無線傳聲器拾音，可減少混響聲的拾音，因此清晰度很高。

2)缺點(diǎn)

無線傳聲器的缺點(diǎn)如下：

(1)無線傳聲器屬于射頻傳輸，因而保密性差，抗干擾能力差，同時(shí)也對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

(2)有信號(hào)失落現(xiàn)象，即當(dāng)傳聲器與接收機(jī)的相對(duì)位置改變時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)跌落、音質(zhì)變劣，甚至無法接收信號(hào)的現(xiàn)象。

(3)無線傳聲器在傳輸信號(hào)時(shí)因需要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，故技術(shù)實(shí)現(xiàn)上相對(duì)有線傳輸較復(fù)雜，成本較高。

2.典型無線傳聲器的技術(shù)指標(biāo)

表2-1列出了兩種專業(yè)級(jí)無線傳聲器的部分技術(shù)指標(biāo)；表2-2列出了一種國產(chǎn)民用無線傳聲器的部分技術(shù)指標(biāo)。

3.無線傳聲器的組合使用

無線傳聲器由射頻振蕩器、射頻放大器、聲頻放大器、話筒和電源等幾部分組成。

T系列無線傳聲器有三種形式的組合，適用于三種不同的場(chǎng)合和功能。

(1)電吉他手用的無線傳聲器：包括一臺(tái)夾于吉他手腰帶或背帶上的T1型無線發(fā)射機(jī)，一條連接發(fā)射機(jī)“線路輸入”插孔與電吉他“線路輸出”插孔的電纜和一臺(tái)T3或T4型無線接收機(jī)。

(2)歌手用的無線傳聲器：包括一支T2型手持式話筒兼發(fā)射機(jī)和一臺(tái)T3或T4型接收機(jī)。

(3)演出者用的無線傳聲器：包括一臺(tái)夾于腰帶的T1型發(fā)射機(jī)，一個(gè)領(lǐng)帶夾話筒和一臺(tái)T3或T4型接收機(jī)。2.1.6傳聲器的選擇和使用

1.正確選擇型號(hào)

選擇傳聲器時(shí)，應(yīng)考慮以下各種因素：使用場(chǎng)合、目的、要達(dá)到的音響效果、聲源情況，以及對(duì)傳聲器的特殊要求等。

2.傳聲器輸入和線路輸入

所謂線路輸入，指的是有的聲源(如電吉他、電貝司和鍵盤(電子琴和合成器))本身具有線路輸出(LINEOUT)插孔，它可以通過屏蔽線直接接入調(diào)音臺(tái)的線路輸入(LINEIN)插孔上，以達(dá)到拾音的目的；所謂傳聲器輸入，指的是直接用傳聲器拾音，并通過傳聲器線接入調(diào)音臺(tái)的話筒輸入(MICIN)

插孔。

3.平衡輸入與不平衡輸入

在聲頻系統(tǒng)中，存在著平衡與不平衡兩種傳輸形式。平衡輸入要求與前級(jí)放大器連接的傳聲器的兩根芯線都不接地。這兩根芯線與高質(zhì)量的聲頻變壓器輸入相連，聲頻變壓器的輸出再與前級(jí)放大器相連。對(duì)電容式傳聲器來說，也必須裝置同等級(jí)的輸出變壓器。

2.2揚(yáng)聲器

2.2.1揚(yáng)聲器的分類

揚(yáng)聲器俗稱喇叭，是一種把電能轉(zhuǎn)換為聲音的換能器件，它是人們較為熟悉的器件之一。

1.按換能方式分

揚(yáng)聲器按其換能方式的不同可分為電動(dòng)式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、壓電式揚(yáng)聲器、離子式揚(yáng)聲器、氣流調(diào)制式揚(yáng)聲器及電容式(靜電式)揚(yáng)聲器等。

2.按結(jié)構(gòu)形式分

揚(yáng)聲器按其結(jié)構(gòu)形式的不同可分為單紙盆揚(yáng)聲器、復(fù)合紙盆揚(yáng)聲器、號(hào)筒揚(yáng)聲器、復(fù)合號(hào)筒揚(yáng)聲器、同軸揚(yáng)聲器等。

3.按振膜形式分

揚(yáng)聲器按其振膜形式的不同可分為錐形揚(yáng)聲器(振膜為圓錐形或橢圓錐形)、平板形揚(yáng)聲器、帶形揚(yáng)聲器、球頂形揚(yáng)聲器、平膜形揚(yáng)聲器(指音圈和振膜一體并形成平膜)等。

4.按工作頻段分

揚(yáng)聲器按其工作頻段的不同可分為低頻、中頻、高頻和全頻段揚(yáng)聲器。

5.按用途分

揚(yáng)聲器按其使用的場(chǎng)合不同可分為高保真用揚(yáng)聲器、擴(kuò)音用揚(yáng)聲器、監(jiān)聽用揚(yáng)聲器、樂器用揚(yáng)聲器、彩電用揚(yáng)聲器、汽車用揚(yáng)聲器、建筑廠房吸頂用揚(yáng)聲器以及防水、防火、防爆等用的揚(yáng)聲器。

6.按外形分

揚(yáng)聲器的外形各異，常見的有圓形、橢圓形、薄形、球形揚(yáng)聲器等。

7.按振膜材料分

用不同振膜材料構(gòu)成的揚(yáng)聲器有紙盆式揚(yáng)聲器、碳纖維揚(yáng)聲器、PP盆揚(yáng)聲器、鈦膜揚(yáng)聲器、玻纖揚(yáng)聲器等。2.2.2揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)要求

1.揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)以電動(dòng)式揚(yáng)聲器為例加以說明。電動(dòng)式揚(yáng)聲器包括普通紙盆揚(yáng)聲器、橡皮邊(或尼龍、泡沫邊)紙盆揚(yáng)聲器、號(hào)筒式揚(yáng)聲器、球頂形揚(yáng)聲器及雙紙盆揚(yáng)聲器等。圖2-7紙盆揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)

2.揚(yáng)聲器的工作原理

揚(yáng)聲器的音圈與紙盆連成一體，音圈處于磁場(chǎng)中，當(dāng)其內(nèi)部通過音頻電流I時(shí)，其受到的力為

F=Bli (2-1)通電音圈在磁場(chǎng)中受到力的作用而運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)切割磁隙中的磁力線，從而在音圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為

e=Blv

(2-2)

3.揚(yáng)聲器的技術(shù)要求

1)揚(yáng)聲器的額定阻抗、阻抗曲線、品質(zhì)因數(shù)和共振頻率

在額定揚(yáng)聲器信號(hào)源的輸出功率時(shí)，常用一個(gè)純電阻代替揚(yáng)聲器作負(fù)載，此電阻稱為額定阻抗。額定阻抗是計(jì)算饋給揚(yáng)聲器的電功率的基準(zhǔn)，用于匹配和測(cè)量。在額定頻率范圍內(nèi)，阻抗的模值不應(yīng)小于額定阻抗的80%。一般揚(yáng)聲器的額

定阻抗為8Ω。圖2-8揚(yáng)聲器阻抗曲線揚(yáng)聲器的輸入電功率用額定阻抗ZC計(jì)算，為

(2-3)

由阻抗曲線可近似計(jì)算出揚(yáng)聲器的品質(zhì)因數(shù)Q0，即

(2-4)

2)揚(yáng)聲器的特性靈敏度、特性靈敏度級(jí)、最大輸出聲

壓級(jí)

特性靈敏度表示將揚(yáng)聲器放在消聲室的隔板上，在其輸入端加上額定功率為1W的粉紅噪聲信號(hào)的情況下，在輻射方向上距離該揚(yáng)聲器1m處所測(cè)得的聲壓值，通常用μbar作單位。所謂特性靈敏度級(jí)是指以dB為單位表示的特性靈敏度。dB與μbar的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-3所示。最大輸出聲壓級(jí)是指當(dāng)揚(yáng)聲器工作在最大功率時(shí)，在與特性靈敏度同樣的測(cè)試條件下所產(chǎn)生的聲壓級(jí)，即

(2-5)

3)額定頻率范圍和有效頻率范圍

額定頻率范圍是指制造廠家按國家、國際產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)揚(yáng)聲器所限定的頻率范圍；而有效頻率范圍是在聲壓-頻率響應(yīng)曲線的最高聲壓級(jí)區(qū)域取一個(gè)倍頻程的寬度，求該寬度內(nèi)的平均聲壓級(jí)，然后從這個(gè)聲壓級(jí)算起，下降10dB畫一條水平線，這個(gè)水平線與頻響曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，稱為有效頻率范圍的上下限，而包含上下限在內(nèi)的頻率范圍稱為揚(yáng)聲器的有效頻率范圍。

4)額定噪聲功率、最大噪聲功率

額定噪聲功率是指在揚(yáng)聲器的額定頻率范圍內(nèi)，用規(guī)定的噪聲信號(hào)測(cè)試后所確定的功率值。最大噪聲功率是指在額定頻率范圍內(nèi)饋給揚(yáng)聲器以規(guī)定的模擬節(jié)目信號(hào)時(shí)，不產(chǎn)生熱和機(jī)械損壞的最大功率。最大噪聲功率通常是額定噪聲功率的2~3倍。

5)效率

揚(yáng)聲器的效率是指在某一頻帶內(nèi)所輻射的聲功率與該頻帶內(nèi)饋給揚(yáng)聲器的電功率的比值。設(shè)PA表示輻射的聲功率，PE表示饋給揚(yáng)聲器的電功率，則效率可表示為

(2-6)

6)非線性失真

揚(yáng)聲器的非線性失真是指在放聲過程中，出現(xiàn)了輸入信號(hào)中沒有的頻率成分。

(1)諧波失真。

(2)互調(diào)失真。

(3)分諧波失真。

7)瞬態(tài)失真

瞬態(tài)失真是指由于揚(yáng)聲器的振動(dòng)系統(tǒng)跟不上快速變化的電信號(hào)而引起的輸出波形與輸入波形之間的差別。它與頻響曲線上的峰谷有關(guān)，在振膜的諧振點(diǎn)處瞬態(tài)失真較為嚴(yán)重。

8)指向性

指向性是表征揚(yáng)聲器在不同方向上輻射聲波的能力，通常與頻率有關(guān)。在低頻情況下，信號(hào)波長較長，揚(yáng)聲器輻射面的有效長度比輻射的聲波波長小得多，此時(shí)揚(yáng)聲器可看做一個(gè)點(diǎn)源，其輻射的聲波是無指向性的；隨著信號(hào)頻率的增高，聲波波長越來越短。當(dāng)波長與輻射面的有效長度可以比擬時(shí)，由于聲波的繞射特性和干涉特性，揚(yáng)聲器輻射的聲波

將出現(xiàn)明顯的指向性。圖2-9揚(yáng)聲器的指向性頻率響應(yīng)曲線圖2-10揚(yáng)聲器的指向性圖

9)純音

純音是一個(gè)主觀指標(biāo)，它反映揚(yáng)聲器工作中純音信號(hào)的質(zhì)量。純音合格是指在額定頻率范圍內(nèi)，饋給揚(yáng)聲器額定功率的某一頻率的正弦信號(hào)，揚(yáng)聲器應(yīng)無機(jī)械雜聲、碰圈聲、

垃圾聲、調(diào)制聲等。2.2.3揚(yáng)聲器系統(tǒng)的分類

揚(yáng)聲器系統(tǒng)就是揚(yáng)聲器箱，也稱音箱，它是選用高、低音或高、中、低音揚(yáng)聲器裝在專門設(shè)計(jì)的箱體內(nèi)，并用分頻網(wǎng)絡(luò)把輸入信號(hào)分頻以后分別送給相應(yīng)的揚(yáng)聲器的一種揚(yáng)聲

器系統(tǒng)。

1.有限大障板型音箱

為了反映和豐富音樂的低頻效果，常需要將揚(yáng)聲器裝在無限大障板上，最大限度地發(fā)揮揚(yáng)聲器的潛能，這是最理想的情況。但實(shí)際上是不可能做到的。實(shí)際應(yīng)用中都采用有限大障板。障板尺寸大小與聲速及聲頻的關(guān)系為

(2-7)

2.背向敞開型音箱

這種形式的音箱是前一種音箱的變形。將有限大障板彎曲向后折疊成箱體形，將揚(yáng)聲器裝在前障板上就構(gòu)成了背向敞開型音箱。不足之處是音箱容易在某一頻率上產(chǎn)生共振，所以對(duì)箱體的尺寸、形狀、揚(yáng)聲器的安裝位置都必須仔細(xì)考慮，以防共振。這種音箱廣泛用于收音機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)中。

3.封閉式音箱

將背向敞開式音箱的敞開部分封閉起來就構(gòu)成了封閉式音箱了。封閉式音箱的目的是要把揚(yáng)聲器背面所輻射的聲波完全隔絕，從而避免低頻時(shí)反相聲波的互相干涉，使低頻性

能更加完美。為了防止箱體內(nèi)駐波的產(chǎn)生，常常在箱體內(nèi)壁填加吸聲材料。

4.倒相式音箱

倒相式音箱利用倒相管將裝在箱子上揚(yáng)聲器背面的聲輻射相位改變180°，從而使揚(yáng)聲器振膜前后的輻射聲波得到加強(qiáng)，提高了低音單元的輻射效率，改善了低頻性能。

5.對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型音箱

對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型音箱是針對(duì)封閉式音箱不能小型化的問題而制作的一種改進(jìn)型音箱，主要改善空氣的勁度。具體做法是：將兩個(gè)揚(yáng)聲器重疊裝在一起，使兩者以同相方式振動(dòng)，因而兩個(gè)單元間的空氣(容積)勁度顯得非常小，前面的單元雖然處在小型音箱內(nèi)，但其低音重放效果卻同大容積音箱一樣好。

6.空紙盆型音箱

空紙盆型音箱是倒相型音箱的變形，又稱無輻射源式音箱。它是利用空紙盆代替倒相管所構(gòu)成的。適當(dāng)加以控制可使空紙盆振動(dòng)所產(chǎn)生的輻射聲與揚(yáng)聲器前向輻射聲同相，從而改善了音箱的低頻特性，提高了低頻頻響。

7.克爾頓型音箱

克爾頓型音箱于1953年由美國人發(fā)明，其結(jié)構(gòu)比較特殊，它能夠展寬低頻重放頻段的范圍，可用于小口徑揚(yáng)聲器進(jìn)行失真較小的低音重放。

8.聲迷宮型音箱

聲迷宮型音箱是將揚(yáng)聲器背面的箱體做成聲學(xué)導(dǎo)管，并在板壁上做吸聲處理，導(dǎo)管的長度正好等于需要重放的低頻聲波波長的一半，這時(shí)開口的聲輻射正好與揚(yáng)聲器前向輻射聲同相疊加，從而使低頻輻射增強(qiáng)。但是當(dāng)導(dǎo)管的長度L=λ/4時(shí)，會(huì)產(chǎn)生逆共振現(xiàn)象。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要設(shè)法將這個(gè)低頻下限值選為揚(yáng)聲器的最低共振頻率。

9.前向號(hào)筒型音箱

前向號(hào)筒型音箱的低音重放效果相當(dāng)于一種超大型音響重放系統(tǒng)，主要用于劇場(chǎng)主擴(kuò)音系統(tǒng)和效果擴(kuò)音系統(tǒng)上。

10.背向號(hào)筒型音箱

背向號(hào)筒型音箱又叫做反射號(hào)筒音箱，號(hào)筒的方向與前向的相反，它作為家用高保真低音重放系統(tǒng)，吸引著許多音頻愛好者。

11.組合號(hào)筒型音箱

組合號(hào)筒音箱是將前向號(hào)筒音箱與背向號(hào)筒音箱組合起來而構(gòu)成的一種號(hào)筒音箱，其特性曲線體現(xiàn)了前后向兩種號(hào)筒型音箱的特性。2.2.4揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一般特性

1.額定阻抗與阻抗特性

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的額定阻抗一般由其采用的揚(yáng)聲器單元的額定阻抗來決定。這與前面所討論揚(yáng)聲器額定阻抗是相同的。圖2-11封閉式音箱的典型阻抗特性曲線圖2-12幾種不良的阻抗特性曲線

2.失真

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的失真，比揚(yáng)聲器單元復(fù)雜得多，它是由組成揚(yáng)聲器系統(tǒng)的各個(gè)部分的失真合成而得到的，包括組成系統(tǒng)的每個(gè)揚(yáng)聲器的失真、箱體內(nèi)駐波及壁板振動(dòng)引起的失真、

分頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的失真等。因此，使用者必須重視揚(yáng)聲器系統(tǒng)的失真。

3.額定頻率范圍與有效頻率范圍

揚(yáng)聲器系統(tǒng)重放的額定頻率范圍由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)給定，揚(yáng)聲器系統(tǒng)實(shí)際能達(dá)到的頻率范圍稱為有效頻率范圍。

4.特性靈敏度級(jí)與最大輸出聲壓級(jí)

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的特性靈敏度級(jí)與最大輸出聲壓級(jí)的定義和測(cè)試計(jì)算方法與揚(yáng)聲器單元的兩個(gè)參量的定義和測(cè)試計(jì)算方法基本相同。

5.純音

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的純音與揚(yáng)聲器單元純音的定義、測(cè)試方法類似。

6.指向性

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性可用指向頻率響應(yīng)來描述。不同的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)和所使用的揚(yáng)聲器單元不同，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性是不同的。在實(shí)際使用時(shí)，由于受使用環(huán)境的影響，音質(zhì)、音幅會(huì)產(chǎn)生變化，所以應(yīng)注意適當(dāng)選擇揚(yáng)聲器系統(tǒng)在室內(nèi)的擺放位置。

7.主觀試聽

主觀試聽在國際上還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。但主觀試聽可對(duì)一個(gè)產(chǎn)品做出初步判斷。通過主觀試聽可以定性地判斷一個(gè)音箱的音質(zhì)，比如低音是否有力、豐滿，中高音是否清晰明亮

，低、中、高音是否平衡、柔和等。通過主觀試聽還可以判斷一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的最終放聲效果，初步確定保真度、可懂度、平衡度、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍等達(dá)到的程度。

8.外觀

揚(yáng)聲器系統(tǒng)的外觀雖然在國際標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確的規(guī)定，但它同主觀試聽一樣是一項(xiàng)不可忽視的潛在技術(shù)指標(biāo)，已成為人們選購時(shí)的首要技術(shù)指標(biāo)。

揚(yáng)聲器系統(tǒng)外觀的設(shè)計(jì)總的原則應(yīng)是：莊重、大方、美觀，給人以明快、舒暢的感覺。2.2.5揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

1.開口揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

有限大障板和背面敞開型就屬于開口揚(yáng)聲器音箱。當(dāng)?shù)鸵魮P(yáng)聲器不加障板讓其自由輻射時(shí)，則揚(yáng)聲器的較低頻段的聲音就會(huì)在振膜兩面的空氣壓縮和稀疏過程中互相抵消，因而沒有低頻聲輻射，這種現(xiàn)象稱為聲短路。實(shí)際上，障板不可能做成無限大，只能使用有限尺寸的障板。當(dāng)采用圓形障板且揚(yáng)聲器對(duì)稱安裝時(shí)，則在某一頻率以下就會(huì)產(chǎn)生聲短路現(xiàn)象，該頻率稱為截止頻率。揚(yáng)聲器前后兩面所輻射的聲波到達(dá)接收點(diǎn)的聲程差d等于聲波半波長的奇數(shù)倍時(shí)，前后兩面所輻射的聲波到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)相位相同；當(dāng)聲程差d等于聲波波長的整數(shù)倍時(shí)，兩者相位相反。而聲程差d小于聲波半波長時(shí)，則產(chǎn)生聲短路，假設(shè)聲程差就等于圓障板的直徑d(半徑為r)，那么，通過可求得截止頻率

(2-8)開口揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻下限頻率為

(2-9)

2.封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意解決兩個(gè)問題：一是聲短路問題；二是低頻性能問題。圖2-13封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的諧振頻率fc與揚(yáng)聲器單元本身的諧振頻率f0之比可表示為

(2-10)

1)采用小口徑揚(yáng)聲器

由式(2-10)可得

(2-11)

2)采用高順性揚(yáng)聲器

高順性揚(yáng)聲器的諧振頻率f0一般很低。因此，選擇這樣的揚(yáng)聲器裝入封閉箱后系統(tǒng)的諧振頻率fc雖有所上升，但仍能落在我們所需要的低頻范圍內(nèi)，從而能解決封閉揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻性能問題。

3)增加大振幅時(shí)的線性工作區(qū)

主要是采用長音圈，使音圈在大振幅時(shí)不致跳出磁路，同時(shí)放大中心盤尺寸，選擇能耐受大振幅的材料和形狀做軛環(huán)，以此來保證和擴(kuò)大揚(yáng)聲器在低頻時(shí)的線性工作區(qū)。

4)設(shè)計(jì)具有較好剛性的紙盆

其主要目的是為了防止箱體內(nèi)空氣壓力過大使紙盆變形而產(chǎn)生不該有的失真。

5)采用密封度高且堅(jiān)固的箱體

這主要是為了防止箱內(nèi)壓力增加，箱體不堅(jiān)固而在某些頻率上發(fā)生箱板共振，影響揚(yáng)聲器系統(tǒng)的特性曲線，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)機(jī)械聲。所以箱體越小，越要注意加固，以防止不必要

的振動(dòng)發(fā)生。同時(shí)，揚(yáng)聲器周圍音箱的結(jié)合部要防止漏氣，以免產(chǎn)生聲干涉，影響頻率性能。另外，封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的低頻特性，不僅取決于fc，而且還受品質(zhì)因數(shù)Q的影響，因此，控制和減小Q值也是非常重要的。

封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的尺寸也是較為重要的因素。一般多采用長方形箱體，但這種系統(tǒng)易在箱體中產(chǎn)生駐波。對(duì)于高為H、寬為W、深為D的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，在三維方向上，在長度分別為1/2波長的L倍、M倍、N倍的情況下，產(chǎn)生的駐波頻率為

(2-12)

3.倒相式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

前面論述的封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)使用高順性、小口徑的揚(yáng)聲器以及體積小的箱體來提高系統(tǒng)的諧振頻率，雖然諧振頻率提高了，但揚(yáng)聲器的效率降低了。因此，封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)只能用于對(duì)靈敏度要求較低的場(chǎng)合。對(duì)于要求靈敏度高、低頻能量大的場(chǎng)合，倒相式揚(yáng)聲器系統(tǒng)就是一個(gè)較為理想的選擇。倒相式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是在封閉式揚(yáng)聲器系統(tǒng)前面的板上加裝一個(gè)能夠使揚(yáng)聲器背面聲波倒相的導(dǎo)聲管，從而使揚(yáng)聲器背面所輻射的聲音中的一部分通過導(dǎo)聲管與揚(yáng)聲器前面所輻射的聲波同相相加，增強(qiáng)了低頻聲的能量，低頻靈敏度提高4~5dB。倒相式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。圖2-14倒相式揚(yáng)聲器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)(a)正視圖；(b)側(cè)視圖

4.組合揚(yáng)聲器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

我們知道，使用一只揚(yáng)聲器要完成20~20000Hz的聲音輻射是不可能的。為了實(shí)現(xiàn)寬頻帶的聲音輻射，必須把兩個(gè)或兩個(gè)以上不同功能的揚(yáng)聲器組合起來，使各揚(yáng)聲器單元發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長避短，使輻射的音質(zhì)達(dá)到最佳。

5.分頻器的簡單設(shè)計(jì)

1)分頻器的作用和類型

分頻器的作用就是把頻率范圍較寬的音頻信號(hào)分解為低頻、中頻和高頻信號(hào)，也就是說，允許輸入的音頻信號(hào)中的低頻信號(hào)僅通過低音揚(yáng)聲器，中頻信號(hào)僅通過中音揚(yáng)聲器，高頻信號(hào)僅通過高音揚(yáng)聲器，互不交叉，并且平衡高、中、低音的輸出聲壓，從而最大限度地發(fā)揮各個(gè)揚(yáng)聲器的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)它們的缺陷，使整個(gè)組合揚(yáng)聲器系統(tǒng)處在最佳工作狀態(tài)，音質(zhì)更加完美，效果更佳。同時(shí)，它還起到保護(hù)高音揚(yáng)聲器的作用。圖2-15功率分頻方式圖2-16前級(jí)分頻方式

2)幾種分頻器的簡單設(shè)計(jì)

下面主要介紹功率分頻器的設(shè)計(jì)原理。

(1)－6dB/oct的分頻器。這是實(shí)際使用中最簡單的一種分頻器，其二分頻的低通部分只有一個(gè)電感，高通部分只有一個(gè)電容，有串聯(lián)和并聯(lián)兩種連接方式，如圖2-17(a)、(b)所示。分頻器的衰減率為每倍頻程－6dB，電感和電容的計(jì)算公式對(duì)于串聯(lián)和并聯(lián)方式均相同，即

(2-13)圖2-17二分頻－6dB/oct的分頻器(a)并聯(lián)式；(b)串聯(lián)式圖2-18二分頻－6dB/oct分頻器頻率特性圖2-19三分頻－6dB/oct分頻器電路(a)并聯(lián)式；(b)串聯(lián)式圖中由L組成LPF電路；C、L1組成BPF電路；C1組成HPF電路。L、C的值仍按式(2-13)計(jì)算，而L1、C1則可按下式計(jì)算：

(2-14)

(2)－12dB/oct的分頻器。－12dB/oct的分頻器是應(yīng)用最廣泛的一種分頻器，它的衰減率比較大，所以使用的效果也比較好。它的二分頻分頻器電路的LPF和HPF均由一個(gè)電感和一個(gè)電容組成，且LPF和HPF所用的電感、電容相同。圖2-20是二分頻－12dB/oct的分頻器電路，有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。圖2-20二分頻－12dB/oct分頻器電路(a)并聯(lián)式；(b)串聯(lián)式并聯(lián)電路中各元件值計(jì)算如下：

(2-15)

串聯(lián)電路中各元件值計(jì)算如下：

(2-16)圖2-21二分頻－12dB/oct分頻器的頻率特性圖2-22三分頻－12dB/oct分頻器電路(a)并聯(lián)式；(b)串聯(lián)式三分頻并聯(lián)式電路各元件值可按下式計(jì)算：

(2-17)

三分頻并聯(lián)式電路各元件值的計(jì)算公式如下：

(2-18)

3)衰減器

組合揚(yáng)聲器系統(tǒng)中由于高、中、低音三個(gè)單元的靈敏度不一樣，一般要在中、高頻通路中接入衰減器，以實(shí)現(xiàn)功率匹配，衰減器一般都可手動(dòng)調(diào)整。常見的衰減器有三種：連續(xù)式、步進(jìn)式和復(fù)合式，如圖2-23所示。圖2-23三種形式的衰減器(a)連續(xù)式；(b)步進(jìn)式；(c)復(fù)合式

4)設(shè)計(jì)分頻器時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)相位糾正。組合揚(yáng)聲器的性能與由分頻器和揚(yáng)聲器的相對(duì)位置的變化而引起的相移有著密切關(guān)系。如果設(shè)計(jì)中不注意相移問題，組合揚(yáng)聲器的其他性能再好也是沒用的，最終將會(huì)產(chǎn)生失真，使頻響曲線出現(xiàn)較大的峰谷。

(2)阻抗補(bǔ)償。我們?cè)谟?jì)算分頻器的頻率時(shí)，要用到揚(yáng)聲器的額定阻抗Zc。前面對(duì)分頻器的分析中所給出的頻率特性就是在額定阻抗Zc為恒定值的前提下得到的。實(shí)際上，揚(yáng)聲器的Zc并非恒定值，而是隨著工作頻率的變化而變化，且變化較大，在最低共振頻率f0處揚(yáng)聲器的阻抗曲線產(chǎn)生一個(gè)大峰值，而從中頻段開始向高頻段呈上升趨勢(shì)。因此，必須通過補(bǔ)償將低頻的峰值壓下來，同時(shí)將中、高頻段也壓下來成為一個(gè)與頻率無關(guān)且恒等于額定阻抗的阻抗特性，這樣才能保證分頻器的良好特性。這種方法稱為阻抗補(bǔ)償。圖2-24低頻共振頻率的阻抗補(bǔ)償(a)電路連接圖；(b)阻抗特性諧振頻率f0和帶寬B可從揚(yáng)聲器的阻抗曲線中獲得。由f0和B就可確定出R、L、C值。

(2-19)

由式(2-19)可任意確定一組L、C的組合值。

(2-20)圖2-25高頻阻抗補(bǔ)償回路(a)電路連接圖；(b)阻抗特性補(bǔ)償回路的元件值可按下式計(jì)算

(2-21)

(3)揚(yáng)聲器極性的確定。揚(yáng)聲器必須按正確極性接入分頻網(wǎng)絡(luò)。揚(yáng)聲器接線端子一般都標(biāo)明極性：符號(hào)“+”或紅色者為正極；“－”為負(fù)極。如果極性不清，可用一節(jié)干電池給揚(yáng)聲器供電，在供電瞬間揚(yáng)聲器向外振動(dòng)時(shí)，可將與電池正極相接的端子定為正極，另一端定為負(fù)極。

(4)分頻器中的電感和電容。要求繞制分頻器電感的導(dǎo)線損耗要盡可能小，所以，一般選取的導(dǎo)線相對(duì)粗一些，線圈的直流電阻不能大于揚(yáng)聲器阻抗的十分之一，通常用0.8~

1.5mm直徑的漆包線繞成空心線圈。當(dāng)電感量要求較大時(shí)，為了獲得足夠低的直流電阻，應(yīng)采用截面積足夠大的鐵氧體，以保證線圈的失真盡可能小。還應(yīng)注意多只電感的放置應(yīng)使磁芯互相垂直，以盡量減小相互耦合作用。

6.揚(yáng)聲器單元的選擇

1)電影用組合揚(yáng)聲器單元的選擇

電影膠片上的聲音信號(hào)的特點(diǎn)是頻帶不太寬，一般在40~12000Hz。對(duì)立體聲用的組合揚(yáng)聲器則要求其頻帶要寬一些，一般在40~16000Hz；功率要大一些，在100~150W；靈敏度要高，失真要小，指向性要好。

2)廳堂、劇場(chǎng)組合揚(yáng)聲器單元的選擇

廳堂、劇場(chǎng)組合揚(yáng)聲器單元屬于專業(yè)用的揚(yáng)聲器單元。這種用途的組合揚(yáng)聲器的特點(diǎn)是：功率一般為200~400W，有的甚至達(dá)600~800W；頻率范圍在36~20000Hz；失真小；方向性好，且方向性規(guī)格要多。對(duì)低音單元來說，要求功率一般在200~400W；靈敏度一般在97~101dB；失真小于5%；諧振頻率為20~60Hz；品質(zhì)因數(shù)為0.2~0.7；口徑一般在f300~f500mm。而高音揚(yáng)聲器一般都使用大功率號(hào)筒揚(yáng)聲器，而且要根據(jù)指向性的要求，選擇不同型號(hào)的大功率號(hào)筒揚(yáng)聲器。中音揚(yáng)聲器可以用紙盆揚(yáng)聲器，對(duì)指向性要求嚴(yán)格的產(chǎn)品應(yīng)選用中音號(hào)筒揚(yáng)聲器。

3)廣播、錄音監(jiān)聽組合揚(yáng)聲器單元的選擇

這種用途的揚(yáng)聲器單元的選擇與上一個(gè)用途的情況要求很類似，但低音揚(yáng)聲器的口徑在f250~f400mm之間，且要求揚(yáng)聲器的一致性要非常好，即幅頻差應(yīng)在1dB之內(nèi)。另外要求靈敏度要高，至少在97dB以上。

4)家用電器中揚(yáng)聲器單元的選擇

(1)電視機(jī)用揚(yáng)聲器。

電視機(jī)用揚(yáng)聲器有3種情況：

①單聲道開口箱放聲用揚(yáng)聲器。

②多種規(guī)格的橢圓揚(yáng)聲器。

③3D系統(tǒng)用的重低音揚(yáng)聲器，與f140mm和f100mm的中、高音揚(yáng)聲器配對(duì)。

(2)收音機(jī)用揚(yáng)聲器的選擇。

收音機(jī)一般選用小口徑揚(yáng)聲器，以f165mm以下口徑的

揚(yáng)聲器為主，而且要求靈敏度高，高頻不能太高，一般到4000Hz即可，紙盆最好選用硬度較高的硫酸鹽或亞硫酸鹽

紙盆。對(duì)于體積較大的各式收音機(jī)可以用f130mm以上的復(fù)合邊揚(yáng)聲器以展寬低頻響應(yīng)。

(3)收錄機(jī)用揚(yáng)聲器的選擇。

收錄機(jī)用組合揚(yáng)聲器有的做成開口箱，有的做成封閉

式小音箱。開口箱用的揚(yáng)聲器要有較寬頻響，高頻可達(dá)

12000Hz；封閉式小音箱用的揚(yáng)聲器，則為小型高順性揚(yáng)

聲器，一般為f160mm以下口徑的揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器的特性

靈敏度一般在85~90dB之間。

(4)高級(jí)唱機(jī)、高檔錄音機(jī)用揚(yáng)聲器的選擇。

用于高級(jí)唱機(jī)、高檔錄音機(jī)的揚(yáng)聲器單元都是與相應(yīng)的立體聲組合揚(yáng)聲器配套的。所以對(duì)這類揚(yáng)聲器單元的要求都比較高。第3章音頻功率放大器3.1音頻功率放大器基礎(chǔ)3.2功率放大器

3.1音頻功率放大器基礎(chǔ)

3.1.1功率放大器的基本組成及作用

功率放大器的基本組成如圖3-1所示。圖3-1功率放大器的基本組成3.1.2功率放大器的分類

1.按功率放大器與音箱的配接方式分

(1)定壓式功放。為了遠(yuǎn)距離傳輸音頻功率信號(hào)，減少其在傳輸線上的能量損耗，該方式以較高電壓形式傳送音頻功率信號(hào)。一般有75V、120V、240V等不同電壓輸出端子供

使用者選擇。

(2)定阻式功放。功率放大器以固定阻抗形式輸出音頻功率信號(hào)，也就是要求音箱按規(guī)定的阻抗進(jìn)行配接，才能得到額定功率的輸出分配。例如，一臺(tái)100W的功率放大器，它

實(shí)際的輸出電壓是28.3V(在一個(gè)恒定音頻信號(hào)輸入時(shí))，那么接上一只8Ω音箱時(shí)，可獲得100W的音頻功率信號(hào)，即如果兩只8Ω音箱串聯(lián)，即阻抗為16Ω，那么實(shí)際輸出功率

此時(shí)，其功放輸出功率為50W。

如果兩只8Ω音箱并聯(lián)，即阻抗為4Ω，那么實(shí)際輸出功率

這時(shí)，功放已經(jīng)超負(fù)荷了，機(jī)器會(huì)開始發(fā)熱，最后將會(huì)損壞功率放大器。

2.按功率放大器使用的元件分

按功率放大器使用的元件，可把它分成四類。

(1)電子管功率放大器。

(2)晶體管功率放大器。

(3)集成電路功率放大器。

(4)V-MOS功率放大器。

3.按晶體管工作特性分

按其工作特性，可把功率放大器分成以下三類。

(1)甲類功率放大器。

(2)乙類功率放大器。

(3)甲乙類功率放大器。

4.按晶體管功率放大器的末級(jí)電路結(jié)構(gòu)分

(1)OTL電路。

(2)OCL電路。

(3)BTL電路。3.1.3功率放大器的匹配

功率放大器的匹配主要是解決放大器的功率和阻抗匹配的問題。

在使用功放的過程中需要解決很多實(shí)際的匹配問題。

(1)音箱的功率等于功放的額定功率稱為等功率匹配。

(2)音箱的功率大于功放的額定功率則稱為“超載”，俗稱“小馬拉大車”。

(3)功率放大器的功率大于音箱的功率的情況。3.1.4功率放大器的技術(shù)指標(biāo)

1.輸出功率

輸出功率的大小是由放大器的使用環(huán)境、條件及對(duì)象等許多因素決定的，它是功率放大器最基本的一項(xiàng)指標(biāo)。衡量放大器輸出功率的指標(biāo)有最大不失真連續(xù)功率、音樂功率和峰值功率等幾種不同的指標(biāo)。目前公認(rèn)的指標(biāo)是

“最大不失真連續(xù)功率”，又叫RMS功率、正弦波功率或平均值功率等，其含義是相同的，它是指放大器配接額定負(fù)載

(通常RL=8Ω)，總的諧波失真系數(shù)小于1%時(shí)，用負(fù)載兩端測(cè)出1kHz的正弦波電壓的平方，除以負(fù)載電阻而得到的值，即

(3-1)

2.增益

放大器的增益是反映放大器放大能力的重要指標(biāo)，也稱為放大倍數(shù)，其定義為放大器的輸出量與輸入量之比。根據(jù)輸入量與輸出量的不同，放大器的增益又分為電壓增益、電流增益和功率增益，其表達(dá)式為

電壓增益：

(3-2)

電流增益：

(3-3)

功率增益：

(3-4)由于人耳對(duì)音量大小的感覺并不和聲音功率的變化成正比，而是近似成對(duì)數(shù)關(guān)系，所以，放大器的增益也常用分貝(dB)來表示。

3.信噪比

信噪比是指信號(hào)與噪聲的比值，常用符號(hào)S/N來表示，它等于輸出信號(hào)電壓與噪聲電壓之比，用dB表示，即

(3-5)放大器本身噪聲大小，還可以用噪聲系數(shù)來衡量，它的定義是

(3-6)

4.頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)即有效頻率范圍，它是用來反映放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力的指標(biāo)。放大器的輸入信號(hào)是由許多頻率成分組成的復(fù)雜信號(hào)，由于放大器存在著阻抗與頻率有關(guān)的電抗元件及放大器本身的結(jié)電容等，使放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力也不相同，從而引起輸出信號(hào)的失真。圖3-2頻率響應(yīng)曲線

5.放大器的失真

音頻信號(hào)經(jīng)過放大器之后，不可能完全保持原來的面貌，這種現(xiàn)象就稱為失真。失真的種類很多，除了上述的頻率失真以外，還有諧波失真、相位失真、互調(diào)失真和瞬態(tài)失真等。其中最主要的是諧波失真。

(1)諧波失真。諧波失真是指信號(hào)經(jīng)放大器放大后輸出的信號(hào)比原有聲源信號(hào)多出了額外的諧波成分，它是由放大器的非線性引起的，其定義為圖3-3二次諧波失真波形(a)輸入正弦波信號(hào)；(b)二次諧波信號(hào)；(c)合成信號(hào)圖3-4諧波失真與信號(hào)頻率的關(guān)系曲線

(2)相位失真。

(3)互調(diào)失真。

(4)瞬態(tài)互調(diào)失真。

6.動(dòng)態(tài)范圍

放大器的動(dòng)態(tài)范圍通常是指它的最高不失真輸出電壓與無信號(hào)時(shí)的輸出噪聲電壓之比，用dB來表示。而信號(hào)源的動(dòng)態(tài)范圍是指信號(hào)中可能出現(xiàn)的最高電壓與最低電壓之比，用

dB來表示。顯然，放大器的動(dòng)態(tài)范圍必須大于輸入信號(hào)源的動(dòng)態(tài)范圍，才能獲得高保真的放大效果。放大器的動(dòng)態(tài)范圍越大，失真越小。

7.分離度

立體聲的分離度即左右聲道串通衰減，是指放大器中左、右兩個(gè)聲道信號(hào)相互串?dāng)_的程度，單位為dB。如果串?dāng)_量大，亦即分離度低，則會(huì)出現(xiàn)聲場(chǎng)不飽滿，立體感被減弱等現(xiàn)象，重放音樂的效果差。

8.阻尼系數(shù)

阻尼系數(shù)是指放大器對(duì)負(fù)載進(jìn)行電阻尼的能力，是衡量放大器內(nèi)阻對(duì)揚(yáng)聲器的阻尼作用大小的一項(xiàng)性能指標(biāo)。大功率音箱低音單元工作在低頻大振幅狀態(tài)(尤其是諧振頻率附近)時(shí)，揚(yáng)聲器本身的機(jī)械阻尼已無法消除音箱所產(chǎn)生的共振，從而使音箱的瞬態(tài)特性變壞，音質(zhì)出現(xiàn)拖泥帶水、層次不清、透明度降低等現(xiàn)象。為了消除這些現(xiàn)象，可以減小放大器的內(nèi)阻，使揚(yáng)聲器共振時(shí)音圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)短路，由此產(chǎn)生的短路電流能抑制揚(yáng)聲器的自由振動(dòng)，從而起到阻尼作用。我們把功率放大器的額定負(fù)載阻抗Ri與輸出內(nèi)阻Ro之比稱為阻尼系數(shù)，用Fd表示

9.轉(zhuǎn)換速率

一臺(tái)放大器能夠不失真地重現(xiàn)正弦波，不等于能完整地放大前沿陡峭的矩形信號(hào)。放大器在通過矩形波時(shí)引起前沿上升時(shí)間延遲，使輸出信號(hào)產(chǎn)生失真的程度，通常用放大器的轉(zhuǎn)換速率來描述，這個(gè)指標(biāo)越高越好。轉(zhuǎn)換速率低，是功率放大器產(chǎn)生瞬態(tài)互調(diào)失真的重要原因。

3.2功率放大器

3.2.1晶體管功率放大器