Hi-Fi音箱基础知识
Hi-Fi音箱基础知识
由于单只扬声器重放声音的频率范围有限，故高保真音箱通常采用多只不同频率的扬声器单元组合放声。那么，为了方便大家，下面是我整理的关于Hi-Fi音箱基础知识，欢迎大家阅读浏览。
一、 音箱的分类
按音箱结构可以分为封闭式音箱、倒相式音箱、空纸盆音箱、迷宫式音箱、 号筒式音箱等种类。
1 封闭式音箱
封闭式音箱在所有的音箱中是最简单的扬声器系统，它的外形结构除前面留有安装扬声器的开口外，箱体全部进行密封，而且在箱内填充有多孔纤维吸音材料。当有音频电流通过扬声器时，扬声器振膜产生振动，推动扬声器纸盆前面的声波向四周辐射，而纸盆后面的声波则被吸音材料所吸收，这就将扬声器的前向辐射声波和后向辐射声波完全隔离开来，从而有效避免了声短路现象。又由于密闭式箱体的存在，增加了扬声器运动质量产生共振的刚性，使扬声器的最纸共振频率上升，提高了低频响应。这种音箱的声音有些深沉，但低音分析力好。由于封闭式的箱体一般较小，容积有限，箱内空气对扬声器形成一个附加的弹性作用，纸盆后面的气垫会对纸盆施加反驱动力，这种作用会使扬声器的固有谐振频率提高，而使低频响应变差，所以现在常采用谐振频率低的像皮边扬声器制作音箱。封闭式音箱的灵敏度较低，但可使用输出功率大的放大器，而且其结构相对较为简单，容易设计，方便放置，所以广泛地应用于家庭及小型娱乐场所。
除扬声器口外，其余部分全部封闭的音箱，扬声器纸盆前后被分隔成两个互不通气的空间，一个是无限大的箱外空间，一个是具有一定容积的密闭箱内空间，消除了扬声器纸盆前后的声短路及干涉现象，但由于箱体密封，纸盆振动会使箱内空气产生反复的压缩和膨胀过程，所以这种箱体的各部分应具有足够的强度和密闭性能,否则,容易产生板振动而影响特性。其主要特点是音色纯正，但灵敏度偏低，适用于家庭音响。
2 倒相式音箱
也叫低音反射音箱，这种音箱在箱体前面开一个或几个出声孔，音箱外形结构开孔位置和形状多种多样，有的只开一个孔，有的开几个孔。大多数孔内还装有声导管，声导管的形状也有多种多样。它的工作原理是：扬声器向后辐射的声波与箱内空气发生共振，然后通过声导管将声波相位倒转180度，由声导管开口处辐射出去。由于从扬声器纸盆后面辐射出的声波在相位上同扬声器前向辐射的声波正好倒相，所以称这种音箱为倒相式音箱。由于从声导管开口辐射出的声音与扬声器前向辐射的声音在到达音箱前方时是同相叠加的，所以它能提供比封闭式音箱更宽的频带，低音扬声器单元的辐射效率也由此大大提高。为使重放频带内声导管开口辐射出的声音与扬声器前向辐射出的声音正好同相，就必须很好地选择所用扬声器的参数值，精心地设计音箱。在理想情况下，重放频率要从扬声器最低共振频率的80%开始，均匀平坦地展开，以获得宽广的频率范围。
倒相式音箱用较小的箱体就能重放出丰富的低音，失真比较小，性能也比较稳定，是目前应用最广泛的一个种类型，但它的设计及制作较为复杂。近年来为展宽低音重放频段，将吸声材料填充在声导管内，作成半封闭箱以控制倒相作用，使之缓冲一些，用降低共振频率来达到展宽低音重放频段的目的。结果使倒相音箱变成了半封闭状态，这种音箱叫阻尼型倒相音箱。
也称倒相式开孔箱，低频放射式音箱，是系在音箱面板上开有倒相孔(槽)的一类音箱。由于开有孔，箱内的声音便可以辐射到外面来。
倒相式音箱又称低频放射式音箱，也是目前多媒体音箱中最常用的箱体设计。它和密闭式音箱不同之处在于，音箱的前面设计了筒形的倒相孔，以使箱体内外的空气流通，它有比密闭箱更高的功率承受能力和更低的失真，量感足、灵敏度高，既适用于一般家庭，也可用于大厅或专业场所。
3 空纸盆音箱
又叫被动式低音辐射音箱或无源辐射器，是在倒相式音箱的基础上发展起来的一种新型扬声器系统。它是用空纸盆代替倒相式音箱中的声导管，由普通的扬声器、一个空纸盆装置装在封闭式箱体内构成的，空纸盆装置是普通扬声器去掉音圈和磁路系统只用其纸盆和支撑系统构成。目前，常将空纸盆装置设在音箱面板的下部，这样，不仅中、低音频段的声压不易受到地板的影响，扬声器的高度也恰到好处，使音像定位在恰当的高度。另外，空纸盆工作在超低音频段时，可以利用地板的反射作用来提高辐射效率，从而进一步增强低音效果。
空纸盆音箱是利用了箱内空气和振动系统(主要是纸盆)的质量形成的共振，由扬声器的振动再通过空气去激励空纸盆，便之作相应的振动。从这点看，它类似用声导管内空气质量和音箱内空气所形成的共振原理，和倒相扬声器系统十分相似。它们的基本工作过程也是相同的，都是扬声器后向辐射声经过一定装置倒相后，与前向辐射声处于同相。但是，在超低音频段，空纸盆音箱的振幅比倒相音箱的振幅更低些，更接近于封闭音箱，即空纸盆音箱在整个频带范围内可以有效地抑制扬声器振动幅度的增长，抑制了倒相音箱中反射出声孔的不稳定的声音。空纸盆音箱还具有重放频带灵敏度比较高、具有安装方便等特点。
4 迷宫式音箱
这是倒相式音箱的一种变形，其结构在扬声器背后设置有吸声性壁板做成的声导管，这种导管的长度正好等于需提升的低频声波长的一半，这样，导管开口的辐射声正好与的扬声器前向辐射声同相叠加，从而使总辐射声压得到了加强。但是，当导管长度等于四分之一波长时，情况正好相反，会产生逆共振现象。因此，在设计时要设法将这个低频下限值选为扬声器的最低共振频率。理论上讲，声迷宫音箱会衰减来自锥盆后面的声波，阻止反射到开口端而影响低音扬声器的辐射。而实际上，它具有轻度阻尼和调谐作用，增加了扬声器在共振频率附近或以下的声输出，并在增强低音输出的同时能迅速减小振幅量。
5 号筒(角)式音箱
有前向号筒(角)、背向号筒(角)式、组合号筒(角)式等类型。它的箱体背面全密封，箱体内的空气压力都加至扬声器锥盆背面，为保持锥盆前后压力平衡，号筒(角)装置一般都放在扬声器前面。前向号筒(角)式音箱的低音重放效果相当于一种超大型音响重放系统，背向号筒(角)式又叫反射号筒(角)音箱，在结构上可以直接看到所用的扬声器，它的号筒(角)大部分向后折叠。组合号筒(角)式就是将前向号筒(角)音箱和折叠号筒(角)音箱组合起来构成的音箱形式。号筒(角)式音箱的号筒(角)一般采用木质材料，号筒(角)口的大小取决于所要求辐射的截止频率。截正点频率要求低的话，号筒(角)的口径就要大。号筒(角)式间箱的作用原理与倒相式音箱相类似，但低频响应不如封闭式音箱和倒相式音箱好，但它的声音传输效率最高，多用在厅常、剧场主扩音系统和效果扩音系统上。除此之外，还有对称驱动式音箱、克尔顿音箱、声矩阵式音箱、多导管式音箱等。
二、音箱(扬声器系统)的性能指标
1 声压频率特性
一个性能优越的扬声器系统，它的重放频带范围，理想情况下应该在人耳能听到的16-20kHz频率范围。结合较大声压级的超低音重放、尽量减少失真的要求，一般都把重放频率范围设定为30-20kHz，而且希望系统在各个听音点的响应特性尽量均匀。通俗地讲就是，在整个听音环境里，每个地方听到的声音大小都是一样的。
2 指向性和指向频率特性
在扬声器系统正面轴向水平30度和60度方向上测得的频率特性叫做该系统的指向频率特性，指向性指的是扬声器系统输出的声压级随声音辐射方向变化的特性。它受分频点频率、音箱结构形式、扬声器配置方法和分频网络元件值等因素的影响。所用的扬声器种类不同时，低音、中音和高音辐射到空间的指向性、声平衡性等特性都不相同。
3 最大输出声压级
扬声器系统的输出声压级与扬声器一样，是指在输入1W噪声电压信号的条件下，将标准测量传声器放在扬声器正面1m处测得的.声压级的算术平均值。使用扬声器系统时，在某个距离上系统的声压量是否满足要求，都是用最大输出声压级这个参数来衡量的。
4 阻抗特性
扬声器系统的电气阻抗特性由所用扬声器单元的种类、性能以及分频网络元件等许多因素决定。针对不同的频率点，阻抗会不相同，一般用阻抗频率特性曲线来表示系统的阻抗特性。扬声器系统结构形式不同，阻抗特性也有明显变化。
5 谐波失真特性
扬声器系统的谐波失真特性与单个扬声器单元的谐波失真特性不同，它是由各个低音、高音等单元的失真特性综合而成的，而且还和音箱箱体、分频元件等有直接关系。这就要求在设计、使用扬声器系统时，应该根据实际情况，在重放频带内尽量使失真减小到最低值。否则，扬声器系统的失真特性会不理想。
6 耐输入能力
加到扬声器系统上的输入信号是通过分频器将低音、高音分开后，分别供给各个扬声器单元的，所以加在每个单元上的输入信号的大小是不同的。从系统整体性能考虑，主要是要限制集中于高频段的连续信号，防止高音扬声器单元过载损坏;低音、中音扬声器单元应该考虑能输入功率比较大的信号。
三、音箱分频网络
由于单只扬声器重放声音的频率范围有限，故高保真音箱通常采用多只不同频率的扬声器单元组合放声。要使不同频带的扬声器单元组合放声。要使不同频带的扬声器单元工作在各自的最佳频率范围，则需要性能优良、设计合理的分频网络。分频网络又称分频器，其分频方式有两种类型：一类是电子分频器，另一类是功率分频器。
电子分频又称有源分频，分频器设置在功放之前。它设计制作调试都较简单，能获得较好的分频效果。但分频后的信号，各需独立的功率放大器，故整体电路复杂，成本高。
输入信号经过前置放大器后，其输出信号送入电子分频器，从分频器输出的低频、中频和高频三个频段的信号分别经各自的放大器放大，去推动三个扬声器。这种电路由于结构复杂，成本较高，调试较困难，家用音响中较少使用，它只用在少数高档放音系统中。
功率分频又称无源分频，它设置在功放输出端，便于与音箱装在一起，使用方便。缺点是分频器中的元件要随很大功率和电流，而且，由于扬声器本身阻抗随频率的变化会直接影响其分频特性，因而调试较难分频点有较大误差。
功率分频器通常采用R、L、C 组成的无源网络，按分频段数分有二分频、三分频、四分频等。按衰减率分有-6dB/oct(分贝/倍频程)、-120dB/oct、-18dB/oct等。按连接方式分有串联式、并联式等。分频频率的选取，对于二分频器，一般分频占取在800-2000Hz之间，三分频器的第一分频点一般在250-1000Hz之间，第二分频点取在5000Hz附近。
功率分频电路采用一个功率放大器，对其输出信号进行分频。这种电路结构简单，成本低廉不易出故障在家用音响系统中有着广泛的应用。功率分频电路有两大类型：一类是二分频电路，另一类是三分频电路。
功率分频器除具有分频作用外，还具有平衡各频段功率分配的作用，即根据各频段扬声器单元需要的功率恰当分配，以免出现如低音不足而中、高音过强，甚至损坏中、高音扬声器单元的情况。如果分频网络不能完全满足功率分配的要求，一般可加接衰减器使之平衡。
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