音视界推荐：家庭影院小知识：音箱、扬声器、分频器、功放详解

音视界推荐：家庭影院小知识：音箱、扬声器、分频器、功放详解

此文主要详实解析家庭影院音箱、呈现扬声器、剖析分频器、阐释功放，先是介绍了音箱的构成情况、内在原理、分类情形以及性能指标相关内容，接着介绍了扬声器的工作原理以及具体的使用办法，最后详尽地阐明了分频器、功放的原理以及所发挥的作用，具体的就跟着小编一块儿来深入了解一番。

一、音箱详解

存在一种设备，它被称作音箱。音箱能够把音频信号转变为声音。通俗来讲呢，就是在音箱主机箱体当中，或者是在低音炮箱体内，自身带有功率放大器，可以对音频信号实施放大处理，之后通过音箱自身把声音回放出来，其目的是让声音有所变大。

音箱作为整个音响系统的终端部件，其具备的作用是，将音频电能转化成相应的声能形态，然后，并把这种声能状态辐射至空间当中去。它属于音响系统中极其关键重要的组成构件部分，承担着这样一项将电信号变换转身为声信号提供给人的耳朵直接进行聆听收听的任务工作。

音箱的组成

市面上音箱种类繁多，不管是哪一种，都由喇叭单元（术语称作扬声器单元）、箱体这两个最基本部分构成，此外，绝大多数音箱至少运用两只或更多的喇叭单元来进行所谓的多路分音重放，因而分频器也是少不了的一个组成部位。当然，音箱内部还说不定有吸音棉、倒相管、折叠的 “迷宫管道”、加强筋/加强隔板等其他部件，不过这些部件并非每一只音箱都必需，音箱最基本的组成元素只有三部分：喇叭单元、箱体以及分频器。

音箱发声的原理

要晓得音箱发出声音的原理，我们首先得去了解声音传播的途径，声音传播是需要介质的哟(真空没办法传声)，声音得依靠所有的气体，液体以及固体当作媒介传播出去，这些作为传播媒介的物质就叫做介质，就如同水波一样，你朝着平静的水面投一个石子，水面就会出现波浪，接着从对岸传播到四周，声波也是如此形成的，声波的频率处于20到20,000Hz这个范围之内，能够被人耳听见，低于或者高于这个范围，人耳都听不见。

人与水波的传播方式是一样的，是通过介质的来开展传播，只有人耳才能够听到声音。

声波可以在气体、固体、液体中传播

接下来再来讲讲喇叭的工作原理，喇叭是一种将电信号转化为声信号的装置，它是由线圈、磁铁、纸盆各类构成，放大器输出大小不一的电流，也就是交流电，经过线圈受磁场作用会使线圈移动，而线圈连接在纸被上会带动纸盆振动，再由通过纸盆的振动来进行推开空气，进而发出声音。

喇叭的发声原理

喇叭接收到音源设备输出电信号时，电流通过喇叭线圈，此刻产生磁场反应。其中通过线圈的电流是交变的，其正负极持续变换着。正负极相遇会相互吸引，致使线圈受喇叭磁铁吸引力而后向箱体内运动。正正极相遇则相互排斥，线圈便向箱体外运动。这般一收一扩的节奏会产生声波跟气流，进而发出声音，该效果和我们讲话的喉咙振动是一样的。

音箱是的分类

音箱分类存在不同角度与标准，按音箱声学结构划分，存在密闭箱、倒相箱（又称低频反射箱）、无源辐射器音箱、传输线音箱的区分，它们各自特点可详见相关问答。倒相箱是当下市场为主流，从音箱大小以及放置方式考量，有着落地箱和书架箱的不同，前者体积相对更大，通常直接放置于地面上，偶尔在音箱下方安装用于避震的脚钉。落地箱容积较大，它方便使用更大、更多数量的低音单元，所以其低频一般比较出色，并且输出声压级相对较高，功率承载能力也较强，于是适合在听音面积较大或者对要求较为全面的场合来使用。

书架箱体积不大，时常放置在脚架之上，具备摆放灵动，不占空间的特性，然而因箱体容量以及低音单元口径与数量存有局限，其低频一般赶不上落地箱，承载功率和声压级输出也会小某些，适合于较小的听音环境供以使用，按照重放的频带宽窄加以区分，存在宽频带音箱与窄频带音箱的类别，多数音箱的设计目的都是要涵盖尽量宽的频带，归属于宽频带音箱。狭窄频带的音箱，比较常见的是随着家庭影院一同兴起的超低音音箱，也就是低音炮，它仅仅是专门用来还原从超低频到低频的非常窄的一个频段的声音，按照有没有内置的功率放大器来进行分类，能够分成无源音箱以及有源音箱这两种类型，无源音箱是没有内置功放的，有源音箱则是有内置功放的，当前大部分的家用音箱都是无源的，然而超低音音箱一般情况下是有源式的。

音箱的性能指标

一般音箱都标明他的许多应用参数最常见的有：

功率：一般用W或VA计量，常见的为标称功率

额定功率，不失真功率

在于非线形失真未超出该音箱标准范围的情形时的最大输入功率，它属于该音箱的正常工作功率，能够长期连续工作而不会导致损坏。

灵敏度，其定义为，于音箱之上施加1瓦功率的粉红噪声电压之际，在距离参考点一米之处所产生的声压，是以分贝来进行表示的。音箱的灵敏度越高，在相同的驱动功率情形下就会越响，而在使用小功率的功放之时，灵敏度便显得极为重要了。

所讲的阻抗，是当音频信号施加于音箱输入端时，音箱所展现出来的那一个纯阻，常见的存在4欧，还有8欧的情况，而在国外也存在3欧，甚至5欧的有关系统，使用期间要留意务必与功放的输出阻抗相匹配，特别是胆机对于音箱阻抗进行匹配这件事，是尤为重要的。

二、扬声器详解

通常被称作“喇叭”的器件，是扬声器，它属于电声换能器件，而且极为常用，在那些能够发声的电子电气设备当中，都可以看到它的身影。

1、扬声器的原理

扬声器是一种器件，它能把电能，也就是扩音机输出的那种电能，转换成声音，即机械能的声音。根据构造不一样，扬声器可分成几种，有电动式、电磁式、压电式等等。在电化教育工作里经常被使用的是电动式扬声器。

(1)电动号筒式扬声器

电动号筒式扬声器，也就是高音喇叭，它的构造呈现于图1，主要涵盖磁路系统、振动系统以及助音筒这三部分，磁路系统与振动系统安装在一起，这二者合称为发音头，发音头和助音筒能够分开，各自形成一个独立的整体。

磁路系统，是由永久磁铁以及软铁共同组成的，其磁场可是集中在缝隙之处哩。振动系统，那是由带着音圈的振动膜加以构成的，音圈处于磁隙的正中央位置。当音频电流通过音圈的时候，会受到磁场力的作用哩，进而音圈就带动振动膜前后进行运动，致使空气产生振动的情况。因为发音头前面装有助者简，所以能够让空气发生共鸣，最终从而发出宏亮的声音。

(2)电动纸盆式扬声器

电能驱动的纸盆样式的扬声器，又被称作低音喇叭，它的构造呈现于图2之中，主要是由磁路系统，以及振动系统这两方面组合而成的。

环形永久磁铁以及软铁共同组成磁路系统，磁场集聚于缝隙之处。纸盆带着音圈搭建出振动系统，弹性片用以将音圈稳固在磁隙的正中间位置。当有音频电流通过的时候，在磁场力的作用之下，音圈带着纸盆进行前后运动，进而发出声音。

(3)组合式扬声器

为了把放音质量加以提高，将有效频率范围予以扩展，一般会把几只有着不同频率响应范围的扬声器组合到一块，装进同一个助音箱里面，从而构成组合音箱。它能够让在整个音频范围之内的频率响应曲线获得显著改善。

2、扬声器的使用

(1)能够正确地去选择扬声器的类型，当处于室外进行使用的时候，则应当选用电动号筒式扬声器，要是在室内使用的情况下，那就应该选用电动纸盆式场声器，并且要选好住宅箱，而当要求还原高保真度声音之时，就应该选用优质的组合音箱。

(2)不能让扬声器于电路里所获取到的功率超出其额定功率，不然的话，就会烧毁音圈，或者把音圈振散。

(3)需要留意，扬声器的阻抗要与扩音机输出阻抗相匹配，以此防止扬声器被损坏，或者避免扩音机受到损坏。

(4)使用电动号筒式扬声器之际，得先把发音头套于助音筒之上，之后方可通电，不然极易损坏发音头。

(5)扬声器数量多余两个而并存使用之时，相位方面的问题是务必予以留意的，要是呈现反的相位，那么声音会出现显著程度不低的削弱状况，当针对立体声音箱进行设置操作时，更着重需要关注的是相位千万别出现连接错误之处。

(6)在使用立体声放音系统之际，要把两个音箱分开适宜的距离，像图3所呈现的那样。依照经验，两个音箱之间的距离应该等同于音箱到听众中间部位的长度。

三、分频器详解

分频器是音箱里的小部件，它相当重要，虽不起眼，但其作用不容忽略，音箱播放声音时，需经分频处理才行，现在分频器主要有两种，一种是模拟分频器，另一种是数字分频器，在一般人认知里，分频器是音箱大脑，不可或缺。

分频器的原理

从电路结构去看，分频器在本质上是由电容器以及电感线圈所构成的LC滤波网络，高音通道属于高通滤波器，它仅是让高频信号去通过，然而阻止低频信号；低音通道与之相反，它仅仅让低音通过，却阻止高频信号；中音通道乃是一个带通滤波器，除了在一低一高两个分频点之间的频率能够通过之外，高频成份以及低频成份都会被阻止。在实际的分频器当中，有时出于平衡高、低音单元之间灵敏度差异的考量，还需要添加衰减电阻，另外，有些分频器里还增添了由电阻、电容所构成的阻抗补偿网络，其目的在于让音箱的阻抗曲线能够在心理层面上更加平坦一点，从而便于功放进行驱动。

鉴于当下音箱差不多都运用多单元分频段重放的设计模式，故而必定得存在一种装置，它能够把功放传来的全频带音乐信号依据需求划分成高音、低音输出，或者高音、中音、低音输出，如此方能跟对应的喇叭单元相连，分频器便是这般的装置。要是将全频带信号毫无分配地径直送入高、中、低音单元中，在单元频响范围以外的那部分 “多余信号” 会对正常频带内的信号还原造成不利影响，甚至有可能致使高音、中音单元损毁。

分频器的作用

1、基本分频

何种类型的电子分频器，其主要功能与任务，无疑是分频。鉴于当下音箱种类繁多，于系统之中，究竟采用具备何种功能、几分频的电子分频器，仍需灵活予以配置。如今常用的电子分频器，存在2分频、3分频、4分频等区分，一旦超过4分频，便会显得极度复杂且毫无实际意义。分频器能够合理地开展各单元功率分配，促使各单元间拥有恰当的相位关系，进而减少各单元在工作期间所出现的声干涉失真。

2、保护音箱

我们清楚，不同扬声器的工作频率并非相同，通常来讲，口径越大的扬声器，其低频特性越出色，频率下潜度越低。电子分频器能够为不同扬声器提供各自所需的工作频率，对单元某频段的声缺陷予以弥补，使各类扬声器得以更合理、更安全地工作。于是，电子分频器除具备分频任务外，正常使用时其更为重要的功能还有：保护音箱设备。

3、增加声音层次感

要是一个音响系统里存在好多只不一样类型的音箱，并且没运用电子分频器，那么不同音箱相互之间会出现诸多频率叠加、重复的状况，声干涉也会变得极为严重，进而声音会变得含混不清。要是音响系统运用了电子分频器来实施合理的分频，使得不同音箱处于工作状态，如此一来不同音箱发出的声音频率范围几乎不会重复，同时降低了声波相互干涉的现象，声音就会变得格外清晰，音色也会更佳、更具层次感！

分频器的分类

分频器分化出两大类，其中，存在能够被称为功率分频器的被动分频器（），另外还包含着被叫做 电子分频器的主动分频器（）？

1、被动分频器

音箱内置分频器有一种是被动分频器，它由电容和电感滤波网络构成，其分频网络设置在功率放大器和扬声器之间，从功率放大器直接输出的全频音频功率信号会被分为，低音和高音 ，或者分为低音、中音和高音，然后其把分频后的信号按不同频段分配给各频段扬声器，在全频高、低音或高、中、低音主动分频音箱里，完成分频任务的都是被动分频电路。

其优点在于，其一，结构简单且成本低廉，与音箱一同安装，无需进行调整，使用起来极为便利；其二，在系统连接这一方面相对容易，只要给功放输入全频信号，把功放和音箱连接起来便能达成全频放音；其三，所需功率放大器数量较少，通常一台功放能够带动两只全频被动分频音箱，所以系统成本较低。

被动分频存在不足，其一，分频网络需承担加于扬声器的极大功率与电流，故而得用较大体积电感，且因电感参数同扬声器阻抗直接关联，而扬声器阻抗为频率函数，与标称值偏离度大，所以误差大，计算难，其二，功率放大器输出的功率音频信号经电容和电感滤波器后，定会因电容和电感的非线性致失真，声音失真难以避免，其三，从功放输出的音频功率信号，每经一个电容和电感器件都会造成功率信号损失，于是被动分频的功率信号损失大，其四，分频衰减率无法做得过高，通常最大为12dB/倍频程，分频交叉区域干扰偏大，这是由于被动分频器提高分频衰减率的途径是增加电容器或电感器，即就是滤波阶数，然而增加电容器或电感器个数，就意味着随之增加信号失真与功率损失，提高分频衰减率带来了其他更多的问题。

从名称就能想见，被动分频是一种带有无奈之感的分频方式，这是因为功放输出的全频功率信号必须要进行分频操作，倘若不分频便会引发一系列问题，所以只能够被迫开展功率信号的分频处理。民用音箱为了削减系统成本，全都采用了被动分频方式。专业音箱跟民用音箱在要求、听音主体还有使用人员等方面有着极大不同，所以除了有被动分频方式的音箱之外，还有主动分频方式的音箱。

2、主动分频器

主动分频器是做什么的呢，它是把全频音频弱信号去进行分频的一种设备，它通常是由有源电子线路分频系统所构成的，它有啥特点呢，特点就是分频系统处在功率放大器前边，把全频音频进行弱分频行为之后，将低音、高音或者是低音、中音、高音这样的信号，分别送给各自相对应的功率放大器，然后靠着功放把这些信号再分别输出到低音、高音或者是低音、中音、高音扬声器，如此这般的方法就被业内称作主动分频，因为其运行工作是在弱信号这个情形之下的，所以能够运用小功率的电子有源滤波器达成分频。

设有自己功率信号接口的是被动分频音箱的各扬声器单元，有些高、低音分离式音箱存在主动分频和被动分频两种连接方式，这类音箱背后设有主动分频（）与被动分频（）转换开关，有些音箱上此转换开关装有锁定机构以避免误拨动情况发生。当采用主动分频方式时，必须把分频方式转换开关拨到“”那一边，将高音功放连接高音（Hi2h）输入，把低音功放连接低音（Low）输入。

采用弱信号电子线路信号来做分频处理，这种属于主动分频，它有诸多优点，其一，声音信号损失小，失真小，能再现良好音质；其二，分频衰减率针对被动分频可更高，达到每倍频程中24分贝不难，分频交叉与被动分频比较面积小很多，高、低音单元在分频交叉区的声音干扰基本被消除；其三，可调性良好，电声指标高。

涉及音质方面的主动分频的不足没有一条，其主要问题在于，一是成本高投资大，因为主动分频方式中高、低音每路需用独立功率放大器，但这就致使使用功率放大器增加，像一对二分配音箱要用两只功放推动，所以成本增又麻烦事多；二是增加一台电子分频器的情况下，在连接和调整方面就让使用难度提升了。（难怪重庆H&C的所有型号音箱都使用电子分频器）

四、功放详解

功率放大器，简称为功放，又俗称“扩音机”，它属于音响系统里最基本的设备，其任务在于，把源自信号源（在专业音响系统里则是来自调音台）的微弱电信号予以放大，借此驱动扬声器发出声音。

功放的组成

功放的性能指标

功率输出功率，其单位是W，鉴于各厂家测量方式各异，因此出现好些名目不同的称谓，像是额定输出功率，最大输出功率，音乐输出功率，峰值音乐输出功率。

音乐功率，它所指的是，在输出失真度不会超过那种业已规定的数值，这样一种条件的情形下，功放针对音乐信号的瞬间最大输出功率。

什么样的功率被称作峰值功率呢，它呀，是在这样一种情况下的功率，即在不会出现失真状况的条件之下，把功放的音量调节到最大的时候，功放所能够输出的那种最大的音乐功率。

额定输出功率，是指当谐波失真度为 10%的时期平均输出的功率，这也被称做最大有用功率。通常情况下，峰值功率大于音乐功率，而音乐功率又大于额定功率，一般来讲，峰值功率是额定功率5至8倍的数值。

功放的频率响应，指的是其频率范围，以及该频率范围内的不均匀程度，频响曲线是否平直通常以分贝（dB）来表示，家用HI-FI功放的频率响应一般是20Hz至20KHZ正负1dB，这样的范围越宽越理想，一些极品功放的频率响应已然达到0至。

失真度情形是这样的：理想状态下的功放应当是，将输入的讯号令进行放大之后，不会有任何改变地如实加以还原。然而基于种种缘由，经过功放放大的信号跟输入信号相较而言，常常会产生不同程度的畸变，这种畸变便是失真。用百分比来予以表示，其数值越小越为理想。HI - FI功放的总失真处于0.03%至0.05%之间。功放所存在的失真包含谐波失真，还有互调失真，以及交叉失真，再者削波失真，随后是瞬态失真，最后是瞬态互调失真等等。

信噪比，它所指的是，信号电平同功放输出的各类噪声电平之间的比值，此比值是以 db 来进行表示的，并且这个数值越大越有利。通常情况下，家用 HI - FI 功放的信噪比处于 60db 之上。

输出阻抗输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻，称做输出阻抗

功放的工作原理

功放工作原理实际上蛮简单，就是把音源播放出的各类声音信号予以放大，进而推动音箱发出声响。我们针对常见的D类功放工作原理来展开详细解说：

D类功放，是一种放大模式，其放大元件处于开关工作状态。当无信号输入时，放大器处于截止状态，此时不耗电。在工作时，依靠输入信号使晶体管进入饱和状态，这时晶体管相当于一个接通的开关，将电源与负载直接接通。理想晶体管因没有饱和压降所以不耗电，但实际上晶体管总会存在很小的饱和压降，从而消耗部分电能。这种耗电仅仅与管子的特性有关，而和信号输出的大小没有关系，所以特别适用于超大功率的场合。理想状况之下，D类功放的效率是100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率仅50%或者25%（依据负载方式来确定）。

D类功放实际上仅仅具备开关功能，在早期的时候，仅仅是被运用在继电器以及电机等执行元件的开关控制电路当中。然而，开关功能，也就是产生数字信号的功能，伴随数字音频技术研究的持续深入，用于Hi-Fi音频放大的道路倒是日益顺畅起来。在20世纪60年代，设计人员着手研究D类功放用于音频的放大技术，到了70年代，Bose公司就开始生产D类汽车功放。对音频信号做到放大需要采用D类这样高效的放大器，这是因为一方面汽车用蓄电池供电时需要更高的效率，而另一方面空间小致使无法放入带有大散热板结构的功放，其中关键的一步是音频信号的调制。另外存在美国新派的新D类功放，其设计为A+D类电路并且部分型号使用环牛电源而非开关电源。

第一部将其划分成调制器，最为简单的能够仅凭借一只运放来构成比较器便可达成。其一，把原始音频信号加上某个特定直流偏置之后放置于运放的正输入端，其二，另外经由自激振荡产生一个三角形波然后加到运放的负输入端。当正端之上的电位高于负端三角波电位的时候，比较器输出呈现为高电平，相反的情况则输出低电平。要是音频输入信号为零、以及直流偏置三角波峰值的二分之一，那么比较器输出的高低电平持续的时长相同，输出的便是一个占空比为 1 比 1 的方波。当存在音频信号输入之际,在正半周的时间段内,相较低电平，比较器输出高电平所持续的时间更长,使得方波的占空比大于1比1;而在负半周的期间里,鉴于存在直流偏置的缘故,比较器正输入端的电平依旧大于零,然而音频信号幅度高于三角波幅度的时长却大幅缩减,方波占空比小于1比1。透过这般情形,比较器所输出的波形乃是一个脉冲宽度经由音频信号幅度予以调制后的波形,被称作PWM(脉宽调制)或者PDM波形。音频信息被调制至脉冲波形之中。

第二部类别属于D类功放，它是一种由脉冲进行控制的，具备大电流特性的开关放大器，可将比较器输出的PWM信号，转变为高电压、大电流的大功率型PWM信号。其能够输出的最大功率，是由负载、电源电压以及晶体管允许流过的电流共同决定的。

第三部要把大功率PWM波形里的声音信息还原出来，方法是很简单的，只需用一个低通滤波器。然而因为此时电流非常大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，所以不能采用这种，必须得使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来之际，C的充电时间比放电时间长，输出电平就会上升；窄脉冲到来的时候，放电时间比较长，输出电平便会下降，恰好与原音频信号的幅度变化达成一致，于是原音频信号就被恢复出来了。

D类功放设计所考虑的角度，跟AB类功放有决然的不同，在这个时候，功放管的线性已经不存在太大的意义了，更为重要的是管的开关响应以及饱和压降，因为功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，并且要求维持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应必须要好了。除此之外，整机的效率全都在于因管子饱和压降而引发的管耗，所以，饱和管压降小不仅效率高，功放管的散热结构也能够被简化了。在若干年之前，这种高频大功率管的价格是昂贵的，在一定程度上对D类功放的发展起到了限制作用。时至今日，那种凭借小电流去操控大电流的方式早已在工业范围得以广泛运用，尤其是在最近这些年来已然于Hi-Fi功放上有所应用，而器件所存在的障碍现今也已经被消除了。

一个特殊环节是D类功放的调制电路，要把20KHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到，频率过低达到同样要求的THD标准，对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂，频率高，输出波形的锯齿小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器，造价相应降低。只不过，在这个时候，晶体管所具有的开关损耗，将会同频率升高啊一起跟着提高的，而就无源器件当中的东西，像是高频损耗，还有谢频的取肤效应，那样子统统都会使得整个机器运行的效率降低下来。并且，更高一些的调制频率，如果出现了射频干扰，所以，调制频率也不可以高过1MHz。

此时，三角波形形态、频率精准度以及时钟信号抖晃，均会致使后续复原信号与原信号存在差异进而造成失真，因而为达成高保真，涌现出诸多与数字音响保真一样的考量。

还有一个因数，它和音质有着很大的关系，这个因数就是无源滤波器，它位于驱动输出与负载之间。该低通滤波器在大电流的情况下工作，其负载是音箱。严格来讲，在设计的时候，应该将音箱阻抗的变化一同考虑进去，然而作为一个功放产品，指定音箱是无法行得通的，所以在D类功放与音箱的搭配当中，更加有让发烧友自由发挥的空间。

功放的作用

功放有着这样的作用，即把源自音源或者前级放大器的微弱信号予以放大，之后推动音箱发出声音。对于一套良好的音响系统而言，功放所起到的作用十分重要，不可或缺。

功放，属于各类音响器材里的一个家族，它的作用重点是把音源器材输入的相对微弱信号予以放大，而后形成足够大的电流去促使扬声器进行声音的再播放。鉴于要考量功率、阻抗、失真、动态以及各不相同的使用范围与控制调节功能，不同的功放于内部的信号处理、线路设计以及生产工艺方面也都不一样的标点符号。

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