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“全频带喇叭”──上个世纪70年代的产物
在百度输入“全频带喇叭”进行收索,马上会找到相关信息网页。深圳有一家公司销售5吋全频带喇叭,价格为22元/只。从供应商给出的照片看,与老浦东“全频带喇叭”结构一样,中间加有一个外边悬空的小纸盆。另外,在网上找到一个超级“全频带喇叭”,从照片上看果然十分惊人!粗看以为是在做放的风筝。透明三接头纸盆,即在一个圆锥振动盆中部再做出二个折环,使纸盆变成大中小三个部分。最靠近音圈的小锥盆当然就起到高音单元作用,如果音圈质量足够小与专门设计的高音喇叭音圈质量一样,二者就是相同的高音单元喇叭。最靠近外面的大锥盆当然就用来播放低音,而中间部分锥盆自然是用来播放中音。按照这种设计思路制作的全频带喇叭,对播放6KHz以下声频,可能会比使用锥盆结构的高、中、低音单元喇叭组合综合效果好,至少在播放频谱窄的声音时会有明显优势!
早在上个世纪70年代,电子管收音机或落地音响都推荐采用椭圆型喇叭,原因是椭圆喇叭的长半径振动盆有利于播放低音,短半径振动盆有利于播放高音。而那时厂家几乎没有专门生产有锥盆高音喇叭,锥盆高音喇叭是在80年代初才开始生产销售。当时我正在上海读大学,头一次在上海的电器商店买到锥盆高音喇叭,用普通电唱机做信号源,频率上限不超过8KHz,刚开始听到高音喇叭发出4KHz以上高音时感到非常良好。我家里在70年代买的红灯牌电子管收音机就是使用椭圆型喇叭,而且在正中间加有一个悬空的小纸盆,也就是所谓的全频带喇叭之组成部分。那时的大口径喇叭普遍都加有一个悬空的小纸盆,在音圈前面只是粘贴了一层很薄的防层帽。但由于那时的收音机只能接收中波和短波,频率上限不超过6KHz,实际被控制在4KHz之以下,根本没有从收音机中听到过4KHz以上的声音。中音就是500Hz以上到2000Hz的频率,2000Hz以上声音已经算是高音。收音机也设置有高低音调节旋钮,可以通过调节高音旋钮提升所谓的高音,确实会感觉到高音的提降变化。后来在大学里的广播室里第一次听到用盘式录音机播放的音乐,感觉十分美妙,远比从收音机、普通电唱机及室外广播听到的音乐好得无法相比。而那时国内还没有球顶高音喇叭。
更早时候,我老爹买有一个手摇式留声机可以播放胶木唱片。老式留声机转速很快,而且是使用粗纹唱片,每分钟78转,后来的密纹唱片为每分钟33转。留声机直接靠唱针带动鼓盒中的金属膜片发出声音,声音很小声。一张大唱片每面只能播放5分钟。后来的密纹大唱片每面可以播放15分钟。留声机播放出来的声音更加缺少中高音成分,连收音机的播放水平也达不到。70年代开始使用电唱机,80年代初普及电唱机,因只用一只全频带喇叭放不出6KHz以上高音,厂家才开始大量生产出锥盆高音喇叭来满足人们使用。
在80年代开始流行的电子音乐曾经让人感觉很不错!它的特点是很刺激,泛音集中在4KHz~6KHz之间。这是人耳最敏感的声音频率。为什么电子音乐的泛音集中在4KHz~6KHz之间?原因很简单,电子音乐要使用喇叭来发声,自然要受到喇叭的发声特征所限制。而电子乐器几乎都是使用简单的功放系统推动全频喇叭发出声音,顶多再增加个锥盆高音喇叭补充高音成分。其结果当然是也最适合普通略微过得去的音响进行播发。在80年代里,人们从使用电唱机到使用盒带录音机,再到使用CD机,声源的频率上限从8KHZ提高到10KHZ,再提高到14KHZ。对高音喇叭的重放要求也响应提高,锥盆高音喇叭被球顶高音喇叭取代,球顶高音喇叭的振动膜也从较厚的布膜材料逐渐改进到使用半透明蚕丝膜材料,中间也采用过全钛膜与布边钛膜复合结构。最初使用的软球顶布膜高音喇叭已经比锥盆高音喇叭明显要优良得多,但与后来采用的半透明蚕丝膜软球顶高音喇叭相比又明显差了一点。硬球顶钛膜虽然比软球顶震动膜的分割运动要小,但质量比半透明蚕丝膜大,再加上钛膜阻尼特性差,停不住,反而不如使用半透明蚕丝膜软球顶高音喇叭表现好。
起初推出的CD机是14比特机,没有做超倍取样处理,高音虽然也标到20KHz,实际在超过10KH后,波形便开始发生畸变。输出的20KH正弦波,用示波器观察体现为完全走样的W形状,14KHz的正弦波也已经叠加有严重杂波,表现为“数码声”很重。所以,起初推出的CD机仅仅是信噪比明显超过盒式磁带录音机,可达到70dB以上,音质并不比盒式磁带好,更不如高档LP立体声唱片的水平。于是便有CD与LP谁更好的比试较量过程。使用普通磁带的盒式录音机,信噪比只能达到40dB,即便使用DM62高级磁头,高音上限也只能达到12KHz,放宽标准下勉强达到14KHz。90年代制造出超8倍数字取样的24比特CD机后,才使激光唱片的高音表现与高档LP立体声唱片没有明显差别。用示波器观察,输出的20KH正弦波仍然是标准的正弦波形,只叠有很小量的杂波;16KHz以下正弦波形没有任何杂波,因而可以满足播放大部分乐器的演奏要求,大部分乐器的泛音频率只达到16KHz。最初的14比特CD机必须将12KHz以上高音过滤掉,接着推出的超4倍取样16比特CD机也必须将16KHz以上高音过滤掉,方能不会感觉出生硬的“数码声”杂波影响。事实上,即便是超8倍数字取样的24比特CD机,在播放10KHz以上单音正弦波时,也会听到清晰的“嗒”、“嗒”声。由于播放实际的音乐信号时不连贯信号之间的“嗒”、“嗒”声已经被掩蔽效应掩盖,人们才没有感觉到“数码声”杂波影响。彻底消除“数码声” 影响的解决办法就是提高记录信号的取样频率,保证20KHz每个周期至少有10个以上取样点,这在研制出DVD碟后已经不成问题。现代的DVD机已经具有播发高倍取样的DVD唱片功能,但却没有片源。与之相配的Hi-Fi重放音响,也还没有达到普及时期。铝带高音降价到200元之内,电子分频音响系统成为主流后,才具备播放好高音的条件。
听惯自然乐器演奏感受的人,不会再对电子乐器感兴趣。电子音乐除了有发毛刺激的感受外,没有自然乐器演奏的润味。在70年代里,由于没有条件听真实演奏,只能在看电影时听到高音不超过4KHZ的声音,我们根据那时听到的感受一致认为中国民族乐器都不好听,不明白有人为什么喜欢中国民族乐器。直到80年代后期,我们才通过对HI-FI音响的研究,改变了先前的错误看法。那时,我们也是最穷的音响爱好者,买不起好器材,喇叭箱是通过与别人做交换,我出技术,木工厂工人用平时收积下的边角料加工出来音箱板,而且是最差的刨花板料。没有音箱纸贴,就用打DDV的气枪装上喷漆来进行油漆。
对真正的爱好者来说,有钱可以出钱请人制作。如果没钱也是穷发烧友的话,就自己动手先做最简单的2W小功率电子三分频音响来感受体会。在我写的电子书中专门介绍有2W小功率电子三分频音响电路,非常简单易做。注意,玩电子分频,至少要使用三分频!如果采样两分频,就比级后分频没有明显优势。级后分频则不宜做超过两分频的系统,几乎所有号称监听音箱的级后分频音箱都是两分频方式,原因就是三分频多半不如两分频效果好。更别说搞四分频、五分频的级后分频音箱。2W小功率电子三分频音响的中、高音单元喇叭不必买价格贵的球顶型喇叭,就使用普通锥盆喇叭。找不到专门的中音喇叭,就用高音喇叭代替。锥盆高音喇叭可以工作到2KHz,只是别用过大驱动功率,以免喇叭损坏。在2W小功率电子三分频音响中,中、高音分别只有0.5W额定功率,不会将高音喇叭损坏。低音喇叭采用4吋口径普通低音喇叭,将低音喇叭装在4升~6升容积的箱子上。箱子最好用木板制作,简单点用装奶粉或其它物品的铁盒也将就。由于铁盒很薄,在铁盒中塞满棉花减少铁盒震动箱声。把中、高音单元喇叭吸放在铁盒上。就是这样的小破玩艺,也会让人们获得明显不同于级后分频音响的良好感受。当然,得去买一台现代出得价位在300元~400元的DVD影碟播放机来用,音量控制使用20K电位器进行调节。在玩过最简单的2W电子三分频音响后,再升级为18W电子三分频书架音响。音量控制也同时做相应升级。
200W电子三分频音响是给有钱的发烧友玩的高级东西,光元件材料费就要约2000元。若采用铝带高音,铝带高音目前还很贵,需另外单独计价。如果请人制作,包工包料,一对制作好的成品需要出到6000元。但其表现水平可以达到打遍音响市场无敌手的程度,除非对方也做同样的电子三分频音响出来较量。国外同样的成品要卖到3万~5万元。所以,对穷发烧友来说,能玩18W电子三分频书架音响或50W电子三分频书架音响或落地音响已经很不错了。在销售数量小的情况下,18W电子三分频书架音响成品每套也要出到2000元才能得到。所以,做好自己制作。除非大批量生产并且能销售出去,销售价格才能控制在1000元之内。我查过以前的元件价格,书架音响的每个喇叭都在24元左右,因为要采用防磁双磁路结构,比不防磁喇叭要贵。而且这还是出厂批发价,零售肯定还要贵一些。
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“后街男孩”与另一位朋友这次来我这里的停留时间较为富裕,就多式听了一些测试碟和乐器演奏曲。并且特别对比听了70年代电影版的京剧“杜鹃山” VCD片段,与用盘式录音磁带原声制作的CD唱片进行了对比。感觉如何?“后街男孩”与一道来听的朋友有深刻体会。由于70年代电影版的音源资料不多,主要是几个样板戏,可用来寻找历史感觉的东西不多。只要找到用70年代电影版制作的VCD碟,像歌剧“红湖赤卫队”和“刘三姐”,黄梅戏“天仙配”、越剧“红楼梦”等等,一定要电影版制作的碟,马上就能感受到“全频带喇叭”所宣扬的那种“大号收音机”播放效果。演唱就如同贴在面前!偶然听听确实也很亲切!毕竟过去曾经听着这种味道的声音长大,太熟悉了。Hi-Hi音响当然能播放这些没有6KHz以上高音的70年代电影版音源,只要自己喜欢,去影像店买来播放就是了。想人为制造出音源的话,先对输入信号做低通处理,以4KHz为转折频率,用1阶倍频程低通滤波器衰减中高音,再以7KHz为转折频率,用4阶倍频程低通滤波器将高音完全衰减掉。这样处理后,提琴都会变成假的朦胧古琴感觉。古琴虽然比较突出低音,但润味存在,泛音达到14KHz,并不可能让其它乐器变成准确的古琴感觉。当提琴与二胡听起来分辨不清时,这就是70年代的音响水平,没有发毛刺激效果。为避免出现削波失真产生发毛感觉,可以在前置电路加入防止信号过大产生削波的非线性放大器,只须在负反馈电阻上并联正反两只二极管,就可以使幅值超过0.6V时变为圆滑形状。97年,我给美国Packard bell公司设计多媒体音响电路时,咪头放大电路就采用了这样的避免信号削波处理方式。当然也可以把功放设计成,处于30%以下额定功率输出时完全线性,超过30%到100%满载之间变成非线性对数放大器,从而保证不出现削波输出现象。例如50W功放IC,让它在15W内处于线性放大状态足够大多数信号使用,将超过15W到50W的输出设计成非线性对数放大器,就能模拟胆机输出特点。对电路设计不精通的人,没有办法,才只好去玩胆机。;P
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全频单元一般用什么功放?
答:随便弄个低噪声功放即可,建议用TDA7294制作的50W功放.背景噪声可以小于0.5mV!
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1.级前分频与级后分频在工作原理上具有何不同
1995年第10期《音响世界》杂志发表了我写的文章“胆石之争可以休矣”,在该文中已经特别说明高声频信号的波幅是叠加在低音频信号的波幅之上,人们只要用示波器观察一下实际的音频电压波形就会证实这一特征。假定某一音频信号中含有14kHz、 5kHz、100Hz三个频率成分,并且三个频率的幅值都相同。采用级前三分频功放电路,分别由高、中、低三个单元放大器对上述频率进行放大,每个单元放大器的输出功率都相同为P,总的输出功率即等于3 P。若是采用级后分频方式,只用一个功率放大器对上述三个音频信号进行放大,高、中、低三个频率的输出功率相同也分别为P,功率放大器总的输出功率将等于9P!其中2/3的输出功率将被连在喇叭之前的电容器与电感器分频网络所占去。虽然电抗元件不消耗电能,它们占去的功率属于无功功率,但由此将要求功率放大器的输出功率比实际被有效转换成声波的有功功率大二倍。请注意,如果改采用单只全频喇叭进行重放,功率放大器输出的所有功率都全部加在这个喇叭上,其中的2/3功率是强迫喇叭做三个音频信号的互调振动形成互调失真。什么是互调失真?人们在喇叭上按标注的正负极加上0.5V直流电压,喇叭振动盆就会朝前运动凸起。若反向施加0.5V的直流电压,喇叭振动盆就朝后方向运动凹下。当OCL输出方式的功率放大器输出端静态电平明显偏离中点电平或以BTL输出方式的功率放大器两个输出端静态电平明显不对称时,就会存在直流电压施加在喇叭上的情况。当施加在喇叭上的直流电压达到0.5V时,播放出的声音将使人感到别扭不自然。原因就是喇叭振动盆已明显偏离机械平衡位置,导致振动盆在正弦波交变信号驱动下产生的往复运动不能保持对称,从而使还原的声音出现不应有的异常感受。所以,必须限定从功率放大器输出端加在喇叭上的静态直流电压不得超过0.2V。然而当喇叭工作于两个相差几倍频率的复合信号时,相对于较高频率声音来说,喇叭是处在明显偏离机械平衡位置上做往复运动不能保持振动幅度对称,还原出来的高频率声音将出现不应有的异常感受,其结果就是使本应该正常还原的声音变得混浊不清。实际上,两个声频只要相差达到5倍,高频率信号波幅就完全叠加在低频率信号的波幅之上。减小两个不同频率声音在还原时产生严重互调失真的唯一有效办法,就是使用多只喇叭分别负责一段声频的播放工作。这与采用级前分频与级后分频方式无关!差别只是级前分频容易实现,级后分频则很难把超过二分频以上的多分频喇叭组合设计好。我曾经用一台每声道总输出功率不超过20W的电子三分频有源音响与一台每声道输出功率为80W的级后分频组合音响作过实听对比。两套音响都调节到喇叭输出声压平均为95dB的状况下,用同一台CD机播放同一张唱片上的交响乐“黄河”第一段。前者给人的感受是各种器乐声音层次清晰,节奏平稳;而后者则使人感到同一段交响乐的演奏节奏明显变得急促起来,各种器乐声音也难易分辨清楚。它表明,要使级后分频方式达到级前分频方式同样的还声质量水平,放大器的额定输出功率还需要设计得更大。实际需要相差超过5倍以上才行。曾有人误以为级后分频器是吃掉输出功率的罪魁祸首,想把它去掉,只用一个全频喇叭工作,放大器的所有输出功率便会得到全部利用。却不知道仅用一只全频带喇叭的音响系统存在最严重的互调失真问题,不使用分频器非但不会带来好处,反而会使喇叭承受更大的不利驱动压力。为避免严重的互调失真导致声音变混浊,单只全频带喇叭音响系统仅适合播放声音组成频率狭窄的音源,例如播放单音变化的警报声音表现最出色。
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2.级前分频至少应采用多少段分频方式
为了尽可能减少互调失真导致重放声音变混浊,即便使用理想化的全音喇叭进行还声,也应将全声频按照相差不超过3倍频率关系进行分段播放。即需按照20Hz~60Hz、60Hz~180Hz、180Hz~540Hz、540Hz~1620Hz、1620Hz~4860Hz、4860Hz~14580Hz、14580Hz~20KHz七段声频分别用七个喇叭进行重放。由于14580Hz~20KHz在实际声音中所占比例很小,无需单独使用一个喇叭来重放。再根据不同结构的喇叭工作于各个声频的最佳表现状况,可将整个声频划分为20Hz~200Hz、200Hz~500Hz、500Hz~1500Hz、1500Hz~5000Hz、5000Hz~10000Hz、10KHz~20KHz六段声频分别用六个喇叭进行重放。当受到实际制作条件所限制时,500Hz以下低音需根据情况确定是否进行分段重放。迄今为止,即便是对音质要求很高的专业人士,也很少有条件制作超出5分频的音响系统。权衡之下,多按照20Hz~200Hz、200Hz~1500Hz、1500Hz~5000Hz、5000Hz~10000Hz、10KHz~20KHz五段声频分别用五个喇叭进行重放。由于级后分频方式已经很难把三分频的喇叭组合设计好,更别说把超过三分频的喇叭组合设计好,所以才不得不在大多数情况下采用二分频喇叭组合。然而,没有任何喇叭能把低音与中高音都还原良好,二分频喇叭组合存在十分明显的缺陷。如果把分频点设计在3KHz之上,低音喇叭在中高音的表现不佳;如果把分频点设计在3KHz之下,高音喇叭在中音区的输出声压又明显不足。若再把互调失真考虑进去,级后二分频喇叭组合必然比采用级前分频方式的三分频喇叭组合表现水平差许多。除非是因为缺少中音喇叭单元,级前分频决不要采用少于三分频的方式!否则,级前分频并不比级后分频有明显优势。与此同时,当级前分频采用起点为最少的三分频方式时,中高音分频点选择为5KHz~7KHz,中低音分频点选择为1500Hz~2KHz,在低音单元口径不大于8吋情况下,几乎所有高、中、低音喇叭都能够在给定的声频范围内正常工作,不会发生二分频系统中的喇叭组合困难。
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3.需要澄清的误解
对电路设计不够精通的人,往往以级前分频难以更改分频点,不适合各种二分频喇叭组合音箱使用来指责级前电子分频存在不能通用的缺陷。事实上,若只是要达到让各种二分频喇叭组合音箱都能使用的要求,人们可以采用两阶有源低通与反相后再相加得到高通的分频电路。把两阶有源低通输入端上的两只同阻值电阻换成各串联一只5.1K固定电阻的20K双联电位器,就能使分频点在f~5f之间连续可调。由于二分频喇叭组合音箱的分频点多在2KHz以上,7KHz以下,当分频点能够在f=1600Hz、5f=8KHz的范围内任何选定时,并不存在分频电路不通用的事情。即便要采用三阶有源滤波电路,也可以使用三联电位器来调节分频点。根据实测结果,使用三阶有源滤波电路与反相后再相加得到另一通道的电路也未发生某些频率被加大幅度的情况。而对二分频喇叭组合音箱,使用二阶有源滤波电路已经足够。即便是三分频方式,采用反相后再相加得到中音通道的加法电路,也没有可感觉出来的问题。唯一出乎意料的是,将全音频反相后与低通、高通信号相加,得到的中音带通信号幅度只有输入信号幅度的2/5,也即比低通、高通输出信号幅度要小3/5,并不是与低通、高通输出信号幅度一样大。这使得连在后面的中音单元放大器必须比高音单元放大器和低音单元放大器的电压放大倍率高1.5倍,才能在中音单元放大器输出端得到相同幅度的电压幅值。这个现象在我自87年开始研制电子分频放大器后的7年中一直没有找到中音响度比低音和高音相对要低8dB的原因,曾以为是电子分频放大器本身具有的特点。直到后来采用示波器对电路上各个环节进行检测之后,才发现问题出在经加法电路得到的中音幅度只有输入信号的2/5,必须在后级功放做相应的放大补偿,才能使高、中、低音喇叭的输出声压达到一致。没有实践经验的人,误以为制做电子分频放大器需要对每个声频进行实听测试,这其实是一个严重误解。无论是级后分频音响系统,还是级前分频音响系统,每个喇叭本身的声压频率特性曲线都与放大电路无关,并且喇叭的声压频率特性曲线不是理想化直线,上下起伏能保持在±2dB范围内已经是很良好的使用区间。所以,人们只能根据喇叭在工作频段的平均灵敏度,调整各个单元放大器的输出电压幅度与所驱动的喇叭匹配。当高、中、低各单元喇叭的平均灵敏度都相同时,高、中、低各个单元放大器的输出电压幅度也要求相同。人们只要用接近10KHz、4KHz、400Hz的三个同幅度信号分别验证高、中、低各个单元放大器的输出电压幅度相同就OK。如果使用的某个单元喇叭灵敏度偏低或偏高,可以通过提高或降低相应的单元放大器电压放大倍率进行匹配。然而,由于实际使用环境会导致各个频率的声压变化高达±10dB,高音和低音相对于中音的声压误差在±3dB之内并不会产生好坏差别,因此对高、中、低各个单元喇叭的平均灵敏度要求,实际可放宽到相差±2dB之内。以中音喇叭平均灵敏度为90dB来说,高音喇叭和低音喇叭的平均灵敏度在88dB~92dB之间,都不需要再对各个单元放大器的输出电压幅度进行调整,全部以相同的幅度进行输出。真正需要作出严格检测的是分频电路的元件参数是否达到实际需要的设计要求,这个工作是电路设计人员应该完成的事情,一旦验证符合要求,使用者只要按照要求采购符合要求参数的元件进行组装即可,并不需要每个使用者再去对每个频率的衰减状况进行检测。如果元件出现大的参数错误,也会在用10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度信号分别进行检测时发现问题。正确状况下,高音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为:4KHz幅度约为10KHz幅度的一半,而400Hz幅度应该不到10KHz幅度的1/10;同样,低音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为:4KHz幅度约为400Hz幅度的一小半,而10KHz幅度应该不到400Hz幅度的1/10;中音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为:10KHz幅度约为4KHz幅度的一半,400Hz幅度只有4KHz幅度的一小半。当高、中、低各段声频的上下分频点实际相差±10时,并不会对综合表现结果产生可感觉出来明显影响。
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固然全频带喇叭系统的兴起,是人们听厌了级后分频音响系统存在的发毛刺激感受进行的反抗,但它不是正确的反抗方式。正确的方式,应该是把高品质电子分频音响系统予以推广普及。对拥有真正的Hi-Fi重放音响系统者来说,想要寻找80年代之前的那种大号落地式收音机音响感受,只要去购买采用80年代之前的电影版制作的VCD蝶来播放就成。
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4.必须纠正的混淆概念
自90年代开始流行3D系统之时,就有商家出于自身利益,故意制造混淆视听的概念。按照他们的宣传,低音是没有方向性的声波,因此左右声道只需要合用一只低音单元,并且可以将它随意摆放在室内任何位置。关于低音没有方向性的理论根据,是源于低音波长比人的头部直径要大得多,左右耳朵听到的低音声压强度几乎完全相同,因而分辨不出低音来自那个方向。人们如果是用耳机来听立体声播音,当左右耳朵听到的低音声压强度相同时,确实分辨不出低音来自何方向。左右耳朵听到的低音必须具有声压强度差别,才能分辨低音来自偏向左或右方一侧,并且分辨不出是来自前方还是来自后方。但用两只音箱对立体声进行播放,左右音箱发出的低音声压强度相同,也会根据存在的相位差使合成声波前进方向按照相位差确定的方向前进。人体的听觉神经虽然区分不了左右耳朵接受到的声波相位差,却可以根据人体各部分皮肤感觉到的声波压力差别分辨出低音来自空间某个方位。所以,Hi-Fi音响的低音重放决不能使用耳机,更不能把左右两个声道合用一只低音单元。只有在受到使用环境条件的限制下,比如在书房和卧室里几乎没可能安放大体积音箱,在仅有狭小地方的商铺里也不能按停音要求摆放两只大体积音箱,为了使重放声音感觉尽可能好一些,人们才被迫把左右声道的低音成分合用一只低音单元喇叭进行播放。这便是3D音响系统的由来,3D是指由三个独立音箱进行重放。即:一个合用的低音箱与两个左右声道主音箱。最早的3D系统制作很简单,直接把左右音箱低音单元合并装在一个箱子中,再把左右音箱里的中高音单元移出来装在两个小体积箱子之中。为了缩小低音箱体积,可用单只双音圈低音喇叭,左右声道功放各驱动其中一个音圈,直接通过电容器把左右声道功放输出的中高音取出接到中高音单元上。实际使用发现,当低音箱被单独摆放在远离中高音单位的地方后,左右声道小音箱的播放声频仍须保持达到200Hz以下才不显得过于单薄。而从低音箱发出的150Hz以上声音如果不与中高音紧紧合为一体,其感受将很不是滋味!因此,必须以150Hz作为上限制作左右声道合用的低音箱,同时把150Hz作为左右声道主音箱必须达到的重放下限。但有人故意把负责播放150Hz以上音频的左右声道主音箱设计得很小,只有一只拳头大小,再同时把左右声道合用的低音箱摆放在不显眼地方或看不到的床底下。从而让刚见到这种播放系统的人们感到很意外,误以为是某种高科技成果!由于左右声道主音箱与左右声道合用的低音箱相比很像天体中的大星球附近的小卫星一般,便把体积很小的左右主音箱改称为卫星音箱。必须指出,由于采用只有拳头大小的音箱,所能使用的喇叭口径很小,只有1.5吋,喇叭谐振频率在240Hz~340Hz之间。为避免振动盆超出允许范围出现打底声,只能让其播放280Hz以上声频!从而导致150Hz~280Hz声频丢失,听感极不自然。美国BOSE音响公司推出的“休闲”系列产品,便是由日本的山本先生设计的这种明显存在缺陷的3D音响系统。其实,BOSE音响公司制造的“休闲”系列3D音响连重低音箱都没有设计好,播放重低音时箱体会产生严重振动回声。国内老牌的上海飞乐公司早在80年代也已经制作出这种只使用拳头大小音箱的3D音响系统,仅作为效果演示给大家参观。95年开始出现多媒体电脑后,美国Packard bell公司最先把音响放到电脑显示器上,而美国Packard bell公司最先推出的那套名叫“响尾蛇”的带超低音箱的3D多媒体音响系统正是由我设计出来。大众想不到,Packard bell公司是把超低音箱设计在显示器底部的半球形座子中,仅有1升容积,安放任何一个按照正常要求设计制造的4吋喇叭上去都只会产生“啪、啪”打底声,后来是我和另一位国内的喇叭制造专家为它制作出专用的喇叭,同时设计了根据音量大小自动提升高低的音控电路,才在全世界有5家大公司同时竞标的情况一举夺标。之后,国外公司用了一年时间才完全仿制出相同效果的多媒体音响系统。其实是音质极其糟糕的破玩艺!为了让这些具有特殊要求的多媒体音响正常工作,前置电路加入了必要的高通、低通有源滤波电路,而这些电路与Hi-Fi音响中的电子分频电路是两码事。差之毫厘,误之千里!
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5.级前电子分频功率放大器有什么缺陷
1993年第8期《音响世界》杂志以“音响如是说”为题,发表了我写给刚创刊半年的《音响世界》主编的一篇关于对Hi-Fi音响如何进行评价的研究文章,同时刊登了我提供的一个采用4只TDA1521功放IC设计的电子三分频功率放大器电路和所用印刷电路板供大家参考。不久,邓加欣在93年第11期《音响世界》杂志上发表了回应文章,指出:“电子分频相对功率分频而言确有其优点,但也不应一概而论。电子分频对有源滤波器的要求同样是苛刻的,且由于有源器件的引入,也增加了一些工作不稳定的因素,这就使设计难度加大,成本提高。也许这就是电子分频功放不能普及的原因之一。” 邓加欣的见解代表了不精通电路设计的大众思想。其实,当时刊登的那个采用4只TDA1521设计的电子三分频功率放大器尚未把经过加法电路得到的中音带通信号比从高通、低通有源滤波器输出的信号幅度小3/5的现象予以解决,使用单电源供电也没有做稳压电子滤波处理导致输出具有较大的交流声,开机存在很吓人的冲击声。真正明显存在的问题并没有被看出来,而不用担心会带来问题的有源滤波器反到成了吓阻人们走向进步的理由。实际上,引入有源器件并不意味着必然出现工作不稳定,噪声增大,反应速度不够等问题。确实有人设计出工作不稳定的有源滤波电路,那是因为他们考虑不周,把电路设计成了容易产生自激的临界状态。而就噪声方面来说,有源滤波器不对信号进行放大,即便采用四运放LM324和与运放之皇同档次的四运放LM837做对比,二者在作有源滤波器使用时表现相同。仅是LM324工作到1KHz以上就开始产生波形失真,到4KHz的输出波形已经面目全非!这便是在80年代里,最先推出四运放LM324,只能使用LM324做有源滤波器或作多段音调调节器时,音质会明显变糟糕的原因。但在不久推出四运放TL084之后,TL084的转换速率与LM837处于同档水平。用TL084做有源滤波器,即便信号频率达到150KHz也没有出现波形失真,在噪声方面的表现也与使用LM837无差别。特别要指出的是,大众对稳压电源的使用存在似是而非的误解,以为所有稳压电源都会导致响应速度跟不上反应要求。实际上,只是在使用开关类稳压电源供电时才会出现稳压响应速度跟不上反应要求的情况。但只要把输出电压检测反馈电路设计成光电藕合方式,同时把开关稳压电源的最大输出电流设计为功放部分最大工作电流的两倍,并在靠近功放的电源线位置加入容量足够大的储能电容器负责提供瞬态大电流,使用开关稳压电源也不会发生响应速度跟不上反应要求的现象。若是采用大功率场效应管设计的稳压电源,更不存在响应速度不够快的问题。真正发生的问题是电源所能供给的电流达不到功放瞬态输出的大电流要求,解决办法应该是适当增大电源变压器容量,同时在靠近功放的电源线位置加入容量足够大的储能电容器负责提供瞬态大电流。前置电子分频电路采用普通三端稳压器也已经能提供足够使用的电流,但是在前置电子分频电路与功放合用一个电源供电时,功放电源电压出现大波动会导致给前置电路供电的稳压器因输入电压波动过大而使输出电压发生相应波动,这将引起前置电路静态工作点发生变动并把它叠加到分频电路输出信号之中成为提供给功放的干扰信号。情况严重时,整机会发生剧烈振荡,只得关机。最根本的解决办法,是让前置电子分频电路单独使用一只小变压器供电,按照一点共地原则将前置电路与各个功放的输入地端连接,这将使采用正负双电源供电的电子分频功率放大器只有极轻微的背景噪声。注意前置电子分频电路一定要作屏蔽处理,从分频电路输出到功放输入端的信号连接线也一定要使用屏蔽线,方能消除由于环境电磁波感应产生的严重背景噪声。不知道这些设计常识,去给前置电路增加伺服稳压电路,结果当然是无什么改变,只具有心理安慰作用。简言之,电子分频不存在对电路设计很外行的人士所以为的那些问题。真正的致命问题是在人们还没有制造出大功率集成放大电路之前,功率放大器如果使用分立元件制作,整个体积十分庞大繁琐,而采用输出功率不超过24W的功放IC来制作,高、中、低各单元喇叭不能输出足够大的声压,尚不能与级后分频方式相抗衡,这才是制约它未能在上个世纪得到普及的原因。
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