有线电视传输中微波中转站的设立

多媒体音箱组合 

朱恒 王炜 沈勇

【摘 要】 随着多媒体计算机的日益普及,观看多媒体计算机播放的影视节目已成为许多家庭重要的娱乐项目。文中介绍了一种多媒体音箱系统的设计方案。该系统能以较小的体积重放高灵敏度、宽频带的音质。 
【关键词】 多媒体音箱 音箱组合 超重低音音箱 

【Abstract】 With the popularization of multimedia computer, watching movies through multimedia computer has become a important recreation in many families．The design scheme of a new kind of loudspeaker enclosoure for multimedia computer is introduced in the paper．The system can be achieved in high sensitivity and broad frequency range through comparatively smaller enclosure． 
【Key words】 Multimedia loudspeaker enclosure Loudspeaker enclosure combination Subwoofer system

1 概述
1．1 多媒体电脑在家庭影院的应用  
　　多媒体是近年来人们关注的焦点之一，是信息技术领域中最具活力的技术。多媒体计算机经历了十余年的发展历程，现在已进入了高速发展与普及阶段，并且正以开发、完善、增强家用为目标而不断融入消费类电子产品和通讯终端等功能。我国，家用多媒体计算机扮演的最主要的角色是家庭影院。 
　　近几年来，家庭影院技术取得了巨大的发展。大屏幕彩电、卫星电视、激光影碟机、5．1声道的环绕立体声等新技术层出不穷。同时各计算机厂商也为家用电脑研制出各种各样支持家庭影院的多媒体产品，这些多媒体配件使用了许多家庭影院先进技术，如能够联接有线电视的电视卡、具有杜比环绕声的声卡、5．1声道的DVD光驱等。家用电脑有这些多媒体器件支持，便具有了替代家庭影院的能力。但是，虽然多媒体电脑和家庭影院都采用同样的音视频技术，从总体上说多媒体电脑的影视效果比不上家庭影院系统，并突出表现在影视音效上。其中原因很多，最主要的原因在于多媒体电脑的音箱系统相对薄弱。
1．2 多媒体音箱 
　　目前市售的多媒体音箱多为双声道小型有源音箱，声音向高频倾斜，这种过硬而缺乏临场感的声音使听者感到疲乏。为改进音质，增强产品竞争能力，厂家一般采用以下措施：（1）压缩高频，这使声音不够清晰；（2）改变音箱造型，但对音质改进却无济于事；（3）增加扬声器，这种方法往往难以取得较好的声学效果；（4）竭力降低成本，以低价位参与竞争，这种方法使音质无法保证；（5）采用3D方式，但是常常由于箱体体积太小而无法很好地重放低音，同时也因采用四阶模型导致失真大，功率承受小，灵敏度低；（6）增加箱体体积，以直接辐射式再现低音，取得高低音的平衡，这种方法效果较好，但是造价高，摆位不方便。 
　　从现有技术来看，既要保证音质，又要使音箱易于摆位，同时要求造价低廉是相互矛盾的。因此，必须另辟蹊径，研制新型的多媒体有源音箱。

2 技术方案分析 
　　为了能适应计算机多媒体和家庭影院的要求，并能满足各种不同层次的用户的需要，我们提出了有源音箱组合的新思路。 
　　根据扬声器在低频辐射时的无指向性，可考虑将低频部分与中高音部分分开，各个频段采用独立的音箱进行重放。这种分频段放音手段在技术上可以减小扬声器的互调失真，分散功放的负担，在使用上可以实现多种灵活的组合方式。比较可行的频段分割为：对于中高音区，延用传统倒相箱，以一对高灵敏度的双声道小箱重放150Hz～22 000Hz（－3dB）的中高音；对于150Hz以下的低音区，采用一只超重低音音箱和一只低音音箱来重放，超重低音音箱重放45Hz～100Hz的超重低音频带，低音音箱重放100Hz～220Hz的低音频带。 
　　此方案在技术上存在两个难点： 
　　① 传统的音箱设计中，如果要重放100Hz以下的低音，音箱必须具有很大的体积，如歌舞厅中常用的大型落地箱。大体积音箱造价高，很难摆位，不适合家用。 
　　通过研究实现了一种利用音响空气块发声的六阶带通音箱结构，这种结构的音箱可用较小的体积展现高灵敏度低失真的重低音效果。 
　　② 分频段重放虽然减小了互调失真，却又导致各频段间的相位幅度冲突。如果设计不周，可能产生较大的峰谷。 
　　对这个问题，采取加入电子分频网络和相位调节电路解决方法。各音箱摆位确定后，用户可通过分频点和相位的调节实现各单元的完美耦合。

3 工作原理
3．1 六阶带通式音箱的原理 
　　常用的音箱有两种形式：一种为封闭式，一种为倒相式。倒相箱利用了扬声器振膜背面的能量，有助于拓展低频响应和提高灵敏度，因此成为市场的主流。但用这种形式若要很好的重放低音，需用大口径扬声器，以降低因振膜振幅过大而造成的非线性失真。其后果则是箱体大，成本高，功耗高，对功放的要求也高，不适合作为多媒体音箱。实践证明以音响空气块驱动的六阶带通低音箱可以用较小的体积发出高灵敏度的低音，其结构及等效声学线路如图1所示。 

图1 带通式音箱的结构示意图及等效声学线路图 

　　从结构图上可看出：这种音箱的扬声器装在箱体内部，利用两个腔的声导管作为气体活塞发声。音箱的两个腔在其声学等效线路上等效为两个LC并联谐振回路，对应两个谐振频率。两频率之间，两个声导管辐射的声场同相叠加，构成整个音箱的工作频带。 
　　根据等效声学线路和声辐射原理，我们可以推出六阶带通式音箱的声压表达式： 

　　公式中各系数是等效声学线路中七个声学元件的函数，具体表达式此略。 
　　上面的六阶函数式比较复杂，对于既定的频响要求进行设计的运算量很大。在纯代数分析的同时利用计算机辅助最优化技术，取得了较好的效果。
3．2 功放的原理 
　　多媒体音箱的功放一般不采用家庭影院专用的胆机或石机，而是和音箱结合在一起直接做成有源音箱，因此功放的设计必须将推动功率和体积、与声卡或扬声器的耦合等问题综合考虑。本系统中采用直接耦合电路形式的集成电路功放，并设有分频点调节电路和相位调节电路，供用户调节。

4 实验验证与测试结果 
　　以上述理论为基础，我们制作了一套多媒体音箱组合，包括以下几个组合部件： 
　　①一对小巧玲珑的立体声主音箱。重放150Hz～22 000Hz的中高音频段，是多媒体音箱系统的基本配置。 
　　②一只小型低音音箱。重放100Hz～220Hz的低音区，可满足一般低音音质的要求。 
　　③一只超重低音音箱。重放45Hz～100Hz的超重低音区。此音箱可很好地再现低音的震撼力。 
　　以下给出超重低音音箱和整个组合系统的频响曲线。 

图2 超重低音音箱的理论设计频响曲线和阻抗曲线 

图3 超重低音音箱实际频响曲线和阻抗曲线 

图4 整套音箱组合的实测频响曲线 

　　从表1可以看出，超重低音音箱在通带范围内的谐波失真很小，整套多媒体音箱组合的性能已经达到高保真音箱的音质要求。是一套具有较高性价比的家用音箱系统。 

表1 超重低音音箱的谐波失真

5 结束语 
　　综上所述，多媒体音箱组合具有这样的特色：（1）音质卓越。（2）适应了多层次的需求。（3）使用方便。（4）良好的性价比。 
　　在多媒体市场和家庭影院市场迅速发展的今天，该音箱系统可望成为新的经济增长点，创造良好的经济效益。

作者单位：南京大学声学所 南京 210093 

参考文献