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扬声器阻抗补偿回路的正确设计（发表于无线电与电视杂志，图表无法上传）
扬声器阻抗补偿回路的正确设计
时下，国人皆津津乐道于发烧，发烧器材比比皆是，而且音源、功放、音箱的保真度也越来越高，但是人们的听觉鉴赏力也不断提高，特别是对扬声器所产生的失真特别敏感。众所周知，当前的发烧器材已经基本上已经达到了很高的保真度，特别是CD机的出现以及将来马上普及的DVD，所以对于音源来说已经达到很高的境界；另外功放的制作方面，其发展之迅速，指标已大大超过了人耳所能力及的范围。应该来说，当前整个发烧界的重点是在在音箱的制作方面，音箱的好坏直接影响听音的质量。我们知道，扬声器在放声时的失真主要来自于电声转换过程中，而且有时是非常严重的，甚至使你的音响系统不能真正地达到原音再现。影响放音质量的因素主要有音箱材料、喇叭的性能、分频器等等许多因素，其中有一个比较重要的原因是由于扬声器的阻抗补偿未能正确设计或者就根本没有加以补偿。对于此类情况，我们就可以进行一些改进措施，这就是扬声器阻抗补偿回路的设计，它是对高保真原音再现的强有力的补剂，笔者对一些扬声器进行了一些补偿处理，结果效果大为改观。
众所周知，扬声器的阻抗包括电阻和电抗，是与频率有关的量。在一般情况下，分频器网络都是在连接上与扬声器标称阻抗相等的负载条件下才能产生正确的阻抗特性。实际上，连接在分频网络上的扬声器的阻抗随频率变化很大，所以正确的特性得不到满足。从图（1）～图（4）中，我们来研究一下阻抗补偿的原理及过程。
图（1）为扬声器出厂后的阻抗特性，从图中我们不难看出，其阻抗是随频率变化的，在共振频率处达到最大值，也就是在A部分产生很高隆起的部分，而在B部分也即从中音频段开始向高音频段呈上升趋势。而我们要求的扬声器阻抗特性曲线是与频率无关及保持标称阻抗值不变的一条曲线，所以必须对A、B两段曲线进行补偿。图（2）是对A频段进行补偿后的特性曲线，图（3）是对B频段进行补偿后的特性曲线，综合两者便得到了我们所需要的阻抗特性曲线如图（4），可以看出它是一个与频率无关的量。在实际应用不可能得到如此理想的阻抗特性曲线，但是能够做到使它尽量的平坦。阻抗补偿技术已广泛用在扬声器系统中，很多制造商均把它作为音质补偿很重要的一部分作在分频器中，如KEF、JBL、JAMO等等，并以此来提高扬声器的声音还原效果。阻抗补偿技术主要用在多分频扬声器系统的中、低音扬声器中。
那么怎么样才能达到补偿的目的呢？从图（1）～（4）中的补偿过程中我们可以看到，要对f0附近的A频段和高频段B分别进行补偿，才能得到图（4）那样平坦的综合特性曲线。当然对弯曲的如此厉害的阻抗特性曲线变成平坦的一条曲线是比较困难的。对于A频段，要使此频段阻抗曲线变得平坦，就必需抑制共振频率f0处的阻抗上升，所以我们联想到了RLC串联谐振回路，将它并联在低音扬声器上就可以达到目的。但是由于f0很低，L和C值必然非常大，所以在低音扬声器上并联上这么大的一个RLC回路就不是很适合了，所以一般不采取这种形式，当然也不对它进行补偿。对于高频段B部分的补偿，我们可采用个最简单的阻容串联回路，将此回路并联在低音扬声器旁。我们知道，扬声器音圈不仅具有很大的等于标称阻抗的电阻分量，还具有电感线圈的性质。当扬声器工作使，随着频率连续升高，音圈的感抗作用使得阻抗近似以6dB/oct的斜率上升，因此频率越高，电感L的阻抗越大。所以我们不难想到由于电容器与电感具有相反的阻抗特性，所以可用电容器来抵消电感线圈的作用。这样采用一个RL串联回路即可达到此要求。
通常，我们购来的音箱中一般都含有阻抗补偿回路，且与分频器装在一起，而对于我们大多数发烧友来说都是自制音箱及设计分频器，所以要对补偿回路进行自行设计和制作。制作者要根据现有的低音扬声器技术参数值自制与所用扬声器符合的阻抗补偿回路，要仔细阅读产品目录和使用说明书上的曲线，如果手头上没有的话最好与生产厂家进行联系，以免适得其反。
下面介绍一下如何根据阻抗特性曲线来正确设计阻抗补偿回路。
图（5）是阻抗补偿回路的电路连接图，我们再根据图（6）来读取阻抗数值，令阻抗上升部分某处频率f（HZ）处的阻抗值为Z（Ω），这时补偿回路电容C可用下式表示：
其中R为与扬声器标称阻值相等的电阻值。
若标称阻抗为8Ω时，此时可根据图（7）来计算电容C，如当取f=10kHZ，则对应的阻抗Z10K（Ω）可以从阻抗特性曲线中读出，而C值可用下式表示：
其中（2）式只不过是当（1）式中的f=10k，R=8Ω时的特例，两者是等价的。
我们可用一双对数坐标图来表示式（2），从图（8）中可以直接读出补偿回路所用的电容器C值。
设计制作实例：
根据以上介绍的阻抗补偿回路的设计原理，笔者对目前社会上较流行的两款音箱进行了制作打摩，这两款音箱就是惠威“PS8/A－鸿”书架式音箱和惠威“震撼6A”落地式音箱。进行补偿后进行试听，效果差异明显。
实例一：“PS8/A－鸿”书架试音箱系统
该音箱系统采用SD1防磁高音和S8－Plus中低音扬声器，根据厂家资料所制作的两分频倒相式音箱其效果已令人满意，但有时感到音场不很和谐，低音仍稍欠缺一些。所以有必要对此音箱进一步进行阻抗补偿。所以根据厂家提供的扬声器资料得到该S8－Plus的标称阻抗为5Ω，口径为8英寸，阻抗特性曲线如图（9）。
取分频点为fC=3kHZ（此为音箱的分频点），则从图（9）的阻抗曲线中查的fC=3kHZ的阻抗值Z3k=10Ω，所以根据式C=15900Z3k/fCR2得
所以可取C为21uF，R为5Ω。
这样阻抗回路便设计好了，将电阻和电容直接焊在分频器上便成为图（10）的形式。补偿后的曲线在高频段基本上是与频率无关的量且值为5Ω。
实例二、“震撼6A”扬声器系统
惠威“震撼6A”扬声器系统也是社会上较流行的一款音箱，它由SS1+高音单元和MASTER大师系列@SS6.5低音单元组成的二分频倒相落地式扬声器系统。笔者同时也对这对音箱进行了阻抗补偿设计制作。
取分频点fc=5kHZ，从曲线中求得Z5K=16Ω，由式（1）得
所以可取C为10uF，R为7Ω（因为扬声器的标称阻抗为7Ω）。图（11）为MASTER@SS6.5的阻抗补偿曲线图，图（2）为系统连接图。
至此，阻抗补偿均大功告成，接下来便是试听音质，并与原来补偿前比较。试听器材分别为：
CD机：ONE BCD－497激光唱机（已打摩）
功放：自制纯后级甲类功放（2×60W）
音箱：如上所述两款音箱
试听软件为《阿姐鼓》、喜多郎的《古事记》、《梁祝·黄河》《行星组曲》等。听时感到高音清晰而不发毛，质感丰富，中音圆满，低音沉着有力。与补偿前相比优越了许多，具有丰富的临场感，逼真的现场效果如使人身临其境，得以原音再现。笔者不仅大为叹之，连烧友也惊叹之“真不如也！”。
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悄悄的我走了，正如我悄悄的来； 我挥一挥衣袖，不带走一片云彩。 |
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2002-06-24 00:09:31
了(空)