打造小型有源音响系统分析-湖南阳光电子技术学校

打造小型有源音响系统

一、立体声有源音箱

1. 基本考虑

    为了兼顾音质和造价，决定对左右声道两只立体声音箱各使用一只Visaton公司生产的SC13型13cm低音扬声器和一只SC10N型25mm球顶高音扬声器。这两款扬声器都具有磁屏蔽，允许将制成的音箱摆放在PC监视器或电视机旁边而不影响屏幕上显示的图像。如果使用其他公司生产的同类扬声器，则好改用该公司推荐的箱体，但本文介绍的电路和制作方法仍然适用。这是因为两只立体声音箱各装有一只四运放组成的二分频滤波器，它们的特性可以根据所用扬声器和箱体的具体情况加以调整。当使用本文介绍的扬声器和箱体时，该滤波器被设定成分频频率为4kHz的3阶巴特沃斯型分频器。

    本立体声有源音箱的放大器选用ST公司生产的TDA7374桥式双放大器集成电路，它在16V电源电压下可为4Ω负载提供2×19W（或为8Ω负载提供2×12W）输出功率。与一般小型Hi-Fi音响相比较，该输出功率似乎偏小，但由于所用扬声器的效率较高，大输出声压仍然可达100dB，实际播放的声音非常响亮！
    对于普通小型音箱来说，由于箱体容积只有几升，其低频响应大都很差，本音箱发挥有源电路的优势，采用低频提升滤波器来弥补这一缺点。当接通它的跳线器时，该滤波器即可提升100Hz～1000Hz频段的低音，使100Hz的大提升量达到6dB，低音效果得到明显改善。将该滤波器用于其他同类口径中/低音单元的小型音箱时，也可获得较好的低音效果。如果不需要提升低音，则只需断开跳线器，该低频提升滤波器即不起作用。

2. 电路
(1) 输入缓冲器及电源

    本有源音箱的前级由一只ST公司生产的TS924IN四运放（IC1）来担任，该运放的大特点是输出电流较大，可达80mA。音频输入信号通过终端电阻R1、耦合电容C1和微调电位器P1组成的耦合电路，由低通滤波器R2/C2滤除高频干扰后，加到IC1A的输入端。IC1A在这里用作输入缓冲器兼低频提升滤波器，C3/R3/R4组成低频提升网络，当跳线器JP1接通时，该滤波器即起作用。

    在使用单极性电源为电路供电的情况下，为了保证运放IC1A处于佳工作状态，由IC1B及其周边元件组成的虚地产生器为IC1A提供稳定的虚地电位。分压器R20/R21使该虚地电位保持在二分之一电源电压，C13是它们的退耦电容。运放TS924IN的大电流输出特性在IC1B得到了充分利用。

    运放IC1由三端稳压器IC3（7808）单独供电，以免来自电源的干扰影响缓冲器和滤波器的正常工作。为了使IC3提供稳定的8V供电电压，本音箱的电源输入电压不得低于11V。在两路或多路音箱共用一个电源的情况下，为避免相互影响，应接入0.1Ω/5W电阻R22使信号与电源分开接地。如果每只音箱都具有各自的电源，则可用一根导线替换R22。

(2) 分频滤波器
    本有源音箱的分频滤波器由IC1C和IC1D担任，它们分别组成分频滤波器的高通和低通部分，这两部分都按照电路比较复杂的4阶滤波器来设计。这样，在使用比较简单的滤波器时，只需在同一张印制电路板上少装某些元件即可。表1是将IC1C和IC1D分别接成分频频率为1kHz、2.5kHz和4kHz的3阶巴特沃斯（Butterworth）和4阶林克维兹·瑞利（Linkwitz-Riley）滤波器时的元件数值。在使用Visaton SC13和SC10N扬声器的情况下，采用分频频率为4kHz的3阶巴特沃斯滤波器可以获得佳效果。实测结果表明，4阶林克维兹·瑞利滤波器的相移较大，性能不如3阶巴特沃斯滤波器好，因此好使用后者，而把前者用于试验。
    本有源音箱的印制电路板（见后述）是按照3阶巴特沃斯滤波器设计的，此时高音扬声器与低音扬声器的相位是相反的。若要改用林克维兹·瑞利滤波器，则应将高音扬声器的两根接线反过来连接。此外，巴特沃斯滤波器的分频点衰减量是-3dB，林克维兹·瑞利滤波器则是-6dB。

(3) 功放

    两个分频滤波器的输出信号分别通过电位器P1和P2送到功放输入端。这两只电位器用来补偿高音扬声器与低音扬声器之间因效率不同而出现的音量差异，因为在输入电平相同的情况下，许多球顶式高音扬声器的音量要比小型中/低音扬声器大3dB左右。但对于本音箱选用的两种扬声器来说，由于二者的效率基本相同，所以P1和P2实际上都可置于音量大位置。

    本有源音箱选用ST公司的汽车用TDA7374B双功放集成块（IC2）担任音频功率放大，它具有外接元件少（无输出电容器和Boucherot补偿网络）、占用面积小、内藏过热保护和短路保护电路等特点，其输出功率可以满足前述要求，用在这里非常合适。在8Ω扬声器负载下，给IC2安装一只热阻为3K/W的小型散热器即可。R19/C19用来消除放大器接通电源时因输出端电压失调而出现的“朴朴”声。RC网络R15/C15和R18/C18用来限制功放的带宽，以减小高频干扰。该网络通常都接在音量电位器后面，但为了避免在调节音量时使带宽受到明显影响，决定采用图1的接法。C20是IC2内部电源分压器的退耦电容器，同时起抑制电源纹波的作用，它对100Hz纹波干扰的抑制量可达50dB。

3. 制作

(1) 印制电路板
    本音箱采用普通单面印制电路板。读者可按常规方法进行制作，这里不必多说。注意，不要忘记在电路板上焊接两根跳线：一根在R20旁边，另一根在IC2的引线下面。为了避免与IC2的引线接触，后一根跳线应使用绝缘导线，也可将它焊在电路板下面。IC2应焊在电路板的边沿，以便把它装在3K/W的小型散热器上，该IC与散热器之间应涂有散热硅脂。图3是焊好的电路板与散热器的实物照片，可将它装在音箱里面或装在一只单独的盒子里。

(2) 箱体制作

    扬声器LS1和LS2装在图4所示的四方形密闭式音箱里，箱体容积约4升。箱体和电路板要制作两套，左右声道各一套。6块箱板均用12mm厚的中密度纤维板按图4标注的尺寸制作，电路板和散热器装在箱内底板上，电源和音频输入接线柱装在后面板上，功放的散热器应露出在音箱后面板外面。后按照图1进行接线，再在箱内松散地填以适量的聚酯棉以起到声阻尼的作用。音箱外表可按各人爱好的颜色和图案进行贴面或喷漆装饰。

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本文刊于：2010-12-30 11:09:56

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