音箱單元和分頻技術介紹

盡管不同的音箱在內(nèi)部吸音棉、倒相管、加強盤/加強隔板等部件的設計中可能有所不同，但從基本組成元素角度看，至少如下三部分在任何音箱中都是必需存在的：喇叭單元(或稱揚聲器單元)、箱體和分頻器。

音箱的喇叭單元
　　喇叭單元將功放送來的電信號轉換為聲音輸出，在音箱電-聲轉換中起最關鍵的作用。音箱的性能指標和音質(zhì)表現(xiàn)，極大程度上取決于喇叭單元的性能，因此，制造好音箱的先決條件是選用性能優(yōu)異的喇叭單元。

　　對喇叭單元的性能要求概括起來主要有承載功率大，失真低、頻響寬、瞬態(tài)響應好、靈敏度高幾個方面，但要在20Hz-20KHZ這么寬的全頻帶范圍內(nèi)同時很好兼顧失真、瞬態(tài)、功率等性能卻非常困難，所謂的全能選手盡管能夠獲得整體上的一定平衡，但往往在單獨細節(jié)上均嫌平庸，因此，在音箱設計中最簡單的思路便是讓喇叭單元各司其職，使用分頻段重放。

　　為此喇叭廠商生產(chǎn)不同類型的單元，有的只負責播放低音，稱為低音單元，播放中音的叫中音單元，高音單元只負責播放高音，這樣例可采取針對性的設計，將每種單元的性能都做得比較好。

　　因此，盡管理論上可以采用一只全頻帶喇叭來設計音箱，不過出于上述考慮，用多個單元的組合來覆蓋整個音頻頻段的設計方式還是占了絕大多數(shù)。具體用幾只單元，取決于音頻范圍的頻率劃分方式，如果是簡單地分面高音和低音(或中低)兩只喇叭就夠了；如果是分高、中、低三段的三分頻音箱，那么最少也得用三只單元，現(xiàn)在兩只低頻單元并聯(lián)工作的設計方式也很流行，這樣總的單元數(shù)便可能達到四只；有些大型音箱的頻段劃分得更細，如果再采用單元并聯(lián)工作的設計，總的喇叭單元數(shù)就會更多。在音箱的資料或說明書上通常有“X 路X單元”這樣的方案，就是對音箱的分頻路數(shù)和所用單元總數(shù)的具體說明，例如“三路四單元”，表示這是三分頻設計的音箱，總共用了四只喇叭單元，其余依此類推。

分頻器與音箱單元
　　由于現(xiàn)在的音箱幾乎都采用多單元分頻段重放的設計方式，所以必須有一種裝置，能夠?qū)⒐Ψ潘蛠淼娜l帶音樂信號按需要劃分為高音、低音輸出或者高音、中音、低音輸出，才能跟相應的喇叭單元連接，分頻器就是這樣的裝置。如果把全頻帶信號不加分配地直接送入高、中、低音單元中去，在單元頻響范圍之外的那部分“多余信號”會對正常頻帶內(nèi)的信號還原產(chǎn)生不利影響，甚至可能使高音、中音單元損壞。

　　從電路結構來看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構成的LC濾波網(wǎng)絡，高音通道是高通濾波器，它只讓高頻信號通過而阻此低頻信號；低音通道正好想反，它只讓低音通過而阻此高頻信號；中音通道則是一個帶通濾波器，除了一低一高兩個分頻點之間的頻率可以通過，高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實際的分頻器中，有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減電阻；另外，有些分頻器中還加入了由電阻、電容構成的阻抗補償網(wǎng)絡，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動。音箱分頻方式的更詳細討論，可參考PC多媒體音箱的電子分頻技術一文。

喇叭單元的種類
　　喇叭單元的種類很多，分類方法也各不相同。如果按電-聲轉換的原理來分，有錐盆單元、平板單元、球頂單元、帶式單元等類型，其中錐盆單元和平板單元比較適合做高音，也有部分中音單元采用球頂式設計；從所覆蓋的頻帶來看，也有部分中音單元采用球頂式設計；從所覆蓋的頻帶來看，喇叭單元又可分為低音單元、中音單元、高音單元和全頻帶單元。

　　目前最常見的低音單元和中音單元從轉換的原理上講都屬于電動式揚聲器，它們多采用錐盆狀的振膜，因為這形狀的振膜設計成熟、性能良好。振膜材料則多種多持，有傳統(tǒng)的紙質(zhì)振膜，也有高分子合成材料(如聚兩烯)制作的振膜，還有鋁、鎂等金屬材料制作的振膜。對振膜的要求是剛性好(不易產(chǎn)生分割振動)、重量輕(瞬態(tài)響應好)、具有適當?shù)膬?nèi)阻尼特性(抑制諧振)，但這些要求并不容易同時滿足，但剛性不夠強；金屬振膜的剛性很好，但阻尼又欠佳；聚兩烯振膜比較好地廉顧了各個方面，近年來獲得較多的應用。此外，還有些廠家采用很復雜的工藝制造振膜，“三明治”復合結構就是其中之一，它的上下兩個表面之間夾著蜂巢結構的中間層，整體上具有很高的剛性，同時又有重量輕、阻尼好的特點，很有發(fā)燒前途。

　　高音單元最常用的是球頂式高音，從工作原理上講也屬于電動式單元。球頂高音的振膜可以用金屬材料制造(如鋁、鈦、鈹?shù)?，稱為硬球頂，也可以用軟質(zhì)的織物制造(如蠶絲、化纖)，稱為軟球頂，通常，硬球頂?shù)母哳l響應比較好，而軟球頂?shù)穆曇舯容^柔和。近年來，帶式高音和靜電高音也得到一定的應用，它們共同的優(yōu)點是振膜特別輕盈，因而高頻響應出色，聲音纖細透明，不過，這兩種高音的生產(chǎn)如球頂高音那么容易，應用不太普及。還有一種號角高音，由球頂式的驅(qū)動部分加一個喇叭狀的號角構成，它的特點是聲音指向性強，而且效率高，因而在專業(yè)擴音領域的音箱中應用很普遍。還有一種同軸單元，實際上是低音和高音單元的組合，具體特點詳見相關問答。

低音單元與高音單元的安裝要求
　　一般說來，低音單元必須要裝箱，高音則可裝可不裝。有兩個原因使得低音單元必須裝在箱子里：一是為了消除“聲短路”現(xiàn)象；二是為了抑制喇叭單元的低頻諧振峰。

　　低音單元的振膜在前后運動時，除了有向前方輻射的聲波，兩個方向的聲輻射相位正好相反，即相差180度。由于低頻聲波的波長很長，其繞射能力是很強的，也就是說低頻聲波的方向性很弱，如果喇叭單元不裝箱的話，后向輻射的聲波就會繞到前面來與前方的輻射異相相消，總體上的前向聲波輻射能量就被大大削弱，這種現(xiàn)象稱為“聲短路”?！奥暥搪贰爆F(xiàn)象必須設法消除，否則低頻根本無法有效地輻射。如果把喇叭單元裝在箱子里，振膜后方的輻射被箱子阻隔，也就不會形成“聲短路”了。

　　而每一只電動式低頻單元都有一個低頻諧振點，在此諧振點上的輸出達到一個峰值，但失真也很高，瞬態(tài)響應非常差，如果對此諧振峰不加以抑制，勢必嚴重影響重放的音質(zhì)。如果將單元裝箱，箱內(nèi)空氣的勁度就會對振膜的運動產(chǎn)生抑制作用，這樣就達到了壓低諧振峰、改善性能的目的。另外，通過含理選擇箱體的結構和參數(shù)，可以達到拓寬低頻響應的目的，設計良好的倒相箱、無源輻射器音箱、傳輸線音箱都能獲得這樣的效果。

　　對高音單元而言，情況則完全不同，因為高音的波長短，繞射能力弱，不存在“聲短路”現(xiàn)象，也不象低音單元那樣需要抑制低頻諧振峰，所以，對于高音單元，音箱的作用只是一個支撐。