音响技术研究

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●音响技术研究
  h" [# D, G' N/ A. v  N* ?" ?  文/李光明   2011-06-15
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    本人平素喜欢音乐，加上个人专业与音箱有些边缘关系，故利用业余时间研习了大量音响著作，跑书店跑图书馆，耗费不少精力，今将个人研究心得简约记录成文，无偿与大家共亨。

  本人认为，今后2.1形式的HI-FI音箱将替代传统2.0音箱，2.1音箱大幅缩小了音箱体积，使音箱的销售和生产变得更加方便。曾经被认为高档的5.1音箱，因SRS立体环绕音效的出现，将代替传统5.1音箱的平面环绕放声系统，然而，SRS立体环绕音效可通过软件实现，在录音阶段即可处理生成含有SRS立体环绕音效的音频文件，故音箱的未来发展方向便是2.1形式的HI-FI高保真音箱。

  

    一、前言
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  眼睛和耳朵是人类的主要感觉器官，人们发明了电影/电视和乐器/音响，眼睛、电影/电视对应空间造型艺术，耳朵、乐器/音响对应时间延后艺术。早期的电影是无声电影，艺术感受大打折扣，试想，人们观看一部无声电影，电影里的信息将无法有效、正确地传予观众。音响技术的发展使人们能够回放飞机、火车、轮船的不同轰鸣声，使人们能够回放大自然各种有声动物的啾啾声以及地震、海啸的排山倒海声。有了音响设备，使我们能够重新回味盛大音乐晚会上的美妙歌声。

  声音有个特点，它的频谱范围很广，人类日常能听到从20HZ-20KHZ的声音，不同频率声音包含的能量相差是很大的。并且声强差别也可以很大，动态范围很大。针对声音在质和量上的大幅差异，要求我们针对不同声源需要分别处理，并且需要用到很多知识来进行研究。笔者本文即贯穿一种中心思想：划分频谱，对不同频率、不同声强的声频分开处理，无论在录音、电路放大、重放等诸环节，这就是音频的“分别处理技术”。本文将可能引导今后开启一门新技术----“音频分别处理技术”。
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  二、关于声学基础

  1.人耳听音特性：对中频敏感，对低频和高频不敏感。这就要求我们在重放乐音时要提升低频和高频份量。

7 F4 }# j$ J( b5 q) R, P  2.低频无方向性，中频方向性较强，高频方向性更强。人耳对声音的定位、方向、环绕多在中高频段。
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  3.SRS技术的应用：由于人耳对声音的定位、方向、环绕效应多在中高频段，故SRS技术的应用建基于中高频段。SRS技术是一种移频和延时技术。人们为什么可以听到一列火车的到来和离去？由于发生了多谱勒效应，运动声源的声音频率在传入我们耳朵时发生了改变。
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    三、关于电学基础

  1.频率越低，所含能量越大，频率越高，所含能量越小。集成功放完全可用于中高频电路。经典集成音频功放有TDA7293、TDA7294、TDA7295、TDA7296、LM3886、LM1875、TDA2030A等。
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8 E7 Y: @  b0 ~  2.低频电路用分立场效应管电路更好，以应付低频能量的大动态。
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  3.关于电源功率储备和散热：由于低频能量的大动态，电源的大功率储备是必须的，也正因为低频能量的大动态，故低频电路不适于用集成功放，因为过多的热量将影响集成模块工作。

2 x) P$ U7 Q6 ^6 _  四、关于电路

  1.分频放大：由于存在广阔的频谱，并且低频、中频、高频对应的能量相差很大，所以对不同频段音频要分开放大，使用不同的元器件和电路，以减少失真。事实上，dts系统比杜比系统高明之处就在于将各声道的80Hz以下的低频分离出来另行放大，从而大大减轻了中高频环绕功放电路的负担和失真，并且降低了成本。
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* y" D) _- H: k- C8 @/ u  2.关于D类“数字功放”：此类技术目前还不够成熟，产业应用少，主要是调制技术还不过关。目前用的是调幅技术，类似收音机中的调幅广播。我们知道，无线广播有调幅广播和调频广播，我们能否将无线广播中的调频技术应用到D类“数字功放”的调制技术中呢？这是发明创造的一个点子。

3 Y# ?( ], {6 Y- @7 Q* E' ]: L  五、关于音箱

  1.使用2.1音箱，不但大幅缩小了音箱体积----而且由于低频和中高频分开放音，提升了效果。
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  2.由于低频声音易衍射干涉而降低声功率，故低频音箱应当采取密闭式设计，但考虑空气流对低频嗽叭的阻尼，排气孔应作成曲折形并加柔性吸音材料。或者用被动振膜作成密闭式。简单的倒相孔将损失低频声功率。而中高频由于频率高波长短，不易发生衍射干涉，故中高频音箱可作成反射式音箱和倒相孔式音箱，以提高声功率并且减少重放失真。（例子：手机的外放喇叭功率小，中高频成份多，放置于桌面板上时音量明显增大）----这一条观念似乎打破传统。

; J6 N$ V. s! F9 _( G  六、关于扬声器

* K7 D$ `' _$ P; _" ]# q  1.扬声器对音质影响很大，不同振膜材质有不同固有频率。正因为材质不同，笛子和铜管的音色不同，提琴与二胡的音色不同，如此等等。

  2.分频播放：不让低频大电流流入中高频喇叭，减少失真，同样，也不让中高频电流流入低频喇叭，减少中高频损耗。只有分频播放，才能达到中音清晰、高音清脆、低音有力的效果。
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! A4 z- s, H& X7 }2.由于低频声音易衍射干涉而降低声功率，故低频音箱应当采取密闭式设计，但考虑空气流对低频嗽叭的阻尼，排气孔应作成曲折形并加柔性吸音材料。或者用被动振膜作成密闭式。简单的倒相孔将损失低频声功率。而中高频由于频率高波长短，不易发生衍射干涉而易发生反射，故中高频音箱可作成反射式音箱和倒相孔式音箱，以提高声功率并且减少重放失真。（例子1：手机的外放喇叭功率小，中高频成份多，放置于桌面板上时音量明显增大。例子2：号筒式高音喇叭的号筒能将高音传播到很远的地方）----这一条观念似乎打破传统
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