●音响技术研究 X$ _( {2 L# i4 q1 a7 m
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。
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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。8 f4 |/ H& e4 T; U0 E
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+ [5 Z8 @* E/ @% G 一、前言
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/ q; c0 H' k* Q5 n7 r5 S 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。5 j2 `/ S/ e# n/ h, `* n
) @( Z! z0 l% L( m 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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7 t! s$ N* O3 T: @5 P9 r/ E 二、关于声学基础
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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。/ o5 x& u2 k9 B: E% P& q# S+ |
( A$ D$ z) d% T7 w% R 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。- @; x/ U6 z+ ~1 u5 J0 Q
$ F+ x# Q+ H \' I l4 ^ 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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9 ]2 e& t. t) L: Y9 | 三、关于电学基础- \* x9 q8 \/ N+ p. V5 S
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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。7 t0 V9 g4 |( O! M$ u+ E6 t" e
8 v/ {) ]% J% D" P 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。 u. k6 |4 h5 t/ H5 X1 m0 m
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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。$ n* p7 B+ [, x0 w8 Y
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四、关于电路6 D# h5 j1 V& r! j
, |; l n+ o' r5 p: r 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。6 v3 ?+ C! s8 g& x5 F) K$ I
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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。
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5 }; g! E" u4 X& ?/ A' \, j) F 五、关于音箱
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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。& ~$ s( T. x& M1 k, u3 U1 Q
- T4 t" J H# C2 E 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。
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) _1 |3 u6 l$ C2 [* z0 b& x% k 六、关于扬声器
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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。
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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。7 g: y0 n, Q9 t0 I2 t; e
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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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