一種減法式電子四分頻音響電路及方法
【專利說明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)和電子電路及級前分頻的音響系統(tǒng)，具體來說是采用減法方式設(shè)計的電子四分頻音響電路及方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]人們用示波器或仿真軟件觀察，頻率相差達(dá)4倍的兩個振幅相同都等于A的正弦波信號，組合后的振幅將等于2A ;如果復(fù)合信號里有高低頻率分別相差達(dá)4倍的N個振幅相同都等于A的正弦波信號，組合疊加的振幅將等于NA ;而在常用的20Hz?14KHz的聲頻范圍里，按照5倍頻關(guān)系可將它劃分為4個區(qū)間，依次為20Hz?110Hz、110Hz?550KHz、550Hz?2750Hz、2750Hz?14KHz ;當(dāng)把聲頻信號分解為上述4個區(qū)間段各用I個功率放大器分別將4個聲頻信號放大輸出，若在在這四個區(qū)間里各有一個相鄰頻率相差超過4倍的聲頻信號，例如分別是60取、300取、1500取、7500取，在各個聲頻信號振幅相同的狀況下每個功率放大器的輸出功率都等于P，共用4個放大器，總的輸出功率等于4P ;若只用I個功率放大器把振幅相同的4個組合聲頻信號放大輸出，由于組合信號振幅已達(dá)到單個頻率信號振幅的4倍，這個放大器的輸出功率須達(dá)到16P，其中的12P屬于無效功率，不僅嚴(yán)重加大了對功率放大器的輸出功率要求，還成為妨礙喇叭安全工作的危害因素。故此，級后分頻音響系統(tǒng)以全頻單喇叭工作的重放狀況最糟糕；即便采用高、中、低三只喇叭組合工作，也得使用輸出功率比級前分頻總的功率大2倍的功率放大器，其中2/3的輸出功率被連在喇叭前的電容與電感分頻電路所占去，其音質(zhì)才勉強(qiáng)能與級前三分頻音響系統(tǒng)抗衡。
[0003]實(shí)際對比表明，即便都是級前分頻，電子四分頻音響系統(tǒng)也明顯比電子三分頻音響系統(tǒng)表現(xiàn)得更好，原因就在于電子三分頻的低音喇叭要承擔(dān)四分頻中的低音和超低音兩只喇叭分擔(dān)的工作任務(wù)。須知，一只喇叭要把頻率相差達(dá)到4倍以上的兩個聲音振動還原出來，一方面高聲頻振動會使喇叭振動盆不能以順暢方式播放低聲頻，另一方面低聲頻振動又使喇叭振動盆在偏離平衡位置的狀況下播放高聲頻，高聲頻會出現(xiàn)較大的非線性失真和被低音頻振動調(diào)制產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)頻率變化失真。于是將使還原的低聲頻軟弱乏力，高聲頻雜亂不純。要獲得較好的低音力度，電子三分頻音響系統(tǒng)須要將80Hz以下低音量相對于中高音提升I?2倍，由于這會進(jìn)一步加大重放出來中低音失真，只能在音量不大的情況下能夠接受。而電子四分頻音響系統(tǒng)在不提升低音的狀況下已經(jīng)有比電子三分頻音響系統(tǒng)更好的低音力度表現(xiàn)，同時中低音也明顯清晰干凈，故此電子四分頻音響系統(tǒng)可以在整體音量比電子三分頻音響系統(tǒng)明顯響二倍的情況下接受。我們以2KHz作為高低音分界點(diǎn)，中高聲頻的變化范圍僅為10倍，中低聲頻的變化范圍卻是100倍。鑒于超過14KHz的高聲頻成分極少，把中高聲頻分成2個區(qū)間已能滿足良好播放要求。但在中低聲頻段，必須把20Hz?2KHz分成3個區(qū)間才能滿足良好播放要求?？紤]到大量實(shí)際應(yīng)用場合不能擺放較大體積的音箱，對10Hz以下聲頻還原要求不高，因而可以根據(jù)需求把中低聲頻分為2個區(qū)間制作成四分頻音響系統(tǒng)。簡言之，電子四分頻音響系統(tǒng)乃是最起碼的高保真播放要求。但由于電子四分頻電路比電子三分頻電路的設(shè)計難度要大得多，以及尚存在怎么把功放輸出的背景噪聲電壓有效值做小到ImV內(nèi)的技術(shù)難題，才導(dǎo)致迄今為止已經(jīng)生產(chǎn)上市的普及型音響幾乎都停留在二分頻狀態(tài)，連電子三分頻音響系統(tǒng)都極少能批量生產(chǎn)出來銷售。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的正是要解決電子四分頻電路的設(shè)計困難，和克服功放輸出的背景噪聲電壓有效值做小到ImV內(nèi)的技術(shù)難題，特采用減法方式來獲得中音、低音二個通道，使曾經(jīng)讓人們感到望而生畏的電子四分頻音響系統(tǒng)能輕易地設(shè)計制作出來普及推廣。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種減法式電子四分頻音響電路，輸入信號input首先經(jīng)過Cl、Rl進(jìn)入由ICl和C2、R2、R3、R4構(gòu)成的放大器，其中:C1起隔離直流通過交流信號作用，須采用無極性電容，容量為4.7 μ?10 μ ;R1與C2構(gòu)成簡單RC—階低通濾波電路，C2將輸入信號中的超聲頻信號衰減掉，Rl取值為470 Ω，C2取值為1000P ；R2是連接ICl正輸入端到中點(diǎn)的電阻，取值約47K ；R3是連接ICl負(fù)輸入端到中點(diǎn)的電阻，取值為IK?2.2K ;R4是連接在ICl輸出端到負(fù)輸入端之間的負(fù)反饋電阻，取值為在15K內(nèi)；由R4和R3的比值確定出ICl的放大倍數(shù)，根據(jù)需要設(shè)定在5?15倍之間，經(jīng)ICl放大輸出的信號分成三路，一路進(jìn)到由IC2和C3、C4、R5、R6構(gòu)成的二階高通有源濾波電路輸出為高音H通道信號；一路進(jìn)到由IC4和C5、C6、R7、R8構(gòu)成的二階低通有源濾波電路；一路經(jīng)過Rll進(jìn)入由IC3和R9、R10、Rll、R12、R29構(gòu)成的差動放大電路負(fù)輸入端，與從IC2、IC4輸出分別經(jīng)過R9、RlO進(jìn)入IC3的正輸入端的信號進(jìn)行減法運(yùn)算，從而得到中音輸出M通道信號；其中R12為連接在IC3輸出端到負(fù)輸入端之間的負(fù)反饋電阻，改變其阻值可改變從IC3輸出的M通道信號幅度；R29是連接IC4正輸入端到中點(diǎn)的電阻，取值與Rll相同都取為1K ；R9與RlO的阻值，取為3.3k，從IC4輸出的信號再分為三路，一路經(jīng)過RlO進(jìn)入IC3的正輸入端，一路進(jìn)入由IC5和R13、R14、C7、C8構(gòu)成的二階低通有源濾波電路，一路經(jīng)過R15進(jìn)入由IC6和R16、R17、R30構(gòu)成的差動放大電路正輸入端；從IC5輸出的信號分為二路，一路通過R16進(jìn)入IC6的負(fù)輸入端與從IC4輸出通過R15進(jìn)入IC6正輸入端的信號進(jìn)行減法運(yùn)算從而得到低音輸出L通道信號?’從IC5輸出的另一路信號先經(jīng)過由IC7和R18、R19、R20、R21、R22、C9、ClO構(gòu)成的衰減量為12dB、衰減中心頻率約為2kHz的圖式衰減電路，再經(jīng)過由IC8和R23、R24、R25、R26、R27、R28、Cll、C12構(gòu)成的提升中心頻率為20Hz?30Hz的圖式提升電路，之后輸出超低音W通過信號；在此已固定衰減量或提升量的兩段標(biāo)準(zhǔn)圖式電路里，R18、R19、R23、R24取值為IM Ω，R20、R25、R28取值為10k，R21取值為100K，R22取值為不大于100 Ω，R26和R27取值根據(jù)具體需要確定，要求R26與R27之和等于100K、R26小于R27，C9取 470P，ClO 取 4700P，Cll 取值為 0.022 μ ?0.047 μ，C12 取值為 Cll 的 10 倍，而在 IC2與C3、C4、R5、R6構(gòu)成的二階高通有源濾波電路中，IC2負(fù)輸入端與輸出端連通，C3與C4串聯(lián)接到IC2正輸入端，R5從IC2負(fù)輸入端接到C3和C4的連接端，R6從IC2正輸入端接到中點(diǎn)，在IC4和C5、C6、R7、R8構(gòu)成的二階低通有源濾波電路里，IC4負(fù)輸入端與輸出端連通，R7與R8串聯(lián)接到IC4正輸入端，C5從IC4負(fù)輸入端接到R7和R8的連接端，C6從IC4正輸入端接到中點(diǎn)，在IC5和R13、R14、C7、C8構(gòu)成的二階低通有源濾波電路，IC5負(fù)輸入端與輸出端連通，R13與R14串聯(lián)接到IC5正輸入端，C7從IC5負(fù)輸入端接到R13和R14的連接端，CS從IC5正輸入端接到中點(diǎn)，依照實(shí)際使用的喇叭頻率特性范圍，可將高音通道與中音通道的交接頻率在4.5kHz?7.5kHz之間，中音通道與低音通道的交接頻率在IkHz?2kHz之間，低音通道與超低音通道的交接頻率在150Hz?300Hz之間，相鄰?fù)ǖ赖慕唤宇l率不按照一個相同頻率確定，而是根據(jù)四個通道信號合成后整體的頻幅特性曲線來確定。
[0006]所述的電路的設(shè)計制作方法包括以下步驟:
[0007]a)所述的分頻電路是把各個區(qū)間通道輸出的聲頻信號用加法電路全部相加起來，從高聲頻通道到低聲頻通道或相反，相鄰頻段的輸出信號相位相差超過90°更接近180°時，兩者接到加法電路輸入端前先把其中一個作反相處理，然后用波特圖示儀觀看整體組