音箱耳机入门·音箱的基本构成

兹有谈科技 2024-08-25 14:26:59

《音箱耳机入门》于2011年动笔,持续更新了10多年,累计有30多篇,是SOOMAL的比较重要的科普系列文章,但并未收录于头条号,所以,迟到13年的它来了。在进行与时俱进的修订后,将陆陆续续在公众号重新发表。这套文章是有点干货的,您如果对原理性的内容有兴趣,可以持续关注,建议关注该系列。科普类文章阅读量低,您觉得还行,请读后点赞或点在看或转发,谢谢支持。以下是正文。

在不同地区有着不同的命名。在中国大陆,我们通常称之为“音箱”;而在港台地区,人们更习惯使用“喇叭”一词。在英语语境中,则之为“Speaker”,这个词不仅指代音箱,还涵盖了扬声器和演讲者的多重含义。尽管各地的命名习惯各异,但它们所指代的都是一个能够发出声音的“盒子”,这个盒子可以很大也可以很小,可以是圆的也可以是方的。

古老的音箱

各种音箱的剖面示意图

音箱的历史可以追溯到20世纪20年代,也就是说,音箱已被发明百年了。百年来,其基本结构并未发生根本性的变革。

睿韵K3 无源音箱

不管什么音箱,其基本构成是没有大的区别的,当一个或者多个扬声器被安装到箱体中,就构成了发声设备,而这个设备已经可以被称为音箱了。这种设计在一些现代产品中依然可以看到,例如无源全频带音箱,其结构已经没法再简单了。

雨后初晴 Harbeth P3ESR 无源音箱

我们日常生活中接触得更多的是使用了两个扬声器的音箱,这比无源全频带音箱要复杂点,它需要使用分频设计。

分频器

AirPulse Silver Reference-1无源音箱-分频器

为了让高低音扬声器能发出协调完整的频段,设计师利用电容、电感等元器件的频率阻断特性,设计了滤波器,将驱动力指向不同的扬声器,以达到扬声器相互协调工作发声,这种装置就是分频器。

从网上找了一张图,可以解释分频器的设计逻辑。假设蓝线是参照声音,那么黄线就是经过分频后分配给低音扬声器响应曲线,而紫线则对应高音扬声器,在分频器作用下,两者能合作产生一条比较平直的曲线,意味着配合得还不错[注:频响曲线不是判断分频器性能的唯一指标]。

上图显示的分频器由电容电感组成,因此又被称为容感分频器。它在工作流程中,位于功率放大器后端,因此它也被称为功率分频。很多廉价音箱产品,例如大部分国产百元级的有源音箱,为了降低成本,采用的是最简单的分频装置,例如只用一颗电容做简单滤波,虽然简陋,但也属于分频装置的一种。

某洋品牌监听音箱使用了电容分频

另一款洋品牌千元级音箱使用的电容分频

有的洋品牌千元级产品也是电容分频,甚至还打着“监听”旗帜,主打一个让韭菜快乐,而韭菜用户用上了洋品牌,也获得了心理满足,甚至还反手讽刺国产音箱这不行那不行,十多年前这种风气甚盛。这种事情我们自然也是看不去的,这也是我们当年为什么撰写这个系列文章的核心动力之一,我们希望读者能够自己分辨好坏,而不是被水文枪文洗脑。

随着铜价的持续攀升,出现了一种取代传统功率分频器的设计,即电子分频。所谓电子分频,指的是信号分频,它在流程中位于信号输入到功放之间的位置。

漫步者S2000

后来数字分频器也出现了,它在流程中的位置更加靠前,它依赖DSP在数字信号级就进行分频处理,所以它更容易实现低成本高精度的控制分频。漫步者的S系列音箱是这种分频技术应用的典型。不过值得注意的是,很多人分不清电子分频和数字分频的差别,有的厂家也稀里糊涂的混用,记住一点,数字分频器基于DSP。

E-MU PM5 监听音箱-功放模块

随着集成电路技术的进步,功率放大器的体积得以大幅缩小,这使得将功放模块直接集成到音箱内部成为可能。这种设计被称为有源音箱,它代表了音箱技术发展的一个重要方向。有源音箱也成为了当前音箱的主流形式,而无源音箱退缩到了舞台、HIFI等小领域内。

漫步者 Edifier R2000T 立体声音箱 - 前级模块

有源音箱的放大器分为前级与后级,前级主要作用是将输入信号放大,然后再输送到后级放大器进行功率级的放大。早间有源音箱采集的功放部分基本就三大块,环变或E变,加上前级模块以及后级模块,或者前级后级整合成一个模块。而箱体外往往有一块非常显眼的鱼鳍散热器。

AIRPULSE A80 有源音箱主板

因为数字功放的大量普及应用以及集成度越来越高,早年有源音箱功放模块化的几大块设计已经越来越少见了,如今的有源音箱一块主板中不但有电源、功放,还有分频器、MCU、USB控制器、蓝牙模块等等,而早期有源音箱中常见的鱼鳍散热器不见了,因为高效率的数字功放取代了效率低的甲乙类功放,大体积的环形变压器不见了,体积更小,重量更轻,效率更高的开关电源被普遍运用。

创新 Sound Blaster Roar 便携式蓝牙音箱

漫步者 M0 便携式蓝牙音箱

有源音箱又进化出了便携式音箱的形态,它不但集成功放子系统,还集成了蓝牙组件和电池,成为了一种新形态的有源音箱,它可以被设计得很小很小,但音箱该有的东西一个不少。

行文至此,音箱的构成该了解了吧。音箱主要分为有源与无源两种,箱体、扬声器是它们共有的必须要的构成部分。集成功放模块的就是有源,反之无源,在轻量化设计并塞入电池后,它又可以成为一种新的有源音箱,即便携式音箱。那么有个问题,汽车音响算无源还是有源,甚至可以算大概率便携式?

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