多频段有源扬声器系统。音频的艺术

多路有源扬声器系统

音频的艺术

多路扬声器可提供高品质的声音，因为每个扬声器均专门设计用于再现特定频段并进行了相应优化。最常见的是，在多频带声学系统中，声谱被分为两个或三个频带。

为了确保水平频率响应，每个扬声器再现的频带必须平滑重叠，相互补充。频段内声压级之间的不匹配以及扬声器共同作用区域的扩大会导致频率响应失真。因此，为了正确选择，了解声压对频段间交叉频率的依赖性非常重要（图 1）。上面的曲线对应于粉红噪声，下面的曲线对应于现代音乐：

多路有源扬声器系统
Ris.1

例如，对于功率为100W、分频频率为400Hz和3kHz的三分频系统，功率分布如下（扬声器灵敏度相同）：

低频通道 - 50 W；
MF 通道 - 35 W；
射频频道 - 15。

无源和有源滤波器都可用于频带分离，但目前有源滤波器比使用无芯电感器和无电解电容器的高质量无源滤波器便宜得多。此外，有源滤波器不具有无源滤波器的主要缺点：

电力流失;
输出阻抗增加（从扬声器一侧）以及相关的阻尼恶化；
计算和调整的复杂性由于扬声器阻抗的频率依赖性，需要使用Zobel-Busche补偿器。

但有源滤波器只能与每个频段单独的放大器一起使用，使用单片集成放大器比较方便。在某些情况下，不需要复杂的滤波器，并且为了分离频段，使用频率响应斜率为 6 dB/倍频程的最简单的 RC 链就足够了。由于这种滤波器没有相位和瞬态失真，因此能够获得优异的结果。然而，最简单的 RC 滤波器的低衰减要求使用能够无失真且在滤波器带宽之外运行的扬声器。

多路有源扬声器系统
Ris.2

SGS-THOMSON 提出了一种优雅且同样有效的解决方案 - 滤波放大器（电源滤波器）。所提出的电路结合了功率放大器和二阶（12 dB/倍频程）或三阶（18 dB/倍频程）滤波器。该电路的工作基于这样一个事实：放大器的信号输入端和反馈输入端存在两个相同的共模电压，这是有源滤波器工作所需的。 OOS输入侧的电阻通常约为100欧姆，而信号侧的电阻非常高，这也有助于电路的正确运行。从原理上讲，它们与 Sallen-Key 滤波器类似。图 2 显示了截止频率为 900 Hz 的射频滤波放大器的示意图，该放大器实现了三阶贝塞尔滤波器。

图 3 显示了根据所提出的原理构建的三路有源声学系统的示意图。使用交叉频率为 2 Hz 和 300 kHz 的二阶巴特沃斯滤波器。中音部分由两个串联的高通滤波器（R3R10C11C10）和低通滤波器（R11R12C13C12）组成。在低频环节，采用间接电流卸载。输出晶体管的累积信号取自放大器电源电路中的电阻器。电源电压为 13 V 时，LF 通道的输出功率在 THD=36% 时为 25 W，在 THD=0,06% 时为 30 W。

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Ris.3

中高频通道的增益根据普通动圈头的灵敏度和阻抗来选择（中高频头的灵敏度通常比低频头高3...4 dB）。如有必要，您可以通过调整 OOS 电路（R6、R15 和 R22）来调整带通放大器的灵敏度。为防止自激，增益不应设置低于20 dB，即这些电阻的阻值不应小于1 kOhm。正如重复该电路的实践所示，电流传感器电阻器 R7 和 R8 的电阻可以增加到 2,2 欧姆。结果，由于功率向晶体管的重新分配，微电路的发热在高信号电平下有所减少。

电解电容器的工作电压必须至少为 50V。补偿电路电阻的功率应为2W。保护二极管VD1-VD6——任何允许反向电压不小于50V、直流电流不小于1A的硅二极管，例如KD243。输出晶体管VT1和VT2可以用传统的互补对KT816/817或KT818/819替代。您还可以使用更现代的 KT864/865。晶体管必须具有相同的字母索引。您可以使用国内生产的功能类似物 - K2030UN174A 代替 tdA19A（谐波系数将增加到 0.1 ... 0.5%）。使用该微电路时，为了提高可靠性，电源电压应降低至30 ... 32 V，这实际上不会影响输出功率。安装时，必须考虑微电路外壳连接到引脚 3。

为了进一步提高音质，值得放弃放大器输出端的大容量氧化物耦合电容器并改用双极电源。下图显示了这种情况下的电路变体。电容器C1、C4、C14、C21最好采用无极性的。有关更换零件和安装的其余建议仍然有效。

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有两种主要的设计选项。在第一个版本中，带通放大器内置于扬声器中，并使用单独的前置放大器。输入扬声器阻抗仅为 600 欧姆，连接电缆的特性不会影响信号。但前置放大器需要有足够强大的输出，可以驱动600欧姆电阻的负载。它可以在具有“并行”输出级的运算放大器或功能强大的运算放大器 K157UD1 上执行。

本实施例中连接有源音箱时，只要是屏蔽线，甚至是不带屏蔽层的双绞线，只要长度在2-3m以内即可，信号线和电源线不能只并排、平行敷设。

第二种选择使用无源扬声器和全三路放大器。缺点是每个扬声器必须运行三对电线。该选项可将带通放大器的输入阻抗增加至 10 kΩ，从而允许使用常见的前置放大器电路。

双极版本的不稳定电源电压 + -18 伏，负载电流至少为 2A（每通道）。变压器应提供 2x16.5 伏的电压（从中间抽头缠绕）。整流滤波器 - 至少 2x22000 微法，所有放大器共用电源，2x10000 微法 - 每个通道单独供电。

您可以在每个扬声器中安装单独的 PSU 或使用公共电源并分离直流电压。此选项也适用，但滤波电容必须分成两部分，其中一部分安装在交流电中，以消除电源线电阻的影响。

出版物：www.bluesmobile.com/shikhman

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