CN101677424B - 具有高频、低频端补偿的高保真度无分频器音箱 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种不同于传统分频技术制作高保真音箱的方法。其主要特征是：第一步构建80HZ至8000HZ频率响应曲线平坦、相位失真小及不均匀度低的无分频器音箱框架；第二步则是在此基础上，施行对高端高音及低端低音之补偿。其办法是：在高音单元两端并联磁力储能电感，在低音单元两端并联音频介质电容。磁力储能电感元件为本发明之独创，该元件具有强大的超低频补偿及高频补偿功能。因而，其频响、动态范围及瞬态均能达到顶级高保真度(Hi-End)音箱的指标要求。

Description

具有高频、低频端补偿的高保真度无分频器音箱

技术领域

本发明涉及的是项级高保真度音箱的设计与制作方法。其特征是：具有高、低频补偿并不使用分频器。 

背景技术

现有技术中的音箱制作之标准方案是采用分频器。音频讯号通常经二分频或三分频之分频器将讯号分割成高、中、低音，然后分别驱动音箱内的高、中、低音扬声器。在此方案中，分频器的分频点固定在中频的某一点，扬声器的数目仅二、三只，且扬声器通常工作在大振幅状态，音箱箱体内有较强的驻波。 

众所周知，所谓分频器，实际上是按要求设计的RCL带通网络，它在某一选定的频率点处进行手术式切割及缝合。从理论上讲，在分频点处的缝合可以做到很完美。实际上却是另一回事，出于诸多原因，在分频点处其频率曲线通常会有很大的峰点与谷点。由于分频点在中音段，因而严重损害音箱的放音质量。一般的分频器还会产生随频率变化的相位移动，而且不均匀度亦很高。 

顶级高保真分频器音箱，其价位亦是顶级。导致价格昂贵的原因是：一，工作在大振幅状态之低失真扬声器的技术含量很高，所用材料特殊，其价格居高；二，具有有效频率响应曲线宽、频率与相位响应平坦及不均 匀度低之分频器制作难度高，必须单独与扬声器匹配。因而不能流水线生产，人工费用居高。众所周知，高质量的80HZ至20HZ及以下的超低频之重放，其代价更是昂贵。 

为了制造价格便宜又具有高保真度的音箱，十多年前本人提出了不使用分频器制作高保真度音箱的技术，其特征是利用扬声器自身具有分频功能的特点，通过连接方式实现自动分频。亦即是，当音频电流流过音圈时，音圈在磁场作用下振动，将电能转化为声能。这等价于在扬声器两端并联一只等效纯电阻。扬声器从等效电阻上吸收该频率的电能并转化为声能，且让其它频率的电讯号通过，而且邻近频率讯号的衰减也相对较小。无分频器音箱使用为数众多的扬声器单元。扬声器的数目越多，分配到单一扬声器的负载越小，因而每只扬声器工作在小振幅状态。 

无分频器音箱在不使用分频器的情况下实现自动分频。这样就完全避开了使用分频器而产生的诸多不利于高保真的缺点。此外，按照物理学原理，小振幅振动不产生非线性失真，其频率与相位失真亦很低，同时，响应速度增快，对讯号的解析力提高。特别是，在中频段没有大的谷点与峰点，也没有大的相位失真及不均匀度亦低。众所周知，这些都是无分频器音箱的优点。 

正如前面所述，当讯号通过扬声器时，只有相邻频率讯号通过时衰减小，而对远端讯号的衰减却是不可忽视。亦即是，音频讯号通过高音扬声器时，低频低端的讯号衰减很大，同理，通过低频扬声器时，高频高端的讯号衰减亦很大。换言之，早期的无分频器音箱的高频端及低频端性能不理想。 

发明内容

本发明采用对高频端及低频端补偿的技术，全面地提升了音箱高保真度的各 项指标。 

本发明的制作方法是：首先，将数只高音扬声器经串联，并联组成高音单元；其次，将数只中低音扬声器经串联，并联组成低音单元，然后两者串联。用更换不同型号与厂家的扬声器及串、并联调节阻抗之办法，通过测试，找到合适的扬声器，恰当的串、并联及相匹配的扬声器数目，使其经串接后整体的频率曲线在80HZ-8000HZ范围内保持平坦，并且相位移动与不均匀度两者皆很低。亦即是说，使用早期的不分频技术，在最为重要的音频段构建性能极为优良的基本框架。 

本发明对高端高音及低端低音补偿之技术由两部分组成。其一为常规技术，其二为非常规技术。 

所谓常规技术，亦即是，在低音单元两端并联高品质音频电容，对高音补偿；同理，在高音单元两端并联电感，对低音补偿。 

所谓非常规技术，亦即是，利用本发明独创之器件——磁力储能电感器件，同时对高端高音及低端低音进行补偿。 

磁力储能电感为本发明所独创。众所周知，高保真音箱分频器所用之电感以空气为介质，用无氧化铜漆包线绕制而成。本发明的磁力储能电感用音频屏蔽线绕制并将其绕组置于强磁场中。 

根据最新的观点，音频讯号的上限已经超过20KHZ。对10KHZ以上的讯号而言，除了沿导线传播的电流外，还伴随着沿空间传播的电磁波场。众所周知，屏蔽导线有芯线及网线。用屏蔽线绕制电感与用普通导线的重大差别在于，普通导线只能传播音频讯号的电流部分而不能传播电磁波场，因而使分布在空间的电磁波场部分损失掉。但是，对音频屏蔽线而言，由于自身的结构，既能通过网线传播电流，同时将电磁波场集中于屏蔽线中传播。因此，通过交连作用，高端音频 讯号进入了芯线。将芯线中的高音频讯号输入高音扬声器，这样，屏蔽线非常规地实现了对高端高音之补偿。 

80HZ以下的超低频重放之音箱，在传统分频器技术中，不折不扣是成本极高、体积硕大的产品。众所周知，传统技术中，利用低音扬声器的最低谐振频率与箱体及倒相管的共振频率之间的匹配来实现80HZ以下超低频的重放。客观地说，掌握扬声器、箱体与倒相管之间的匹配关系，完完全全是经验的积累。毋需置言，这也是各个厂家的机密。使用普通低频扬声器实现80HZ至20HZ甚至以下的超低频重播，在传统的分频器技术中，是件不可能的事。 

本发明借助于独创的磁力储能电感器件及其它二项功能，将上述不可能转变为现实。理由有三： 

一、众所周知，普通低音扬声器在80HZ以下阻抗急剧上升，因而不能将放大器输入的低频电能转化为声能。用屏蔽线绕制的电感线圈置于强磁场中，当80HZ以下的音频电流通过网线时将受到磁场力的作用，但网线是固定的，不能够产生相应的低频振动。因而该作用转化为负性电阻。由于在电路上电感与扬声器的音圈串连。因此，该负电阻抵销了扬声器的阻抗，迫使扬声器吸收低频电能并转化为低声频振动。因而使普通低频扬声器之低频端大大向下扩展到20HZ甚至更低。 

二、本音箱之低音单元由多支低音场声器串联、并联组成。由于振动面积增大数倍，每支扬声器工作在小振幅状态，因而整体的低频质量较单只扬声器好。 

三、低音扬声器向后振动的能量转化为气体的弹性能量。 

众所周知，没有障板的低音扬声器，即使是高质量、大口径，也不能发出40HZ以下的低音。原因很简单，低音扬声器向后的声波与向前的声波，因为波的干涉效应，相位相反的波互相抵消。频率越低抵消越厉害。鉴于此种情况，出现了封 闭式音箱。目的是将向后的声波关起来。但因向后的声波在箱体内多次反射，形成了驻波及杂波。这严重降低了声音的质量，导致声音含混不清。开放式倒相式音箱的出现，解决了部分问题，但又诱发了次生问题。客观而论，对现有传统技术而言，向后传播的超低音仍然是具有挑战性的世界性难题。 

本发明为撤底解决上述世界性难题走出了一条新路。 

本发明采用封闭式音箱。从理论上讲，理想气体定律告诉我们当温度恒定时，在密封的容器内，气体的压强与气体体积之乘积等于常数。换言之，气体的压强与气体的体积成反比。当气体的体积改变量相对较小时，二项式近似展开。我们得到，气体的压强与体积改变量成正比。对密封式音箱而言，低音扬声器的纸盆面积为常数，因此，音箱内气体的体积改变量与低音扬声器纸盆的位移成正比。换句话说，音箱内气体的压强与纸盆的位移成正比。简言之，音箱内气体，在扬声器纸盆小振幅状态下，其物理形为等同一个弹簧。下面介绍两个基本概念： 

A、音箱内气体处于波动状态：指音箱内气体的密度随时间、地点周期性变化；同一时刻，箱内各处气体的密度不同。 

B、音箱内气体处于振动状态：指音箱内气体的密度，仅随时间周期性变化；同一时刻，箱内各处气体的密度相同。 

不难看到，当音箱内的气体处于振动状态，音箱内没有波，扬声器向后压缩气体，将能量转移给气体，当纸盆向前时，压缩气体膨胀将能量还给纸盆，使纸盆向前之振幅加大，亦即是，扬声器向后的声能被加到向前传播的声能。从理论上讲，有效声能提高一倍。 

众所周知，只有安装在音箱外部多处的低音扬声器小振幅同步振动时，音箱内的气体才可能实现振动状态。 

本音箱之低音单元有多支低音扬声器，且每支扬声器处于小振幅状态。此外，每支扬声器串联了起缓冲功能的磁力储能电感。鉴于流经磁力储能电感的电流为80Hz以下的超低频，因此，本音箱的低音单元之每支扬声器都能够对80Hz以下的超低频讯号同步振动。换句话说，本音箱之密封箱体内的气体至少对80Hz以下超低频实现振动状态。换言之，本音箱利用密封音箱内气体之弹性振动，增强了80Hz至20Hz甚至以下超低音。 

总而言之，具有高、低频补偿的无分频器音箱就是在高音单元并联磁力储能电感，在低音单元并联电容，然后两者串联。 

磁力储能电感之制作方法是，用音频屏蔽线代替传统的导线绕制电感，并将用屏蔽层作为导线绕制的线圈安置于强磁场中，并尽可能地加强磁场。根据音箱的要求，选用与低频扬声器尾部直径相同或稍大的已充磁的磁环，并将线圈置于这样的二块磁环之中。更为实用的办法是，将屏蔽线线圈置于低频扬声器尾部，附加一块已充磁的磁环，并固定之。 

磁力储能电感扩充了普通低频扬声器的低频电声转化效率及下限，为制造价格相对较低，而低频性能优异的新型扬声器提供了技术资源。 

本发明旨在提供制造具有高、低音补偿无分频器音箱之方法。按此方法可以制造各种各样的音箱，但是，本发明不涉及音箱的外观、尺寸大小与机械结构等，也无这方面的权利要求。 

本发明能够以简单的制作技术、价格低廉的元件获取顶级高保真度，开拓了音箱制造技术的新途径。 

具体实施方式

众所周知，方法发明旨在提供普遍适用的技术而并非某一特定的范例。但是 为了让人们更清楚地了解这一技术，下面将实践中诸多成功制作之一，特作如下介绍： 

高音单元由4支无牌1“软球顶高音及三支直径7厘米的普通钛振膜小高音组成；低音单元有两支普通8”低音(New Retune及Parkhouse)。低音扬声器一支安装在正面，另一支安装在侧面；7只高音扬声器全部安装在正面。箱体尺寸为50×33×25立方厘米，箱体完全密封，箱体内不填充吸音材料，电感线圈之电感为11mH，介质音频电容30微法耐压100V，铁氧体外径10cm，电感线圈与铁氧体固定于低音扬声器尾部。经测试，本书架式音箱频率响应25HZ-20KHZ，功率100W，阻抗4Ω。 

本书架式音箱造价低廉但具有顶级高保真度风范。能发出雷鸣般的巨响，充满能量、动态与激情。低音具有超一流的能量感与宏大的声场、中音清晰甜美带有磁性与肉感、高音释放出乐曲中的细节，完整的泛音延伸表现出乐器之光泽感与空气感。本书架式音箱胜任表现规模宏大的交响乐、钢琴曲、流行摇滚乐、爵士乐及人声。 

小振幅振动，密封箱体中气体之弹性振动及磁力储能电感三项技术进步是本音箱不同凡响之基础。 

Claims (1)

1.具有高频、低频端补偿的无分频器音箱，将数只高音扬声器经串联、并联组成高音单元，其次，将数只中低音扬声器经串联，并联组成低音单元，特征在于：高音单元并联磁力储能电感，并与低音单元串联，磁力储能电感芯线与高音扬声器相连，在低音单元并联电容，磁力储能电感为本音箱核心器件，其制作方法是，用一芯或多芯音频屏蔽线代替传统的导线绕制电感，并将用屏蔽层作为导线绕制的线圈安置于强磁场中，其中，采用与低频扬声器尾部直径相同或稍大的已充磁的磁环，将线圈置于这样的二块磁环之中，或者将屏蔽线圈置于低频扬声器尾部，附加一块已充磁的磁环，并固定之。