一種理想電容的衰減

一種理想電容的衰減

專業(yè)卡拉ok部送修一張hi-fi盒子。據(jù)機(jī)主自述，原來(lái)該音箱音質(zhì)很好，自從前次損壞，更換中音揚(yáng)聲器后，音箱聲音像農(nóng)村有線廣播揚(yáng)聲器一樣難聽，試聽感覺中音太重，即使把功放“TREBLE”旋鈕和“BASS”旋鈕破例開到最大，還是達(dá)不到應(yīng)有的音響效果。打開音箱見到分頻器為佳訊牌1635Ⅱ型三分頻器，低音為TNT牌PW-270C型8Ω250W10英寸松壓羊毛盆揚(yáng)聲器，中音為DONGLANG牌DL-2型60-120W桶形揚(yáng)聲器，高音為TNT牌600Q型80W天然蠶絲揚(yáng)聲器。查分頻器相關(guān)原器件性能指標(biāo)，均完好無(wú)損。用萬(wàn)用表R×1擋分別檢查高中低音揚(yáng)聲器時(shí)，發(fā)現(xiàn)中音揚(yáng)聲器響聲較大，從而對(duì)中音揚(yáng)聲器的靈敏度產(chǎn)生懷疑。從分頻器的3對(duì)輸出端分別單獨(dú)接聽高、中、低音揚(yáng)聲器進(jìn)行驗(yàn)證；當(dāng)驗(yàn)證到中音揚(yáng)聲器時(shí)，感覺音質(zhì)無(wú)異常，音量較大，從而判定為所換中音揚(yáng)聲器靈敏度過高，導(dǎo)致高中低音響度比例失衡。若重新購(gòu)買與原損壞揚(yáng)聲器同品牌同型號(hào)的中音揚(yáng)聲器置換，不僅成本高，而且本地買不到，況且扔掉剛買不久的中音揚(yáng)聲器實(shí)在可惜。于是，筆者決定用衰減的辦法來(lái)降低中音的響度。筆者首先使用一只4.7μF的電容C串入分頻器MIDOUT和中音揚(yáng)聲器之間，如圖1所示。經(jīng)試聽，雖然中音響度有所下降，但中音頻段內(nèi)的較高音頻率（該音箱所用分頻器的高中音分頻點(diǎn)為4.8kHz，即靠近4.8kHz而小于4.8kHz的頻率）的音量有所增加，中音頻段內(nèi)的較低音（該分頻器的中低音分頻點(diǎn)為1.3kHz，即高于1.3kHz而靠近1.3kHz的頻率）的音量有所下降，說明此法使原有良好的中音頻段內(nèi)的幅頻特性遭到破壞。一只實(shí)際電容可視為一只理想電容C串聯(lián)一只分布電感L后，再與一只損耗電阻R并聯(lián)，如圖2所示。在該分頻器的中音頻段（即f為1.3～4.8kHz）內(nèi)，因串聯(lián)的分布電感L較小，趨于零，并聯(lián)的損耗電阻R較大，趨于無(wú)窮，故在該頻段內(nèi)分布電感L和損耗電阻R均可忽略不計(jì)，此時(shí)的實(shí)際電容可視為一只理想電容。對(duì)中音頻段內(nèi)的較高頻率來(lái)說，因f相對(duì)較高，由Z=Xc=1/2πfC知，阻抗相對(duì)較小，揚(yáng)聲器得到的電功率P=U2/Z有所增加而導(dǎo)致聲功率的上翹。同理，對(duì)中音頻段內(nèi)的較低頻率來(lái)說，阻抗相對(duì)較大，電功率有所減少而導(dǎo)致聲功率的下陷。故中音頻段內(nèi)幅頻特性曲線變成低端下陷高端上翹，失去原有的平坦度，導(dǎo)致音質(zhì)畸變。因電阻是線性元件，阻抗不隨頻率而變。于是改用一只電阻R串入分頻器MIDOUT和中音揚(yáng)聲器之間，如圖3所示。據(jù)優(yōu)選法理論，先后試用過0.56Ω，12Ω，8.2Ω，3.6Ω，6.8Ω，據(jù)響度聽覺效果，選定6.8Ω。試聽證明，音質(zhì)比圖1接電容時(shí)稍好，憑筆者十多年來(lái)在劇場(chǎng)舞廳的調(diào)音經(jīng)驗(yàn)，感覺中音層次略為不清，有點(diǎn)含混。經(jīng)分析得知，串入6.8Ω電阻與阻抗為8Ω的揚(yáng)聲器串聯(lián)后總阻抗為14.8Ω，比的分頻器MIDOUT阻抗8Ω大近一倍。因揚(yáng)聲器音圈與外電路構(gòu)成閉合回路，由電磁感應(yīng)定律可知，揚(yáng)聲器工作時(shí)，音圈在磁場(chǎng)中來(lái)回振動(dòng),因切割磁力線而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流，這個(gè)感生電流也要受到磁場(chǎng)作用，即音圈受到一個(gè)阻礙音圈運(yùn)動(dòng)的電磁阻尼力矩M作用，M和閉合回路的總電阻（由中音揚(yáng)聲器內(nèi)阻Rw和所接電阻R及分頻器內(nèi)并聯(lián)在MIDOUT兩端的線圈L的內(nèi)阻RL組成）成反比：即M∝1/（Rw+R+RL）。由此可知，因接入R后使M變小，在發(fā)音過程中的某一瞬間，通過揚(yáng)聲器的電流從0變到I時(shí)，音圈運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置θ處不會(huì)立即停止不動(dòng)，而是越過此位置，并以此位置為中心來(lái)回振動(dòng)，需較長(zhǎng)時(shí)間才能停在平衡位置θ處。同樣地，當(dāng)通過揚(yáng)聲器的電流從I變到0時(shí)，音圈運(yùn)動(dòng)到0位置處也不會(huì)立即停止不動(dòng)，而是以0位置為中心來(lái)回振動(dòng)，仍需較長(zhǎng)時(shí)間才能停在平衡位置0，即音圈及其與之相連的紙盆處于欠阻尼狀態(tài),使前一時(shí)刻的余音（即拖尾音）與當(dāng)前時(shí)刻的本音重疊，造成中音含混不清，拖泥帶水。同時(shí)，由于分頻器MIDOUT阻抗8Ω與負(fù)載總阻抗14.8Ω不匹配，故中音頻功率未被負(fù)載完全吸收，一部分中音頻信號(hào)的能量，在相互平行的兩根揚(yáng)聲器線兩端來(lái)回多次反射，形成駐波，此駐波信號(hào)與原中音頻信號(hào)產(chǎn)生疊加，對(duì)同頻率、同方向、同相位或相位差恒定者，甚至產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，從而對(duì)中音頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。在圖3中，設(shè)R兩端的電壓為U1，揚(yáng)聲器兩端的電壓為U2，揚(yáng)聲器視為純電阻RL（為了計(jì)算方便，忽略電聲轉(zhuǎn)換因素），揚(yáng)聲器得到的電功率為P1，則P1=U22/RL=U22/8。設(shè)MIDOUT功率為P，且為恒功率輸出，則P=(U1+U2)2/（6.8+8）?？汕蟮脫P(yáng)聲器得到的功率與MIDOUT功率之比為P1/P≈0.54。即只需將分頻器MIDOUT功率的54%送給所換新中音揚(yáng)聲器時(shí)，高中低音響度比例才適中。這一功率比值讓人不安。經(jīng)尋問機(jī)主并查看原損壞的中音揚(yáng)聲器得知，原損壞中音揚(yáng)聲器是非桶型的，所換新?lián)P聲器為全封閉桶型中音，中音揚(yáng)聲器發(fā)出的中頻聲波經(jīng)桶型箱體共鳴后變得厚實(shí)而響亮。由人耳響度特性可知，響度和聲音的頻率有關(guān)，聲音的聲壓相同而頻率不同時(shí)，在1000～4000Hz之間聽起來(lái)響度最響，在這個(gè)范圍以外向低端或高端延伸，響度將隨著頻率的降低或升高而變?nèi)?，直到低端降?6Hz（音頻下限頻率規(guī)定為20Hz）,高端升至20kHz后，聲音的聲壓即使很強(qiáng)，人耳卻聽不見，也就是說這些聲音人耳感覺到的響度為零。故中音揚(yáng)聲器發(fā)出的中頻聲波的聲壓稍有升高時(shí)，人耳感覺到中音響度成倍增加。為了保留圖3的衰減比例，避免其弱點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)出了如圖4所示電路。在圖4中，令揚(yáng)聲器的阻抗為RL,據(jù)阻抗匹配原則，要求MIDOUT阻抗與負(fù)載阻抗相等，即，由此可得方程（1)設(shè)流過R1的電流為I1,R1兩端的電壓為U1，流過R2的電流為I2,R2兩端的電壓為U2，流過RL的電流為IL，在圖4中，由串聯(lián)電路的總電流和分電流間的關(guān)系有：I1=I2+IL，即，由此可得方程(2)由圖3試聽效果得知，當(dāng)高中低音比例適中時(shí)P1/P2=0.54（見前述），故在圖4中有令，則前式變?yōu)?7X2+54X-23=0，求解可得U1/U2=0.36，即可得方程（3)由串聯(lián)電路的分壓關(guān)系有聯(lián)立求解方程（1),(2),(3),(4）可算得為避免燒壞電阻，功率寧大勿小的原則，選用R1=2.2Ω10W和R2=24Ω10W水泥電阻各一只作功率測(cè)試試驗(yàn)，按圖4接好元件后，把功放音量開到音箱和功放均能承受的最大值，用萬(wàn)用表交流電壓擋測(cè)得R1兩端電壓的瞬時(shí)最大指示值為2.3V,則瞬時(shí)最大值為(因萬(wàn)用表所測(cè)電壓的值為有效值),則P=U2R=3.2522.2=4.8W,據(jù)功率儲(chǔ)量原則，預(yù)留足夠的保險(xiǎn)系數(shù)，最終取R1的功率為7W。測(cè)得R2兩端電壓的瞬時(shí)最大指示值為6.1V。同理，瞬時(shí)最大值為，故功率P=U2/R=8.6252/24=3.1W，最終取R2的功