第七章 扬声器失真及其改善方法

)
+
������
(������������ + ������������������������) +
(������������������ ������������
−
������������ ������������������
)
������ (������������������ − ������1������������)
7.3 负输出阻抗技术对低频性能与瞬态失真的改善
因为现实的电压源有内阻，所以输出功率随着负载电流的增加而减小，对于输出阻抗一 定的电压源，当且仅当负载的阻抗与电压源输出阻抗一致的时候，负载才能获得最大功率。 之所以会出现这种情况，完全是因为电压源内阻跟负载“抢”功率，为此要想最大限度提高 提高电压源的输出功率（即带负载能力），只要令电压源内阻为零即可。若电流增加时，放大 器输出功率反而增加，那么此时放大器的输出阻抗就为负。
如果要获得零输出阻抗或者负输出阻抗，可以采用电流正反馈技术，原理如下
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设信号源内阻������������ = 0,放大器输入阻抗������������ → ∞、放大系数为������������。为了求得放大器输出阻抗， 将信号源短路，负载开路，外置电压 V 于输出端。图如下
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第七章 扬声器失真及其性能改善方法
扬声器是放声系统的重要环节，但也是最薄弱的环节。目前高保真放声系统中生产出低 失真度的音频信号源与功率放大器已经不是难题。但是扬声器作为电声转换设备，在电声转 换过程中产生的失真则严重影响了放声系统的保真度。因此，克服扬声器的失真成为众多电 声工程师需要解决的重要任务。
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由于两个扬声器单元反方向无缝对接，虽然工作的时候振动方向一致，但是当其中一个 向磁隙内部运动时另一个往磁隙外部运动（因此称之为推挽式设计），因此这种不对称性可以 被抵消一大部分，这样带来的好处是显而易见的，它减小了非线性效应，抑制了谐波失真， 而现实测量数据的分析中显示，这样的设计，有效地降低了 2 次谐波失真。
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以让[������out + (������������ + ������ω������������)]为负，所以可以让������out = −(0.5~0.9)(������������ + ������ω������������) 就可以获得较为满 意的结果。
因此采用负输出阻抗技术的放大技术，可以很好的改善扬声器的瞬态失真，并且在扬声 器共振频率处最明显（共振处为感抗的一个极大值）,使得系统在重放时，声音不再显得含混， 会更加干净，有效的提升了清晰度。最终的放大电路与负载可以简化为下图
7.2 电感补偿网络改善中高频段瞬态失真
我们知道抗性元器件在系统中起到储存能量的作用，具有类似“惯性”的性质，不管是 储存能量还是释放能量都不是瞬时的，因而使得在电声系统中输出信号不能跟输入信号完美 的同步，也就是说它产生了瞬时失真。但若系统阻抗为纯阻的时候，失真就会为零。因此， 我们希望扬声器阻抗能尽量呈现出纯阻的状态。
)
(������������������
−
1 ������������������
)
解得
������������ = ������������
{������������
=
������������ ������������ 2
电感补偿前后的阻抗曲线示意图如下
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红色部分为补偿之后的曲线，可以看到更加平坦了，更为接近纯阻（说明：此图只做原 理性的表达，跟真实数据无关）。
因而要提高扬声器辐射声功率与减小音圈引起的反电动势，只要使(������������ + ������ω������������) 项的影响 合理地降低即可，使得[������out + (������������ + ������ω������������)]尽可能接近零。但是为了避免放大器自激，不可
)
(������������
+
������������������������)
(������������
+
1 ������������������������
)
+
(������������
+
������������������������)
=
(������������ ������������
+
������������ ������������
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根据上图可以得
V = I������0 + (−������������������������������) + ������������������ 因而求得等效输出阻抗为
������ ������out = ������ = ������0 − (������������ − 1)������������ 则只要适当的调节������0、������������、������������，使得������0 ≤ (������������ − 1)������������即可获得零输出阻抗或者负输出阻 抗。再考虑负载端，也就是扬声器端，其电学类比线路图如下
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值得注意的是，这里的倒相管采用边缘平缓过渡的方式，可以减小管子边缘处的湍流， 使得气流噪声减小。
Author：开心的桑尼 Sunny Email：taiyang_zhao@163. com
7.1 推挽式结构设计降低谐波失真
对上一章节中的等压式负载设计还可以做出改进，做成推挽式结构。一方面免去了做声 腔耦合管道或者隔板的麻烦，另一方面可以降低系统的失真。设计图如下
在磁路设计时候，线圈部分应该对称地分布在磁导上板，即线圈超出磁导上板上下边缘 的长度应该相同，才能减少失真。但是由于现实安装条件难以做到完美，因此总会有一定的 不对称。下图是一个不对称的模型。
其中电阻 R1 与 R2 起到电压负反馈的作用，在一般放大电路中为了减小输出阻抗都有， 但是接入扬声器负载时候，却还可以起到动态抑制音圈产生的反电动势的效果，可以减小系 统的失真。
值得一提的是，不仅在封闭箱式扬声器系统中，可以使用这种技术，在有声道管的开口 箱中同样可以有完全相同的效果，开口箱的电学端类比图如下
如果������es为纯阻，那么
(������������������������ (������������ +
+
������������ ������������
)
������������ ������������ )
=
(������������������ ������������
−
������������ ������������������
其中 ������������:音圈电阻 ������������:音圈电感 ������������������:扬声器等效声阻折算到电路端的电阻，������������������ = (������������)2/������ms ������������������:扬声器等效声顺折算到电路端的电感，������������������ = ������as(������������⁄������������)2 ������������������:扬声器等效声质量折算到电路端的电容，������������������ = ������as(������������⁄������������)2 ������������������:封闭箱箱体等效声顺折算到电路端的电感，������������������ = ������ab(������������⁄������������)2
在频率较高的时候，扬声器单元呈现出感性,可以用电阻������������与电感������������模型代替，因此可以 用阻容串联电路并联到扬声器单元进行电感补偿。示意图如下。
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������es
=
(������������
+
1 ������������������������
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其中 ������������������:声导管等效声质量折算到电路端的电容，������������������ = ������ap(������������⁄������������)2 如此一来，只要使的������out = −(0.5~0.9)(������������ + ������ω������������)，即使是使用频率较高的低音单元（接 近中音单元），பைடு நூலகம்可以重放出较好的低音，因为这时候的声导管已经跟普通的倒相管有本质的 区别了，普通倒相箱中的倒相管是作为低音的辅助发声部件，而这里的声导管已经作为低音 的主要发声部件了。只要采用合理尺寸的箱体与声导管构成一个赫姆霍兹共振器就可以随意 的调节低音的最低共振频率了。示意图如下