整个音响系统的放音质与组成它的各单元性能都有关系,然而各单元对系统性能的影响程度很不一样.以模拟唱片放音来说,一般认为拾音器和放大器部分对音质的影响分别占上风30%和20%左右,而声箱所占的比重高达50%.不无遗憾的是声箱恰恰又是系统中最难以改善的薄弱一环.目前市场上声箱品种不少,但音质多半还不尽人意.中意的高级声箱售价又令人咋舌.因而如何较好地解决声箱价格和音质之间的矛盾,一直是高保真爱好者组建自己的音响系统时最费心机的问题.许多业余爱好者也知道自制声箱是较好的出路.可这与四、五十年来结构上并无实质性变化的“黑盒子”至今仍令许多自制者大惑不解,不敢贸然下手,生怕把握不大而得不偿失.

    影响声箱音质的因素很多,但把握好分频点和扬声器的选择及其相互间的配合,是取得制作成功的关键之一.本文先就声箱制作中必须了解的有关扬声器性能和各种分频类型的特点加以说明权作入门基础,以后再陆续介绍有关其它问题.希望能使目前业余箱制作中照抄、盲目仿制的格局有所改观.

一、关于扬声器的基础知识

扬声器的选购、组合声箱分频点的选择和箱体尺寸的计算都需要了解并确切知道扬声器的一些性能参数,为理解后文的需要,本节对此先作简述.

1.         扬声器性能的频率特征

   目前扬声器品种很多,按振膜形状区分,除最常用的锥盆外,在我国用得较多的还有球顶型的平板型扬声器.前者专用于重放中音或高音,后者还可用于低音重放.由于这两种扬声器都是在锥盆基础上发展起来的,它们的典型性能很相似,故下面以锥盆扬声器为例进行说明.

   扬声器振膜由音圈驱动辐射声波产生声压,其间存在一定放音失真它作为放大器的负载又呈现一定的电阻抗.扬声器的声压、阻抗和失真度都是与频率有关的参数,图1就是某一个20CM全频带锥盆扬声器上述三种参数的典型频率特性,为我们全面了解其性能提供了许多有用信息.

1)        声压频响

   在扬声器有效工作频率范围内,声压频响大致可分为两大区域:中低频区和高频区.

   在中低频区,整个锥盆象活塞一样作整体振动,振膜上各点辐射的声波相位相同,输出声压均匀平坦且与辐射方向无关.该频段也叫活塞振动区,它以扬声器的谐振频率ƒ0为下限,其上限与锥盆口径有关,一般口径越大,能均匀重放的上限频率越低.

随着信号频率的提高.振膜上各点开始以不同的振幅和相位辐射声波,相互干涉渐见严重,致使声压曲线上出现许多高低不一的峰谷，最后在某一较高频率ƒh处出现一个共振峰后声压急速下降.该区域也叫分割振动区，相当于扬声器的高声频区。

   分割振动区的另一显著特征是声波辐射的指向性开始变得明显起来。图1中标有0度的声压频响曲线就是平常所指的扬声器频响曲线，它是在扬声器正面轴向处测得的，而标有30度和60度的则是偏离轴向夹角为30度和60度时测出的.十分明显,偏离轴向角越大，频率越高，输出声压衰减越大，即声波轴射指向性越尖锐。

   在由活塞振动区向分割振动区过渡时，声压曲线上会出现一个较深的谷点，通常称为中频谷点，它是由折环在中频区共振并与锥盆振动相位相反、声波相消所造成的。中频谷点不仅影响整个声压频响不均匀度，且产生较大失真，更因它位于人耳较灵敏的中频区，故对音质有很大影响。一般扬声器的口径越大，谷点频率也越低。

2)        阻抗特性

   作为功放负载的扬声器并不是一个纯电阻而是一个复杂的阻抗.在低频区由于共振其阻抗达到最大值,对应的频率便是扬声器的谐振频率ƒ0.

   随着信号频率的提高,共振阻抗迅速降低,在中频区趋向于音圈的直流电阻.信号频率进一步提高时,音圈的电感份量占主导作用,使阻抗曲线又回升.

   低频区的阻抗峰形状决定了扬声器另一个重要参数Q0值,中频区(400HZ左右)的阻抗什决定了它的额定阻抗值,而高频区的阻抗值是为分频网络提供恒定阻抗的校正网络参数设计的主要依据.

   总之,阻抗曲线看似简单却十分重要,设计声箱时要用到的原始数据一般均可由阻抗曲线求得,具体方法另文介绍.

3)        失真特性

   从扬声器失真度曲线可知,接近谐振频率处的失真相当大,尤其在ƒ0以下一段.中频谷点处失真也很大.活塞振动区失真最小,分割振动区的失真也较大.因此为减小组合声箱的失真,要设法抑止或避开共振区失真,尽量使扬声器工作于活塞振动区.如若不能就要选用中频谷点较小,分割振动较弱的扬声器并使之工作于指向性较钝的区域.

4)        有效放音频带

   这是指扬声器能重放的频率范围,由于扬声器声压频响很不均匀,故通常是指在某种不均为界匀度下扬声器能重放的轴向频率范围.根据国际规定,低频端以谐振频率ƒ0,高端以曲线最高点下降15dB处划一条水平线与轴向声压曲线高端相交的频率ƒ3为界,于是ƒ0–ƒ3即为扬声器的有效放音频带.有些国家的规定与国际规定略有不同,出入也不大,除高音扬声器外可以不予计较.

2           两个特征频率原估算

分频点的选择原则之一是要使组合声箱中各扬声器工作在各自性能较好的频段,最好工作于活塞振动区避开中频谷点,退一步讲,也可工作于分割振动区但应避开指向性较明显的频段.为此需要知道活塞振动区的上限频率和指向性允许的最高工作频率.这两个频率在产品说明书中一般并不列出,业余条件下直接测量也不可能.下面给出的估算公式基本上能满足实用要求.

1)        活塞振动区上限频率

   活塞振动区的特征是声压较为平坦,其下限可认为是谐振频率ƒ0,上限频率ƒ1可用扬声器的口径加以估算:

ƒ1=­5400/a(HZ)

式中a为锥盆有效振动半径(cm),可直接量出,取锥盆口平面中心至折环中心之间的距离.由上可知,扬声器口径越大,活塞振动区上限频率越低.由于中频谷点与ƒ1甚为接近,故知道了ƒ1,中频谷点位置也大致可确定了.

2)        指向性允许的上限频率

组合声箱,尤其是采用教大口径低音扬声器的二分频系统,如果高音扬声器的工作下限频率(即谐振频率)较高,也就是分频点不可能取得较低时,低音扬声器不仅需要工作在分割振动区,并且可能在其指向性教尖锐的频段工作,这会加大频响不均匀度,见图2所示．图中ƒＤ  为分频点，由于高音扬声器谐振频率较高，为避免它工作于共振区，故ƒd不得不选得较高．如果低音扬声器口径过大，那么ƒＤ处低音扬声器指向性已相当尖锐，而与高音扬声器合成后的频响曲线在ƒＤ处就会出现深谷．为了把这种情况控制在允许的程度内，对于Ｈi－Ｆi重放来说，扬声器能够工作的上限频率ƒ２以３０º指向性曲线上衰减不大于３dＢ为好．如以此为准，可按下式估算指向性允许的上限频率　：

式中a的意义和单位同上．与ƒ1相比，ƒ２是ƒ1的３倍．

由上述公式计算，对于直径２０cm的扬声器，活塞振动区的上限频率ƒ1约７００Ｈz，

指向性允许的上限频率ƒ２约为２Ｈz．故用直径２５０cm以上的低音扬声器制作二分频系统时要谨慎了．

二、组合声箱分类型　　

　　　由上所述可知，单只扬声器一般不可能覆盖２０Ｈz～２０ＫＨz整个声频范围，即使能覆盖也还不能保证在整个声频范围内获得同样的电声性能，这也就是现代Ｈi－Ｆi声箱毫不例外地采用多个扬声器来保证放音质量的主要原因．现代声箱大多采用二，三分频系统，业余制作还可见到四，五分频系统，虽然结构上复杂，成本也高，但运用得体可以获得更理想的音质．下面对分频点选择基本原则和各种分频类型的特点作一概述．

1.         二分频系统

在２０Ｈz～２０ＫＨz整个声频范围内，上下限频率达１０个倍频．一般声箱重放下限很难达到２０Ｈz通常只能做到５０Ｈz左右．如果重放下限取４０Ｈz，则４０Ｈz～２０ＫＨz可分为９个倍频程对二分频系统，一般把上列９个频段大致均分：低音扬声器重放５个倍频４０Ｈz～１．２ＫＨz．高音扬声器则重放４个倍频１．２ＫＨz～２０ＫＨz．于是二分频系统的经典分频点通常取为１．２ＫＨz～２ＫＨz．

实际运用时根据扬声器的性能还常看到分频点取得比上述典型值较高和较低两种情况．前者取在２ＫＨz～８ＫＨz，后者取在５００Ｈz～１ＫＨz，以上情况均见图３所示．

分频点取得高些，高音扬声器负担较轻而高音重放质量较好．反之，分频点取得较低则重视中，低音重放质量的做法．显然为使整个声频段的音质较为平衡，分频点较高时，要求低音扬声器具有较好的质量，且口径不能过大；分频点取得较低时，要求高音扬声器具有足够低的重放下限频率．二分频系统多见于低音口径不太大（≤直径２００mm）的中小型扬声器．

2.         三分频系统

对三分频系统如把前述９个频段三等分，则两个分频点分别约为３２０Ｈz和２．５ＫＨz．这样分配时高音扬声器负担相对过重，所以三分频系统的典型分频点取为１ＫＨz和５ＫＨz．

如同二分频系统，在实际运用中也可根据扬声器的性能对三分频系统的两个分频点适当变动．如果中音扬声器频响宽，功率大，上述经典分频点分别向两端延伸：低，中频分频点取６００～８００Ｈz，中，高频分频点取６～１０ＫＨz，上述情况均见图４．此时能量较大的中音频由单只扬声器放音可望取得良好的质量．同时，这也使低扬声器和高扬声器负担较轻，有利于提高音质．

3.         四分频系统

　　 四分频系统在市售声箱中中已很少见,多见于一些业余高手的自制声箱中,他们认为非四分频系统不能获得理想的音质.四分频系统的分频点常见的有图5所示两种配置方式.图5(a)是在图4的基础上再加一只大型(≥直径300)低音扬声器,分频点取在70―150Ｈz.显然这能使低音重放效果更为真实感人.另外,如果中低声频段的分频点分别取70Ｈz和1.2KＨz,即中低音扬声器担当70Ｈz―1.2KＨz放音,那么它恰好覆盖了声乐基波的频率范围80Ｈz―1.1KＨz.由于人耳对人声最熟悉也最敏感,因此用单只扬声器重放该频段对于欣赏声乐类节目尤为理想.但要注意,由于大部分节目源在中低频具有较大能量,故要求中低音扬声器具有较高的标称功率和较好的电声性能.一般采用直径165―直径200全频带扬声器来充当中低音频段放音.同时，在这种分频配置是的低音扬声器口径要尽量用得大一些，一般希望它的口径要尽量要比中低音扭声器大两个档次．例如，中低音扬声器如用直径１６５的，则低音扬声器至少要用直径２５０的如中低音扬声器用直径２００的则低音扬声器要用直径３００以上的，才能取得明显的低音重放效果．

　　　 四分频系统侧重于中高音放音质量，各扬声器处理的频程比较均匀，如各扬声器质量好，也能获得很高的音质．

在四分频系统中对立体声放音来说要用两只大口径扬声器和相应的大型声箱，结构上显得笨重、成本又高，由于四分频系统的低音频段只重放３００Ｈz以下的频率，故解决上述问题的一个途径是采用３Ｄ方式即左右声道的低音合用一个低音扬声器和声箱放音并不会影响声像定位问题．

4.         关于五分频以上系统

　　　五分以上系统在目前业余制作中也极少见.形式之一是在四分频基础上低端再加一口径更大的超低频扬声器,它与低音扬声器的分频点取60Ｈz左右．低音与中低音扬声器之间分频点取300Ｈz左右．这种型式的目的是企求重放频率下限延伸到16～25Ｈz，以覆盖乐音中的最低音（大型管风琴的最低音可达16Ｈz，标准型钢琴的最低音为27.5Ｈz）．对许多模拟唱片进行的频谱分析也表明，它们确实存在着这些超低频成分．假如不能重放这些音乐，对Ｈi－Ｆi迷来说总觉得少了点什么．

另一种五分频形式则改为在高端再加一超高频扬声器．要求它具有较高声压和宽至３０～４０ＫＨz频响，目的是用以改善高声频段声压不够均匀舒展的问题．通常超高频扬声器经一个０．３３～１uＦ无极性电容后与原高音扬声器并联，通过选择电容器的容量来改变超高频扬声器的放音频率以获得最佳高频重放效果．综上所述，三分频系统对扬声器的要求较低而能取得较高的放音质量．二分频系统对扬声器的要求相对较高，否则难以保证音质．四、五分频系统对扬声器要求也较高，否则改进效果就不明显．作为业余制作，最好循序渐进，随着音乐素质和审听能力的提高，逐步使分频系统升级比较适当．

下次我们再谈如何根据分频点所确定的分频带去选择相应的扬声器及其额定功率等问题．