内容发布更新时间 : 2024/12/23 1:21:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
0…第7章 多媒体音箱中的电声器件、电源和集成电路
多媒体音箱是现在家用电脑的标准外部设备，电脑里存储的音乐、电影都需要多媒体音箱来表现。市面上的多媒体音箱型号很多，但整体结构上差不多。本章我们就会深入多媒体音箱的内部，来通过多媒体音箱来学习电声器件、变压器，并且开始接触集成电路。
扬声器 变压器 多媒体音箱 集成电路
图8-0 多媒体音箱及其内部元器件
在前面的章节中我们学习了电阻、电容、电感、二极管、三极管等基本的电子元件，这些元件在电路中都是以单个元件的形式存在，我们称这些元件为分立元件。分立元件在电路设计时有很大的灵活性，理论上可以根据需要搭建任意电路，但是这也给电路设计和电路生产带来了不便，并使电路的稳定性降低。为了克服分立元件不易设计、稳定性差的缺点，人们把许多分立元件缩小体积，集成到一块很小的电路板上，组成实现特定功能的模块，这就是集成电路。本章我们将从多媒体音箱内部的电路开始，探索集成电路的世界。
本章内容如下：
? 多媒体音箱的结构 ? 电声器件的简介
? 多媒体音箱中的电源电路 ? 前置放大器中的集成电路 ? 功率放大器中的集成电路 ? 尝试一下——常用音箱电路
? 仿真与实践——初步评价音箱电路的品质
7.1 多媒体音箱的结构
多媒体音箱几乎是电脑上必备的外设，在清闲的时候用电脑放一首歌，或欣赏一部大片，都离不开音箱。音箱的品质直接影响到声音的还原程度，品质好的音箱可以带给听众身临其境的感觉，而品质差的音箱则会使一首歌、一部大片完全变味。那么到底是什么影响着音箱的品质呢？要弄清楚这个问题，先要弄清音箱的结构。
图7-1 多媒体音箱
多媒体音箱根据是否有内置的电源和功率放大器分为有源音箱和无源音箱两种。无源音箱结构和功能都较为简单，只有一个扬声器组成，工作时需要外置的功率放大器的辅助；有源音箱内部具有电源电路和功率放大电路，可以独立工作，并且提供丰富的功能，其结构也较为复杂。本章中我们只讨论有源音箱。
有源音箱通常由前置放大电路、效果处理电路、功率放大电路、扬声器系统和电源电路五个部分组成，各部分之间的关系如图7-2所示：
电源电路 音源 前置放大电路 效果处理电路 功率放大电路 扬声器系统 图7-2多媒体音箱基本结构
图7-2中音源是指为音箱提供声音电信号的设备，可以是电脑的声卡、MP3、CD机等。音源虽然不是音箱的一部分，但是其对音箱输出的效果有着决定性的作用，因为如果音源输出的声音信号很差的话，再好的音箱也无法放出美妙的声音来。
音源产生的声音电信号进入音箱后首先要进行前置放大的处理，这是因为音源输出的信号幅度通常较小，无法直接对其进行效果处理和功率放大。经过前置放大后的声音电信号则可满足要求。前置放大电路不会提高音箱的音质，相反其可能造成信号变差，要避免前置放大电路对信号的影响，应当使用低噪声的器件来完成前置放大的任务。
效果处理电路是指对输入的声音电信号进行特定效果的处理，使音箱最终输出的声音可以符合各种环境播放的需要，比如进行高中低音的分离、声音的均衡、环绕声的处理等。效果处理电路可以使最终音箱输出的声音品质有一个质的提升，通过效果处理后的声音播放出来更能符合人们的需要，带来全新的听觉感受。
功率放大电路决定了音箱最后能够输出多大的声音。一对高功率的音箱输出的声音大而饱满，在相对开阔的环境（如客厅）内仍能带给人以震撼的感觉；相反，小功率的信箱只能播放出较小的声音，不适合进行高品质声音的演绎。
扬声器系统负责完成最后的电声转换，输出声音，也就是常说的喇叭。扬声器系统也是影响音箱品质的重要一环，一个好的扬声器可以输出的声音细节丰富、层次感分明、清澈悦耳，品质较差的扬声器输出的声音则会混成一团，难以分辨。
电源电路保证了音箱的各个部件有稳定、纯净的直流电供应，是整个音箱正常工作的基础。同时，质量好的电源电路可以避免在声音电信号中引入的50Hz的交流噪声，进一步提升音箱的品质。
一个音质较好的多媒体音箱对其各部分的元件都有较高的要求，之前我们学到的由电阻、电容、电感、三极管搭建的分立元件电路很难达到多媒体音箱输出高音质的要求，因此我们需要在设计多媒体音箱时使用新的元件，下面几节中将对这些新元件进行介绍。 7.2 电声器件的简介
电声器件是对能够把电信号转换为声音的一类器件的统称。在多媒体音箱中把声音电信号转换为声音的电声器件是扬声器。除了扬声器，常见的电声器件还包括蜂鸣器、耳机等。虽然这些电声器件都完成着电声转换的任务，但是由于其内部结构相差较大，输出声音的原理也不尽相同，因此这些电声器件都有着特定的应用场合。本节将对这几种电声器件进行简单的介绍。 7.2.1扬声器
扬声器是常见的电声器件，其广泛应用于电视机、电脑、组合音响的音箱中。下图中是一个音箱用扬声器：
图7-3 音箱用扬声器
同之前学过的元器件一样，扬声器也有特定的电路符号：
图7-4扬声器电路符号
扬声器是利用电流的改变时产生的磁场带动振膜运动来发声的，在常用的电声器件中，扬声器发出的声音功率最大、音质也最好，非常适合人声和音乐的播放，因此最常用于多媒体音箱中。
选用扬声器时要注意考虑扬声器的频率响应范围、信噪比、阻抗和功率。频率响应范围是指扬声器能够播放出的声音的频率范围，通常来说频率响应范围只要能够覆盖正常人听觉对声音的频率响应范围（20Hz——20kHz）即可；信噪比是指扬声器输出的正常声音信号与无信号时噪声信号功率的比值，单位为dB，信噪比越高意味着扬声器的品质越好，高品质的扬声器信噪比通常在90dB以上；阻抗指的是扬声器接入音响电路后的等效阻抗，其会随频率发生变化，扬声器的阻抗标准值为8Ω，为低阻抗电声器件；功率决定了扬声器输出声音的大小，功率不直接决定音质，却影响扬声器最终的效果，过小的声音是无法给人的听觉带来震撼的，当然，扬声器的功率也不是越大越好，对一间20m2的房间来说60W的输出功率已经完全满足要求。 7.2.2 蜂鸣器
蜂鸣器是在计算机、打印机、报警器、电子玩具中常用的一种电声器件，其特点为产生声音电信号的音源集成在内部，为频率固定的振荡器，因此其发出的声音比较单一。一般只用于报警，并不用于复杂乐声的播放。下图中是一种常用的蜂鸣器：
图7-5蜂鸣器
蜂鸣器依据其结构分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。压电式蜂鸣器采用多谐振荡器起振，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片进行发声，其声音频率在1.5kHz—2kHz之间。电磁式蜂鸣器则是利用振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，从而带动振膜发声的，在发声的结构上与扬声器类似。
蜂鸣器的电路符号我们在第二章中曾经见到过，如下：
（a）IEC蜂鸣器电路符号 （b）ANSI蜂鸣器电路符号
图7-6蜂鸣器电路符号
下图给出了蜂鸣器典型的应用电路：
图7-7蜂鸣器典型应用电路
图7-7中，蜂鸣器通过三极管Q1与电源相接。三极管Q1起开关作用，当输入IN的电压大于或等于VCC时，Q1截止，蜂鸣器中没有电流流过，蜂鸣器不发声；当输入IN的电压远小于VCC时（通常直接接地），Q1导通，蜂鸣器获得足够大的电流后发声。如果按一定频率周期性改变IN电压的大小，使蜂鸣器按一定频率开关，也可发出此频率的声音，但因为蜂鸣器内部固有频率不可改变，所以用蜂鸣器发出的乐声仍伴有其固有的杂音。 7.2.3耳机
耳机是再平常不过的电声器件了，从收音机到随身听，从计算机到手机，几乎每个人手里都有一条耳机。耳机之间的差别很大，先不说耳机的外形如何多种多样，光是价格就从几元一条到几万元一条不等，当然，一分钱一分货，通常价格越高的耳机其音质也越好。