《音响技术》课件-第6章

第6章家庭影院AV系统6.1家庭影院AV系统基础知识6.2家庭影院AV系统相关知识6.3家庭影院AV系统拓展知识

家庭影院AV系统是指具有高清晰度优质画面的大屏幕彩色电视机以及应用杜比等环绕声技术配置的家庭视听系统，通常由AV信号源、AV放大器、音箱和大屏幕显示设备等组成。其中，AV放大器是整个AV系统的控制中心。

6.1.1家庭影院AV系统

1．家庭影院AV系统的定义与组成

家庭影院AV系统是指具有独立播放功能的AV(AudioandVideo)系统。家庭影院AV系统主要由AV节目源、声音处理设备、AV功放、图像重现设备(电视机)、扬声器系统(音箱)等组成，结构配置如图6-1所示。6.1家庭影院AV系统基础知识

图6-1家庭影院AV系统的组成

1)AV节目源

常用的AV节目源主要有：数码录像机、数字音/视频以及激光视听设备(LD、VCD/DVD/BD机)等。

2)音频处理设备

音频处理设备主要是指前置放大器和环绕声解码器。

3)AV功放

AV放大器是音频、视频放大器的简称，也是家庭影院系统的核心。一般AV放大器指的都是综合放大器，既包含有前置放大，也包含有环绕声解码功能，同时还具有AV选择器、视频同步增强、完善的输入/输出信号端子、控制与显示及遥控系统，绝大多数具有杜比数字解码电路和DTS解码电路，多路功放输出5.1声道音频信号，部分具有FM/AM调谐器等。

4)图像重现设备

图像重现设备用于重现视频图像。常用的图像重现设备有CRT彩色电视机、LCD/LED电视机、PDP电视机、DLP背投电视机等。

5)扬声器系统

扬声器系统又称为音箱，主要作用是将音频信号还原成声音，是音响设备的一个重要组成部分，也是重放声音信号的终端设备。扬声器系统主要由扬声器、分频器、箱体、吸音材料等组成。

2．Hi-Fi系统与家庭影院AV系统

Hi-Fi，即为高保真，主要用于单纯音乐欣赏。Hi-Fi系统是双声道立体声系统，主要由高保真功放、一对音箱、CD机、磁带播放机、FM调谐器的立体声广播等组成。

Hi-Fi系统与家庭影院的主要区别是它不涉及图像；在音频方面，它仅仅只有两个声道。虽然人们把Hi-Fi称为立体声，但它的声音是二维平面的而非三维立体的。它强调的是音质与音色的原汁原味，注重的是对声音时间上与平面空间上的解析力与保真性。二者的主要区别如表6-1所示。

表6-1Hi

Fi系统与家庭影院系统的区别

6.1.2AV放大器的组成与工作原理

1.AV放大器的分类及特点

AV放大器的种类繁多，分类方法各异。例如，按照声场处理模式可分为杜比定向逻辑AV功放、THX环绕AV功放、DSP数字声场处理AV功放、杜比AC-3数字环绕AV功放等，它们的主要区别是各自的环绕声处理技术的不同；按照电路结构又可分为AV综合放大器、AV前置放大器和AV环绕声放大器等。

AV综合放大器是内置环绕声解码器，各声道输出(除超低音外)均带有功放的前后级合并式多通道功率放大器。它设有各种音频输入、输出端子，具有多种AV信号源的转换控制功能。对AV综合放大器，只要配接好AV节目源、音频终端(多路音箱)和视频终端(电视机或投影机)，再在其超低音输出端子外接好有源超低音音箱，即可构成一个完整的家庭影院系统。

前置放大器实际上是纯环绕声解码器，它可将AV信号源输出的已编码的音频信号解码为多声道音频信号，其输入、输出端子及AV信号源的转换控制功能与AV综合放大器相同，只是其内部不含有功率放大电路，输出信号需要经后级放大器进行功率放大后才能推动各路扬声器系统。

AV环绕声放大器内置有杜比解码器和DTS声场处理电路，也称环绕声解码器。AV环绕声放大器除具有AV前置放大器的所有功能外，其内部带有两路或三路功放，用以驱动环绕声音箱或中置功放，但没有左、右主声道功放。

2．AV放大器的组成

AV放大器通常由音/视频输入选择、声场处理、前置处理、多声道功放(可与音频功放共用)、遥控显示、卡拉OK、视频输出、电源等多部分电路组成，其电路组成如图6-2所示。现在的AV功放在此基础上除增加了微电脑(CPU)处理、遥控功能和显示部分外，普遍还增设了卡拉OK电路，有的还增加了均衡调节、收音调谐、视频同步增强等电路。

图6-2AV放大器组成

3．AV放大器的工作原理

音/视频输入选择电路的作用是对音/视频信号源(数码录像机、LD、VCD/DVD/BD机)的音／视频信号进行同步选择，即对同一套信号源输入的音频和视频信号进行同步切换，并对这些信号进行声像录放、声像质量控制、预置运行程序、混合编辑等处理，然后同步输出。有的输入选择电路还设置了视频同步增强电路，确保图像和伴音同步切换和播放，并能够补偿和校正视频藕旁诖渲械乃ゼ酢

声场解码处理电路的作用是对输入选择电路送来的音频信号进行环绕声场解码或模拟声场处理。该部分电路是AV放大器的核心，主要功能是对已压缩的信号进行解压缩，或对编码的信号进行解码，或对普通立体声进行模拟(模仿)或数字处理，从而还原或产生出具有环绕感、临场感的声场效果。常见的声场处理电路有杜比专业逻辑(定向逻辑)环绕解码器、杜比数字(AC-3)解码器、DSP处理器、SRS处理器及THX、DTS等模拟或数字的声场处理电路。

前置处理电路的作用是对声场解码处理电路产生的各声道信号和Hi-Fi直通信号进行选择、控制等预处理。这部分电路包括前置放大和音量、音调、平衡、静音等控制电路以及音乐与卡拉OK信号的混合放大电路。对于带显示功能的AV功放，在这部分电路中设置了音频取样电路，即对信号的幅度、频率等状态信息进行取样，供微处理器(CPU)进行状态判断和显示驱动。高档AV功放中的前置处理电路已基本实现数字化、智能化和集成化。

功率放大电路的作用是对从前置处理电路送来的各声道信号进行功率放大，推动扬声器工作。其电路结构均为多声道，而且是根据声场处理电路的输出声道数来决定，一般设计成4~9声道。各声道的输出功率不同，一般主声道每路输出功率为80~100W，其频响为全频带放大；环绕声道的每路功率一般为20~40W；超低音功放用来重放120Hz以下的低音信号，使重放出的声音浑厚有力，震人心腑，提高临场感，其功率也应在80W以上。

在实际应用中，往往将声场解码处理电路和前置处理电路做成一台独立设备，另外配置功率放大器。也有与功率放大器做在一起，统称AV功率放大器。

4．实用AV放大器电路分析

图6-3所示为索普SSP8800K杜比数码功率放大器的电路框图，它主要包括音视频切换电路、数字信号切换电路、A/D转换电路、音频解码电路、卡拉OK处理电路、音调控制电路、功率放大电路、电源及系统控制电路等。

图6-3索普SSP8800K功率放大器电路框图

1)音视频切换电路

索普SSP8800K具有8组模拟音频信号输入、4组视频信号输入、3组超级视频S端子切换选择。另外它还备有同轴(COAXIAL)和光纤(OPT'ICAL)输入端子。模拟音频信号经TC9163进行8选l切换后送入A／D转换器PCM1800。TC9163系日本东芝公司生产的专用音频切换集成电路，具有动态范围大、失真小、串音低等特点，比传统的400系列要优越得多。PCM1800系美国BB公司推出的20bitA／D转换器，它将输入的模拟信号转换成数字信号，再送到解码器YSS902中进行杜比专业逻辑解码和DSP声场效果处理。由于采用了20bitA／D转换器，使解码精度大大提高。

同轴端口输入的数字信号经74HC04缓冲后进入74HCl57，与来自光纤输入信号进行切换后进入S／PDIF接口电路YM3436。经YM3436去同步后再送入解码器YSS902。YM3436同时还提供位时钟、左右时钟及系统时钟等给D／A转换器PCM1716、A／D转换器PCM1800以及解码器YSS902，作为同步信号。

2)音频解码电路

SSP8800K采用了Yamaha解码芯片YSS902。该芯片集杜比AC-3杜比专业逻辑解码以及数字声场处理(DSP)于一体，采用双DSP结构，即主(Main)DSP和子(Sub)DSP，能完成杜比数字及数字杜比专业逻辑解码的称主DSP，完成低音处理(BassManagement)及数字声场效果处理的称子DSP。主DSP为24bit杜比A级解码，这也是目前最高位数的杜比数字解码器；子DSP具有外部RAM接口，可连接1Mb的RAM。在DSP声场效果时最长延迟时间为1.36秒。

在杜比数字方式下设有中置声场延时(0～5ms可调，1ms／步)及环绕声场延时(0～15ms可调，1ms／步)。而在杜比专业逻辑下为环绕延时(15～30ms可调，1ms／步)。在播放杜比数字5.1声道信号源时，可根据需要将解码的动态范围设定为“最大”、“标准”和“最小”三种模式。其中“最小”模式又称“午夜影院”模式。

YSS902具有十种DSP数字声场效果。其中低音处理是杜比数字(AC-3)解码器的要求，目的是使用户可以根据自己现有的音箱系统而选择相应的配置，以达到最佳的聆听效果

3)D／A转换器

经YSS902DSP处理后输出的数字信号分别送到R、L、C、SW、SR、SL六路D／A转换器。该机采用三片24bit、采样频率为96kHz的D／A转换器PCM1716，完成5.1声道的D／A转换。PCM1716是一种增强△—∑转换，内含八级幅度量化、四级噪音变形电路及八倍过采样数字滤波。PCM1716的“零检测”功能是一大特点。我们知道，目前一些DVD影碟机在停机状态下，因其数字输出口输出的是PCM信号，而不管机内碟片是PCM还是杜比数字信号，当机内碟片是杜比数字时，从停机状态(PCM)转换到播放杜比数字状态时，许多解码功放在解码时就会产生较大的“吱、吱”噪音。索普SSP8800K巧妙利用该“零检测”功能而特别设计的静噪电路，有效地减少了这种噪音。

4)卡拉OK处理电路

该机卡拉OK电路采用了三菱公司M65831数码混响芯片，这是目前专业数码卡拉OK机首选芯片。M65831信噪比达－90dB，失真仅为0.3％，延迟时间高达196.6ms。同时它还具有48kbitSRAM，在250kHz的取样频率可存储300ms的数字音频信号。在电路上设有两路话筒音量调节、混响深度调节以及话音调调节等功能，而且电路中还设有人声均衡调节电路，能随个人喜好而调节。

5)音量、音调调节电路

D／A转换后的模拟音频信号由NE5532缓冲后进入总音量控制电路。该机的主音量控制及电平微调均采用三菱公司专用IC(M624461)，它为三线串行数据方式(LATCH、DATA、CLK)。主音量调节范围为0～79dB；电平微调范围是－10～10dB。该芯片具有六路音频信号电子音量调节，两路直通，受控于CPU，六路音频信号经同步调节后，中置、环绕、超重低音信号经NE5532缓冲后直接进入各自的功放电路。L、R主音频信号还要经高、低音及平衡控制电路，再进入主功率放大电路。

6)功放电路

SSP8800K功放电路为全分立元件结构，超重低音由线路输出，用以接驳有源低音炮。功放部分电压放大为双端输入、单端输出结构。推动管采用东芝专用低噪声互补对管TIP41C／TIP42C。末级电流放大采用了东芝著名对管3SC5200／2SAl943，功率150W。中置、环绕声道同样采用全分立元件设计，具有较高的频响和较大的动态范围，这也是该机的独到之处。同时，它还具有过流保护及中点电压保护等功能，由微处理器(MPU)检测控制、大功率继电器切换。

7)电源及系统控制

索普SSP8800K电源部分为传统的线性稳压电源。主电源一路经两只10000μF／63V大电容滤波后给功放供电，另一路低压供运放及其他IC；副电源也分两组，一组为＋5V供MPU，另一组供显示屏。该机电源变压器制作工艺相当考究，采用了优质铁芯，功率达500W，且漏磁少、温升低，比普通同样尺寸的变压器效率高40％以上，而且有利于降低成本，在实际使用中各种指标均令人满意。

该机系统控制由MPU完成，MPU同时还驱动荧屏5×7点阵显示、五段电平频谱显示、各种字符显示等，具有全功能红外遥控功能。

5.Hi-Fi功放与AV功放

实际家用功放有两种类型，一种是用于专门欣赏音乐的高保真Hi－Fi功率放大器，另一种是用于构成家庭影院系统的AV功率放大器。这两种功放在放音声道数目、放声方式、电路设计和某些技术指标等方面不同，其主要区别有如下几个方面。

1)放音声道数目不同

高保真Hi

Fi功放与AV功放的基本作用都是将微弱的声音电压信号放大成有一定功率输出的信号，以推动音箱放声，但两者的放音声道数目不同。高保真Hi

Fi功放一般设计为两声道，推动左、右两组音箱，构成立体声的声场(在家用AV系统中，可以作为L、R主声道)。而AV功放设计为多声道，绝大多数设计为6~8路，它是先将信号进行解码等处理，制造出前、后、左、中、右多个声道的信号后，再送往各自的扬声器予以放声，从而构成一个包围听音者的环绕声声场。

2)放声方式不同

高保真Hi

Fi功放在放声方式上多以高保真为设计目的，讲究原汁原味地放大信号源发出的信号。一般只设置有高、低音电平的调整和左、右平衡控制，这些设置仅是为了提高放音的音质或起一定的降噪作用。而AV功放的放声方式则是以营造声场为主要设计目的，通过其内部的延迟、混响处理电路来控制放音时各声道之间的延迟时间，通过调整延迟时间的长短来模拟出各种听音环境下的声场，例如大厅、教堂、体育场、演播室等。

3)电路设计不同

从电路设计或电路构成上看，两种功放有较大的差别。高保真Hi

Fi功放仅仅是放大电路、切换与调整电路的组合，而AV功放则多了解码电路、延时、混响电路等，并且AV功放的放大电路还要负责放大多路信号。因此，AV功放的放大电路集成度高、电路复杂、信号处理程序多；而Hi

Fi功放的电路相对比较简单，信号处理程序少。不过，若单就放大电路来看，同价位的产品中Hi

Fi功放的选材和制作工艺要优于AV功放。

4)技术指标不同

Hi

Fi功放要求对信号实现高保真放大，所以输出功率不一定很大，但要求信噪比很高，一般可超过100dB，频率响应甚至超过20Hz~20kHz，对谐波失真度的要求很严格，起码小于0.0l％，动态范围也要大，并对音色、音场定位、解析力等各方面都有很高的要求。而AV功放是视听中心，是结合视与听的音响电路，工作重点是配合视觉效果营造出理想的听音环境，创造逼真的方位感、临场感和震撼感。人们在观看电影碟片时，多把注意力集中在故事情节、视觉效果及语言对白方面，而对背景音乐的细微部分并不十分留意。因此，AV功放的设计侧重点更在乎于表现对白的清晰度和视听环境的大动态“爆棚”效果，还原或模拟出声画合一的声场定位，制造出声场氛围。这样，不但要求AV功放频率范围尽量宽广、失真度小、信噪比高、瞬态特性好，音质、音色优美动听等等，而且更注重声压级，即在低失真度的前提下，保证足够大的输出功率。

6.2.1环绕声技术

随着环绕声技术在家庭影院AV系统中的广泛应用，使得家庭影院具有更加完美的声像动态效果和三维空间的声场魅力。目前，AV系统中广泛采用的环绕声处理系统主要有杜比环绕声、DSP数字声场处理系统和家庭THX系统。6.2家庭影院AV系统相关知识

1．杜比环绕声

1)基本杜比环绕声

基本杜比环绕声是杜比实验室在双声道立体声系统的基础上，采用4-2-4编码、解码技术开发的一种模拟环绕立体声方式。它是编码和解码联合工作的一个互补系统。4-2-4制编解码就是将四声道的声源信息经过矩阵编码，合成为两声道，以便录制并和双声道及单声道兼容。放音时，将这两声道经解码分出四声道信息送入四组扬声器放声。图6-4是杜比模拟环绕声编码器原理图，从图中可见，它是将原始的L(前左)、R(前右)、C(前中)、S(后环绕)四声道信号通过矩阵进行编码，L、R声道信号未做处理，直接送入混合器，C声道信号衰减3dB后分别与L、R声道信号混合，S声道信号由一个100~7000Hz的带通滤波器除去高音部分，并通过杜比降噪处理后，也衰减3dB再分别移相90°后送入混合器，编码成如下的两声道信号：

Lt＝L＋0.7C＋0.7jS

Rt＝R＋0.7C－0.7jS

式中，j表示移相90°。

图6-4杜比模拟环绕声编码器原理图解码器的作用是从Lt与Rt两声道信号中获取原四声道信号L、R、C、S进行重放。

由于采用的是4-2编码，所以不可避免的串入了其他声道的信号，使解出来的信号为L′、R′、C′、S′，即

式中，j表示移相90°。由上述表达式可见，解出来的L′、R′、C′、S′虽以原信息为主，但均不是原四路信号，而是除了原四路信号外，还分别串入了相邻声道的串音，后方环绕声道还被移相－90°，而且每一路的正常信号与串音之幅度比为1∶0.7，即串音达到正常的0.7倍，分离度只有3dB。如果将这样的四路信号直接送入各对应扬声器，显然声像定位不好，不能满足高质量的立体声聆听的要求。因此，怎样有效地去掉这些串音，便成为杜比环绕声解码器的关键技术问题。杜比环绕声解码器分为被动型(Passive)和主动型(Active)两种。

被动型环绕声解码器又称无源式解码器或基本杜比环绕声解码器，如图6-5所示。它是用环绕声通道的信号去补偿正前方通路，而产生一个“前－后”的声场维度，从而补偿一般立体声的不足，但其效果是有限的。

图6-5被动型环绕声解码器方框图输入平衡控制电路对送至解码器的信号进行放大，通过手动的方式，保证加到L±R矩阵电路与主音量控制电路的左右声道信号幅度基本一致，满足分离S′与C′时对Lt和Rt幅度一致的要求。

L±R矩阵是解码器的关键部分，L＋R产生中央声道C′信号，L－R产生环绕声道S′信号，C′信号直接送至输出端的主音量控制电路，S′信号则送至前置滤波电路。

前置滤波器又称防混淆滤波器，是由运算放大器组成的有源滤波器，其作用是严格防止25kHz以上人耳听不到的输出信号、噪声信号与干扰信号进入下级数字式延迟电路。音频延时电路的作用是将环绕声道信号S′延时15～50ms(可调)，使从后置扬声器播出的声音比前置扬声器播出的声音滞后一段时间到达人耳，根据心理声学的哈斯(Haas)效应，当一个声音紧接着另一个声音到达听音者时，听音者感受不到后一个声音的存在。这样，后置环绕音箱中混有的前置信号，不会太多地影响前置音箱的声音定位效果。

7kHz低通滤波器也是由运算放大器组成的有源滤波器，作用是滤除信号中的高频成分，减少信号泄漏对声音定位的影响。杜比B型降噪系统作用是降低500Hz以上的高频段噪声。同时利用降噪处理抑制两路传输信号在传输过程中因相位或幅度的偏移而泄漏到环绕声道的语音信号，进一步提高信号分离度。

主电平控制电路的作用是协调四个声道的音量比值，以满足不同室内环境和不同听众的需求。电路主要由电压控制放大器与阶梯衰减网络组成。电路的关键是维持各声道有足够的功率余量，从而保证在整个调节范围内电平的跟踪能力。

2)杜比专业逻辑环绕声

基本杜比环绕声解码器为无源式，其电路简单，成本低。虽然环绕声道的音效也较强，但前置声道的分离度仅为3dB，串音无法消除，且声像定位也较差，已逐渐被主动型环绕声解码器所取代。

主动型环绕声解码器为有源式环绕声解码器，又称为杜比专业逻辑环绕声(DolbyPrologicSurround)解码器，俗称杜比定向逻辑环绕声，其方框图如图6-6所示。

图6-6杜比定向逻辑环绕声解码器方框图为减少串音、提高立体声效果，它主要采用自适应矩阵(AdaptiveMatrix)电路，在此电路中运用了压控处理和合成相消两项减少串音的技术。所谓压控处理，就是将由输入的左右L、R两路(实为Lt、Rt)信号得出的L′、R′、C′、S′信号加以比较，获得控制信号去控制各路压控放大器(VCA)的输出，哪一路的信号强，便增强哪一路，而其他信号较弱的各路受到抑制，即把混在L′、R′、C′、S′信号中的串音抑制掉，从而强调了声音的方向性。所谓合成相消，即通过后续的合成矩阵来进一步消去串音，也就是通过压控放大器，使分别受到L′、R′、C′、S′的相对大小控制的输入得到不同的实时输出，然后在合成矩阵中让它们以特定的比例和相位与信号Lt、Rt进行加减合成，从而消去混在L′、R′、C′、S′里的串音，得到所需的L、R、C、S四路原立体声信号。

输入平衡控制级的作用是修正两通道之间的输入电平误差，以保证自适应矩阵级有最佳的工作效果。该级往往装设自动电平控制(AutomaticLevelBalance)以代替人工控制。杜比环绕声解码器中的延迟，有固定时延(FixedTimeDelay)和可变时延(VariableTimeDelay)两种。目前常见的是可变时延，使用可变时延时，安置扬声器的最佳范围远大于使用固定时延的情况，所以使用者可根据需要去调整延迟时间长短，以达到理想的效果。

此外，为便于使用者在系统工作之前调准系统，使四个声道的输出音量或电平平衡，在图6-6中还设计有噪声序列发生器(NoiseSequencer)，它产生一个粉红噪声信号，并周期性地根据左→中→右→环绕声的顺序循环转换，其转换周期约为1、2s。杜比专业逻辑环绕声解码器具有通道分离度高、声像定位准确等优点，而且音响效果不会因听者座位位置不同而异。

3)杜比AC-3数字环绕系统

杜比AC-3主要是采用感觉编码的数字化信息处理技术，利用人耳的掩蔽效应和音乐心理学中的“可闻阈”来达到压缩信息冗余度，从而提高数据压缩比的目的。由于杜比AC-3系统的优异性能，杜比AC-3已成为DVD的基本声音格式。杜比AC-3又称杜比数字(DolbyDigital)，是一种崭新的环绕立体声系统，它与上述环绕声系统不同，除了采用数字编码技术外，还在于提供了5.1声道输出，即5个独立声道：正前方的左(L)、中(C)、右(R)和后边的左后(LS)、右后(RS)。这五个声道频响均是20Hz～20kHz的全频带声道，覆盖了整个音频范围。在低频再现方面，还提供了一个20～120Hz的独立的超低音声道，因其频带大约只有全音频带的1/10，故只能算是0.1个声道，所以统称为5.1声道。图6-7为杜比AC-3解-码器的原理方框图。

图6-7杜比AC-3解码器原理方框图

AC-3比特流首先加入缓冲级进行隔离，缓冲输出的AC-3比特流加入纠错电路中，在其中被称为帧单元的处理单元进行纠错。通过纠错处理后的比特流加到固定数据解码器中，对AC-3比特流中的固定数据进行解调，这些固定数据有指数数据、匹配系数、模式符号等，通过解码信号将恢复到原来的比特分配。经过固定数据解码后得到的指数数据，被直接送到固定小数点变换器中。固定小数点变换器的动作还需虚部数据，这一数据还要经过比特分配、数据解调和高频成分恢复电路的处理，恢复到原来的比特分配后确定虚数数据，再与指数数据一起加到固定小数点变换电路中。经过固定小数点变换电路后的信号，加到反频率变换电路中，进行反频率的变换，再通过窗函数处理和叠加运算，便完成全部的AC-3解码过程，得到5.1声道信号。

杜比AC-3环绕声系统与杜比定向逻辑环绕声系统的相比如表6-2所示。表6-2杜比AC-3环绕声系统与杜比定向逻辑环绕声系统对比

4)虚拟杜比环绕声系统

尽管多声道环绕声系统已在家庭影院、高清晰度电视以及DVD等系统中获得成功地应用，但多声道环绕声系统需要多路功率放大器和多个音箱，并具备相当的视听面积和视听环境，才能突现空间感、临场感，对普通的模拟电视接收机以及视听环境不理想的状况，多声道环绕声系统很难达到预期的效果。利用虚拟杜比环绕声技术可以解决上述问题。

虚拟杜比环绕声是用双声道配置的两个音箱营造出杜比AC－3环绕声的音响效果，这样对用户既减少了投资又适用于较小面积的视听房间。根据人耳的听觉特性(掩蔽效应)和人对声音会有空间感和环绕感的音像特性(头部相关传递函数HRTF—HeadRelatedTransferFunction)，虚拟杜比环绕声技术通过对两个音频信号进行运算处理，可以将这两个音频信号在原始录音时的空间信息虚拟出来，使人听了之后产生空间感和环绕感。虚拟杜比环绕声采用最佳化的HRTF运算技术来虚拟多声道环绕声，使双声道立体声产生出酷似多声道环绕声的音响效果，而且它的最佳听音位置的范围比其他虚拟环绕声的都宽。

HRTF运算是一种每秒可执行上千条指令的高速数字信号处理，其基本原理如图6-8所示。对于杜比定向逻辑环绕声，解码后输出的环绕声是单声道(S)，需用一个解调器将其处理成双声道环绕声(LS和RS)，再进行虚拟环绕处理。对于杜比AC-3环绕声LS和RS，可省略解调器而直接进入虚拟环绕声处理器。虚拟环绕声处理器对LS和RS信号进行运算处理，使其与L、R和C声道信号混合后产生的双声道信号(uLV和uRV)符合HRTE功能特性。在这里，C声道采用衰减3dB后混合到左、右声道信号中的方法。

图6-8虚拟杜比环绕声系统方框图虚拟杜比环绕声营造出的三维声场效果与杜比多声道(如杜比AC-3)相比，其三维声场的宽度比杜比多声道的窄一点，但对于小型家居房间(面积在20m2以下)，虚拟杜比环绕声营造的三维声场效果往往比采用杜比多声道的好。

目前在DVD视盘机中已广泛采用虚拟环绕声技术，将杜比AC-3解码的5.1声道环绕声处理成双声道虚拟杜比环绕声输出，极大地方便了用户。

2.数码声场处理系统

数字信号处理器(DigitalSignalProcessor)或数字信号处理技术(DigitalSignalProcessing)，简称为DSP。DSP技术在家庭影院系统中的一种重要应用是产生模拟声场。利用DSP技术，在一个固定的家庭听音环境中播放电影节目时可以模拟出电影院、剧院、音乐厅、歌舞厅、体育场、教堂等不同环境的声场效果。因此在家庭影院中的DSP系统的确切定义是数字声场处理系统(DigitalSoundFieldProcessing)。它是杜比环绕系统的补充和完善。应用在家庭影院系统中的DSP技术有两类，即普通DSP系统和雅马哈DSP系统；由于日本雅马哈公司在数字声场处理技术中的首创地位，家庭影院中的DSP系统称为雅马哈CinemaDSP系统。

1)普通DSP系统

普通DSP系统又称数码声音处理系统，其电路结构如图6-9所示。

图6-9DSP系统电路结构由图6-9可见，经单声道/立体声选择电路选择后的左、右声道音频信号，直接送数码模拟声场处理电路，在其内部经A/D变换后将得到的数字信号再经纠错、校正、补漏等处理，并对声音信号的混响、延时和相位进行调整，形成多声道的模拟环绕声信号，实现模拟几种特定声场(如电影院、音乐厅等)的实际效果。

DSP系统主要优点是对声源无过高要求，但环绕效果不理想，同时由于不是真正的杜比环绕声，因此不能与杜比系统兼容。

2)雅马哈DSP系统

雅马哈(Yamaha)DSP系统是在杜比定向逻辑解码系统和杜比AC-3系统机场上开发出的一种高质量数码声场处理技术。共有12种DSP声场模式和23种副声场模式，并且在上述环绕立体声方式的基础上提出一种七声道扬声器系统。图6-10为雅马哈DSP系统方框图，该系统不仅包含了杜比定向逻辑系统和杜比AC-3系统，还在前方增设了两个环绕效果扬声器，形成环绕四周的更为动人的声场效果。

Lt和Rt信息分成两路，一路加到杜比环绕声处理器产生左L、C、R信号；另一路信号加到一个减法器电路中，得到一个具有环绕声信息的L-R信号。通过杜比环绕声解码器解码后的L、C和R信号也分为两路，一路作为主信号，直接送出了系统，分别加到这三个声道的功率放大器电路中进行功率放大；另一路送入一个加法器，得到具有临场感信息的信号L＋C＋R，这一信号与来自L－R电路的环绕声信号分别加到DSP中各自的处理电路中。

图6-10雅马哈DSP系统方框图在DSP系统中，分别设有两个四声道DSP电路，分别对临场感信号和环绕声信号进行处理。临场感信号L＋C＋R加到临场声四声道DSP电路中，得到四个信号FL(左前方声道信号)、FR(右前方声道信号)、SL(左环绕信号)和SR(右环绕信号)，并将这四个信号送入混合器。代表环绕信息的环绕信号加到环绕声四声道DSP电路中，经过DSP电路处理也得到FL、FR、SL和SR四个信号，也加到混合器中，与临场处理电路输出的四个声道信号合并，最后输出FL、FR、SL和SR四个声道信号。并送出DSP系统，加到四个声道功率放大器电路中进行功率放大，与L、C、R三个声道的功率放大一起构成了一个运用DSP运算后的精密声场。雅马哈DSP系统与杜比环绕声系统是截然不同的两种方式，这不仅表现在它们所用的原理和技术不同，而且音箱的布置也有所不同。DSP能根据听音环境的特点，相应调整各类直达声、反射声的强弱，添加混响时间，模拟出数十种声场效果。这些功能对听音环境不甚理想的家庭来说是十分实用、方便的。不过，由于杜比环绕声系统获得了广泛的应用，所以不少带有环绕声解码器的AV放大器都将杜比环绕声系统和DSP系统组合在一个机器内。

3.DTS数字影院系统

DTS(DigitalTheatreSystem)，即数字影院系统，是一种对多声道音频信号采用压缩编码技术的声频制式，将6路(5.1声道)甚至9路(8.1声道)的数码声迹同规定的时间码同步，直接录制在各种传输媒体上的技术。

DTS和数字杜比环绕声AC-3在许多方面相类似，二者之间的对比如表6-3所示。表6-3DTS和数字杜比环绕声AC-3对比DTS系统也可采用5.1声道，各声道音箱的摆位与杜比AC-3相同。DTS系统中前方三个声道(左、中、右)的频率响应为20Hz～20kHz，左环绕和右环绕声道的频率响应为80Hz~20kHz。DTS系统在对环绕声频率响应方面的考虑与杜比AC-3不同，杜比AC-3的环绕声道是全频域的，而DTS系统下限为80Hz，这样做的目的是为了减少环绕声道的压力，可降低对环绕声道放大器和音箱的要求，以达到降低系统成本的目的。DTS系统中并不是将80Hz以下的环绕声信息去除，而是将这部分环绕声信息取出加到超低音声道中，这样做的理论依据是低音信息的方向性很弱。DTS系统中的超低音声道频率响应为20~80Hz，上限频率要比杜比AC-3低。

DTS的重放基本上和杜比数字相同。由于DTS出现较晚，开始时与之对应的机器较少，随着DTS电影的增加，DVD播放机和放大器都有了这种功能，DTS已经是和杜比数字环绕系统并存的格式，已得到DVD的认可。图6-11DTS和杜比数字环绕系统并存格式电路

4.THX环绕声系统

THX是汤姆利森·赫尔曼实验(TomlisonHolman’sExperiment)的英文缩写，它是由美国音响工程师TomlisonHolman通过对电影音响效果制作的全过程和电影院的声学特点的全面研究，总结出的一套有严格要求的规格和标准，并称为家庭THX系统。

THX是针对独立六声道宽银幕立体声影院制定的，其目的是通过技术手段来弥补不同场所的不同重放效果，使之与影片录音专用的THX工作影院的效果相同。THX是建立在杜比专业逻辑基础上的一种后处理系统。在THX系统中，前置控制器是其重要组成部分，又称THX控制中心，如图6-12所示。在内置的杜比专业逻辑电路从双声道信号中还原出左、中、右及环绕声道信号后，THX电路再进行一些处理，然后还原出六个声道的信号供后续功放使用。THX系统采用几个关键电路，在声音的平衡、环绕声立体化和改善音色等方面作了重要改进。

图6-12THX原理方框图

1)再均衡电路(Re-EqualizerCircuit)

在THX电影院中，由于空间较大，人耳对高频反应相对较差，所以高频信号在影片制作声轨处理中被提升，而在面积较小的家庭中，这样的高频效果会过于强烈，故设置再均衡电路以削去一部分高频，重新恢复声音的平衡。

2)去相关电路(De-CorrelationCircuit)

在THX电影院中，为了在宽广空间得到均匀的环绕声声场，在左右墙和后墙布置很多环绕声扬声器，以实现包围观众的均匀环绕声场。为了在家庭实现同样环绕声场，就需要通过信号处理电路和环绕声扬声器的特殊指向性来达到。为此，THX先将原为单声道的环绕声道信号，利用去相关方法使左右环绕声道信号产生不同的变化，从而使环绕声道立体声化，以实现具有扩展感的自然的环绕声场。

3)环绕声音色匹配电路(SurroundTimbreMatchingCircuit)

诸如飞机从银幕前面飞向听者头上和后方的场面，要求从银幕前面扬声器到环绕声扬声器所听到的声音是一样的。但是，在家庭影院中，以直达声为主的前方扬声器和以包围听者的扩散声为主的环绕声扬声器两者的声场音质不同，从而在听感上产生音色差，为此在THX控制器中设置音色补偿电路来进行重新匹配，以保持音色一致。

总之，THX系统在上述三方面作了重要改进，一是再均衡，因家庭空间较小，拉下一点高频，听起来会较顺耳；二是主音箱与环绕音箱音色匹配，听起来声音连贯性好；三是两个环绕音箱不会影响视听者观看前面屏幕，让声音包围而不是指向视听者。

THX控制器的工作过程：从影碟机等送来的声音信号输入THX解码电路后，首先经过输入电平平衡控制电路，将音源信号电平重新调整平衡，以利后续电路工作。然后进入杜比专业逻辑电路进行解码，解出左、中、右和环绕四个声道信号。其中左、中、右三路前方信号经过电子分频器，将超低音滤出并直接送至输出电平控制电路，而输出的左、中、右三声道继续送入再均衡电路，去掉一些加强的高频，然后再进入输出电平控制电路。单声道的环绕声道信号则先进入去相关电路并模拟立体声化，以增强环绕声的宽广感，然后进入音色匹配电路，对环绕声进行音质补偿，使它与前方声道的声音在音色上保持一致，使整个声场保持连贯。最后，所有信号再通过输出电平控制电路调整后，输出左、中、右、超低音、环绕左、环绕右六个声道的信号，送往六声道功率放大器。

在THX家庭影院中，为保证前面声像定位的统一，左、中、右三路音箱型号是一致的，在设计上一般为二分频结构音箱，音箱的水平指向性宽广，而垂直指向性狭窄，以减少地面和天花板的反射，改善声音因反射过强而产生的音色差异，有利于提高语言放音的清晰度。家用THX环绕音箱安置在聆听者左右两侧墙上，为了与前方音箱保持音色良好一致，故环绕音箱中的扬声器单元使用与前方音箱相同的单元，并做成二分频四单元结构，对分置于音箱正反面，以形成8字形的指向性。这样，环绕声向前后辐射，并经墙壁反射而扩散开来，再传到听者耳中，声音定位被削弱，空间感更好。它与THX控制器中的去相关电路相配合使用，可形成十分自然的包围听者的环绕声场。

由于电影的低音效果相当重要，故需专用超低音音箱来重放80Hz以下的超低音信号。超低音的指向性差，故其音箱摆位一般无甚要求。超低音音箱一般为l至2个。若为2箱，一般放置在前置左、右音箱的下方或旁边。

由上述分析可见，THX与杜比专业逻辑方式相比，主要差别在于环绕声道与低音声道。THX环绕声道为模拟双声道形式，并比杜比专业逻辑方式更侧重于低音效果的营造与修饰，并特设超低音声道，以加强20~200Hz间低音信号的再现力度。

根据THX标准构成的THX家庭影院系统，应达到如下六个标准：

(1)人声对白分明，层次清楚。

(2)声像定位准确，图像与声音的一致性好。

(3)环绕声场均匀，与前方声道的音色匹配一致。

(4)环绕声的频率响应平直，前方声道低频可达20Hz。

(5)足够大的动态范围，低失真，一般要求声压级可达105dB。

(6)平滑的声像移动感。

为达到其标准，THX还对家庭影院的建筑声学条件提出了严格的要求。

5.SRS-3D系统

SRS(SoundRetrievalSystem，即音响复现系统)，它是根据人的生理和心理听觉效应，对音频信号进行相位处理和频率补偿，重现真实的现场立体感。

1)SRS-3D系统的组成

图6-13所示为SRS-3D系统的电路结构框图，它主要包括反相器、多路滤波器、加法器等电路。

在SRS技术中，为了补偿话筒频率响应与人耳频率响应差异，利用多路滤波器将滤波后携带SRS信息的信号调制在普通双声道信号中，从而重现3D立体声场。

图6-13SRS环绕声处理器方框图

2)SRS-3D系统的工作原理

SRS技术通过电路处理，引入L＋R和信号(包括对话、歌声或独奏等)的中置信号，还有L－R和R－L(包反射声、回声、细微的环境声等)互差信号，并根据人耳感觉反射声特定的频响曲线，对互差信号进行频率补偿，然后加入到R、L主信号中，以此加强环境效果，实现三维音效。

输入到SRS处理器的L、R信号在RP2上混合达到L＋R，放大n倍后得到n(L＋R)信号经RP2动片输出，通过控制L＋R信号的大小，可控制中间声场中对话声的大小，再分别加到两个加法器中，与L、R直达信号相加，这样反映中间声场的信息(对话等)便被叠加到了左、右声道信号之中。

对差信号的提取和处理要复杂得多。首先，R信号加到反相器中，得到－R信号，然后在RP1上与L信号混合，得到互差信号L－R。该信号被送入SRS技术的核心电路多路滤波器中，完成对表征环境声信号的频谱修改，即完成话筒频率响应与人耳频率响应特性不同的补偿。从多路滤波器输出的f(L－R)信号一路直接加到加法器2中，得到含有SRS处理信息的左声道信号，即(1＋n)L＋nR＋f(L－R)信号；另一路经反相器得到－f(L－R)，送入加法器1中，得到含有SRS处理信息的右声道信号，即(1＋n)R＋nL＋f(R－L)信号。

这样，当左声道信号和右声道信号从普通的双声道音箱中重放出来时，人耳就能听到3D的立体声场。

由此可见，SRS处理的是模拟音频信号，其环绕声场只是一个虚拟声场，是采用2个音箱实现三维立体声的仿真系统。其中央声场的声像定位与环绕声场的效果必须通过电位器用手动的方式调节，因此无法产生杜比、THX、DTS系统的真实效果。6.2.2电声器件

1．传声器

1)传声器的作用与技术指标

传声器(Microphone)又称话筒或麦克风，是一种将声能转换成电能的电声器件。传声器的主要技术指标有输出阻抗、频率响应、灵敏度、动态范围和指向性等。

(1) 输出阻抗。输出阻抗是指传声器输出端的交流阻抗，通常为在频率为1kHz、声压为1Pa条件下的测量值。将输出阻抗在200Ω~2kΩ的传声器称为低阻传声器，输出阻抗在2~20kΩ的传声器称为高阻传声器。舞台演出等专业用高质量传声器基本上都采用200Ω低阻传声器。

(2)频率响应。频率响应是指传声器在一恒定声压下，对应声源轴向(0°)的不同信号频率时所测得的输出电压，或称为频率响应范围。普通传声器的频率响应范围一般为100Hz~15kHz，高性能传声器的频率响应范围为30Hz~20kHz。

(3)灵敏度。灵敏度是指传声器在频率为1kHz的恒定声压作用下与声源正向(即声源入射角为0°)时所测得的开路输出电压。习惯上取在1μbar(微巴)声压下的输出电压值做为传声器灵敏度。

(4)指向性。指向性是指传声器的灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。通常把传声器的指向性分为无指向性、双向性(8字形)、心形、锐心形和超心形等几种。

(5)动态范围。动态范围是指传声器在谐波失真为某一规定值(一般规定小于0.5%)时所承受的最大声压级与传声器的等效噪声级之差值。高保真传声器的最大声压级在谐波失真小于0.5%时，可达120dB。

2)传声器的分类与结构原理

传声器的种类很多，按照换能原理常用的传声器有电动式、电容式、压电式和驻极体式等几种。另外还有一些特色类型的传声器，例如无线传声器、钮扣传声器、界面传声器、枪式传声器、水中传声器等。

(1)电动式传声器。电动式传声器是根据电磁感应原理制成的。当它接收声波时，可使处在磁场中的导体运动而产生电动势，从而把声信号转换成为电信号。

动圈式传声器是最为典型的电动式传声器，其内部结构如图6-14所示。

图6-14动圈式传声器内部结构动圈式传声器的音圈处在磁铁的磁场中，当声波作用在音膜使其产生振动时，音膜便带动音圈相应振动，使音圈切割磁力线而产生感应电压，从而完成声—电转换。由于音圈的阻数很少，它的阻抗很低，阻抗匹配变压器的作用就是用来改变传声器的阻抗，以便与放大器的输入阻抗相匹配。

动圈式传声器的输出阻抗分高阻和低阻两种，高阻抗的输出阻抗一般为1000~2000Ω，低阻抗的输出阻抗为200~600Ω。动圈式传声器的频率响应一般为200~5000Hz，质量高的可达30~18000Hz。电动式传声器具有结构简单、性能稳定、噪声电平低、寿命长、价格便宜等特点，具有单向指向性，适用于语言、音乐扩音和录音。但其瞬态响应和高频特性不如电容式传声器好。

图6-15电容式传声器的内部结构

(2)电容式传声器。电容式传声器是一种利用电容量变化而引起声电转换作用的传声器，其内部结构如图6-15所示。

电容式传声器由一个振动膜片和固定电极组成的一个间距很小的可变电容器。当膜片在声波作用下产生振动时，振动膜片与固定电极间的距离便发生变化，引起电容量的变化。如果在电容器的两端有一个负载电阻R及直流极化电压E。则电容量随声波变化时，在R的两端就会产生交变的音频电压。电容式传声器的输出阻抗呈容性，因为电容量小，所以低频时容抗会很大。为保证低频的灵敏度，应有一个输入阻抗大于或等于传声器输出阻抗的阻抗变换器与其相连，经阻抗变换后，再用传输线与放大器相连。这个阻抗变换器一般采用场效应管。

电容式传声器具有灵敏度高、输出功率大、频率响应平坦、瞬态特性好等优点，但要使用电源，其制造工艺复杂、成本较高，一般应用在对音质要求较高的语言及音乐播送场合。

(3)驻极体电容传声器。驻极体电容传声器是一种电容传声器，由声电转换和阻抗转换两部分组成，如图6-16所示。驻极体是一种永久荷电体，声电转换部分的关键元件是驻极体振动膜，它是一个极净的塑料膜片，在它上面蒸发一层纯金薄膜，然后经高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外与金属外壳相连通，膜片的另一面用薄的绝缘垫圈隔开，这样蒸金膜面与金属极板之间就形成了一个电容器。阻抗转换部分由场效应管担任，它的主要作用就是把几十兆欧的阻抗转变为与放大器匹配的阻抗。

图6-16驻极体电容传声器内部结构驻极体传声器的工作原理是，当声波使驻极体膜片振动时，膜片蒸镀金属膜与金属极板间形成的电容的电场发生相应变化，产生随声波变化的音频电信号，该信号通过场效应管输出。

驻极体传声器具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低廉等优点，广泛应用于盒式收录机、电话机、无线话筒及声控电路中。由于电容式传声器内部有预放大器，因此在正常工作时需要两组电源：一组为预放大器的电源(约1.5~3V)，另一组为电容极头的极化电压源(约48V)。在新型调音台中普遍采用幻像供电方式，即利用电缆内两根音频芯线作为直流电路的其中一路芯线，利用电缆的屏蔽层作为直流供电的另一根芯线，由调音台向电容传声器供电。

对驻极体电容传声器进行供电时则不需要极化电压，只需要向预放大器供电即可。

3)传声器的选用与质量检测

在不同的使用场合对声音质量的要求也不同，应该结合各种传声器的特点，综合考虑选用相应的传声器。例如，高质量的录音和播音时，对音质要求很高，应选用电容式传声器、铝带传声器或高级动圈式传声器；作一般扩音时，选用普通动圈式传声器即可；当讲话人位置不时移动或讲话时与扩音机距离较大，如卡拉OK演唱时，应选用单方向性、灵敏度较低的传声器，以减小杂音干扰等。在传声器选用过程中应注意如下几个方面的问题：

(1)阻抗匹配。在使用传用器时，传声器的输出阻抗与放大器的输入阻抗二者相同是最佳的匹配，如果失配比在3∶1以上，则会影响传输效果。例如把50Ω传声器接至输入阻抗为150Ω放大器时，虽然输出可增加近7dB，但高低频的声音都会受到明显的损失。

(2)连接线。传声器的输出电压很低，为了免受损失和干扰，连接线必须尽量短，高质量的传声器应选择双芯绞合金属隔离线，一般传声器可采用单芯金属隔离线。高阻抗式传声器传输线长度不宜超过5m，否则高音将显著损失。低阻传声器的连线可延长至30~50m。

(3)工作距离与近讲效应。通常，传声器与嘴之间的工作距离在30~40cm为宜，工作距离太远，则回响增加，噪音相对增长；工作距离过近，会因信号过强而失真，低频声过重而影响语言的清晰度。这是因为指向性传声器存在着“近讲效应”，即近距离播讲时，低频声会得到明显的提高。

(4)声源与话筒之间的角度。每个话筒都有它的有效角度，一般声源应对准话筒中心线，两者间偏角越大，高音损失越大。有时使用话筒时，带有“隆嘤”的声音，这时把话筒偏转一些角度，就可减轻一些。

(5)话筒位置和高度。在扩音时，话筒不要靠近扬声器放置或对准扬声器，否则会引起啸叫。话筒放置的高度应依声源高度而定，如果是一个人讲话或几个人演唱，话筒的高度应与演唱者口部一致；当人数众多时，话筒应选择平均高度放置，并适当调配演唱者和伴奏以及乐队中各种乐器的位置，勿使响的过响，轻的过轻，而且要使全部声响都在话筒有效角度以内。如果有领唱或领奏，必要时，应放置专用话筒。在需要几个话筒同时使用时，可采取并联接法，但必须注意几个话筒的相位问题。相位一致时才能互相并联，否则将互相干扰，使输出减小，失真。不同型号和不同阻抗的话筒，不宜并联使用，因为高阻抗话筒“短路”，使输出电压降到很低。通常状况下，话筒直接并联使用，其效果不如单只话筒。

如果同时用几个话筒供一个人讲演使用，而不是分开几个地方作不同用途，那么话筒还是选择同一型号为宜。否则，由于演讲者的走动或角度改变，会改变讲话的音调。

另外，在使用无线传声器时也应注意以下几个方面的问题：①选择安放接收器的位置，要使其避开“死点”。

②接收时，调整接收天线的角度，调准频率，调好音量使其处在最佳状态。

③无线传声器的天线应自然下垂，露出衣外。

④防止电池极性接反，使用完毕，将电池及时取出。

对传声器的质量检测主要是直观检查和用万用表检测。通过直观检查法可以看出传声器的引线是否有开路故障；用万用表检测法一方面可以测量传声器的输出阻抗大小，另一方面还可以直接通过测量传声器输出的交流信号有无、大小来判断传声器的质量。

2．耳机

1)耳机的分类

耳机是将电能转换为声能的换能器件，主要用于自己聆听而不致影响他人，适用于嘈杂的环境中。大多数耳机只需少量的功率(50~300mW)就能产生很强的声音。立体声耳机可以更好地再现音乐立体感，优质立体声耳机的放声音质已明显超过了扬声器的放声效果。

耳机有多种分类方法，例如：

按对声音的封闭程度可分为密闭式、开放式和半开放式。按阻抗高低可分为低阻式(8~10Ω)、中阻式(20~50Ω)和高阻式(600~2000Ω)。

按佩戴方式可分为头戴式(简称耳机)和插入式(简称耳塞机、耳筒机或导管耳机)。

按换能方式可分为电动式、静电式、电动—静电式、驻极体式、高分子压电式等。

不同类型的耳机其特点也各不相同，例如电动式耳机具有灵敏度高、高频特性较好、振膜位移大、可承受较大的功率等优点，它的输入阻抗较低，不需进行阻抗变换，但它的低频特性稍差。

2)耳机的性能要求

耳机的最大优势是适合对立体声的聆听，聆听环境对它的影响很小，聆听自由度和人性化程度很高。因此，对高保真重放耳机，除要求其具有重放质量好、抗干扰性能强、瞬态特性好、重量轻、性价比高外，还必须满足如下基本要求：

(1)输出声压频率特性在宽频率范围内应是平直的，要求有50Hz~10kHz范围内±3dB的特性。

(2)最大输出声压级要高，失真度要小。其中最大输出声压级应在110~115dB，这时的谐波失真应不大于5％，而且只需输入很小的功率(如100mW左右)就可以得到很高的声压。

(3)音量可以由自己选择，不受外界限制。

(4)左右耳机单元的特性差要小。要求在50Hz~10kHz范围内不一致性不大于2dB。

3)耳机的结构和工作特性

耳机的种类虽然很多，但结构基本相同，主要由扬声器、吸声垫、保护罩、耳垫、头带、耳机插头和外壳等主要部件组成。

扬声器是耳机放音的基本驱动单元，它的质量决定了耳机的频率响应、灵敏度、失真度等特性指标。耳垫是耳机的重要组成部分，其作用是利用头带的压力将左右两个耳机单元与人耳相接触，防止低声频的频率特性下降，防止外部噪声侵入。常用的耳垫有两种，一是压在耳壳上使用的耳垫，二是将人耳全部包围起来使用的耳罩。

头带一般是成型的不锈钢带，其作用是提供合适的压力将耳机贴在人耳上，另外还可以调节其长短以适合佩戴。

吸声垫一般是毛毡材料，主要作用是阻止后声波引起的“声短路”现象。

耳机插头可分为立体声和单声道两种，其作用是实现与驱动电路的连接和信号的有效传输。

3．扬声器

1)扬声器的作用与性能指标

扬声器是实现电/声换能的核心器件，俗称“喇叭”。它是一种将音频电信号转换成声音的元件，即将音响设备的功率放大器输出的音频信号加在扬声器(音圈)上，使其振动膜振动，从而推动空气发声，并以声波方式辐射出去。

扬声器的性能要求主要有频率响应、灵敏度、额定功率、非线性失真等。

(1)频率响应。扬声器的频率响应是指在重放时所能达到的频率范围，一般要求在频响范围内的不平坦度小于10dB。一般振膜的直径越大，重放的低频效果越好。

(2)标称阻抗。扬声器的标称阻抗又称为额定阻抗，其实就是音圈的阻抗，它随信号频率的变化而变化，所以是非线性的。扬声器标注的阻抗通常用1kHz(口径小于90mm)或400Hz(口径大于90mm)的测试信号进行测量，一般有4Ω、8Ω、16Ω、32Ω等几种。音圈的直流电阻小于标称阻抗，约为0.8~0.9倍。

(3)灵敏度。灵敏度是表示扬声器电/声转换的效率，是指在给扬声器输入额定频率为1W的电功率时，在参考轴上离参考点1m处产生的声压值。灵敏度越高，扬声器对音频信号中的细节响应越明显，即保真性越好。一般要求灵敏度应大于85dB/W。

(4)额定功率。额定功率即为标称功率。它表示扬声器在长时间(国际规定为100h)工作时允许承受的输入功率。扬声器的标称功率是允许输入最大功率的1/3～1/2左右。

(5)非线性失真。非线性失真指扬声器在放音时出现了输入信号中没有的频率成分。非线性失真包括谐波失真、互调失真和瞬态失真等。目前主要考虑谐波失真，一般要求失真系数不大于1%~2%。

(6)指向性。指向性就是扬声器在不同方向上的声辐射特性。通常，工作频率越高，指向特性越窄。另外，扬声器的口径越大，指向特性越窄。

2)扬声器的分类

扬声器的分类有多种方式，例如：

按换能的方式可分为电动(动圈)式、电磁式、静电式、压电式、数字式等。

按工作的频带可分为高频扬声器(最佳工作频率高于5kHz)、中频扬声器(最佳工作频率300Hz~5kHz)、低频扬声器(最佳工作频率低于120Hz)及全频扬声器(最佳工作频率55Hz~16kHz)。

按扬声器振膜的形状可分为锥形、球顶形及平板形扬声器。按扬声器振动膜(盆)的制作材料可分为纸盆、碳纤维盆、PP盆、玻璃纤维盆、防弹布盆、钛膜及丝绸扬声器。

按扬声器膜边缘使用的材料可分为纸边、布边、橡皮边及泡沫边扬声器。

按采用的磁性材料可分为永磁(铝镍钴合金)和恒磁(钡铁氧体)扬声器。

在目前的家用音响设备和专业音响设备中，主要使用的是电动式扬声器。

3)扬声器的结构与工作原理

(1)电动式扬声器。电动式扬声器又称为“动圈式扬声器”，主要由振动系统、磁路系统和支撑辅助系统三大部分组成，其结构如图6-17所示。

图6-17电动式扬声器的结构振动系统由音圈、锥盆(振膜)、定位支片等组成；磁路系统由磁体、上导磁夹板、下导磁夹板、导磁柱组成；支撑辅助系统由盆架、折环、防尘罩等组成，起着连接、支持和固定的作用。

锥盆通常呈圆锥形或椭圆锥形，厚度为0.1~0.5mm。中心部分与可运动的音圈连接，音圈的圈数通常有数十圈，处在磁路的磁缝隙间。支持锥盆的是锥盆外缘的折环，支持音圈的是中心部分的定位支片，锥盆和音圈只能沿轴向运动。当处于磁隙中的音圈流过电流时，音圈就受到一个与磁力线相切方向的力的作用，若通过音圈的电流为正弦变化的音频电流，则音圈就受到一个大小与音圈电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力，从而产生振动，则锥盆在音圈的带动下随之产生振动，使周围的气压产生变化，从而向周围空间幅射声波，实现了电/声能量之间的转换。

(2)球顶式扬声器。球顶型扬声器的结构和工作原理与电动式扬声器类似，但它的振膜为半球形，这样对加宽声音辐射面有利，从而使扬声器的指向性变宽。球顶振膜与音圈直接相连，不需要定芯等装置，通常作为中、高音扬声器使用，但其效率一般较低。

(3)压电扬声器。压电(陶瓷)扬声器是利用压电材料的逆效应工作的扬声器。当音频电压加在压电片上时，压电片遵循“反压电效应”而产生机械形变，机械形变的规律与音频电压相对应。压电片的机械形变推动振膜作相应的振动，从而将声音向空中辐射。

压电扬声器的灵敏度主要依赖于压电陶瓷片的机电转换系数，频响一般为300~400Hz。它是目前生产最方便，价格最便宜的一种扬声器。

4．分频器

1)分频器的作用与特点

高保真放声的频率范围一般要求为40Hz~16kHz，很难使用单只扬声器重放整个频率范围的声音。因此，高保真扬声器系统通常采用几只扬声器单元的组合方式，每只扬声器单元工作在不同频率范围以给出均匀的频率特性和指向特性。将扬声器系统的整个频率范围划分成几个频带的工作依靠分频器来完成。所以，通常所谓的扬声器系统是指两只或多只扬声器、分频器及音箱体的组合。分频器的作用主要有两个：一是把放大器输出的全频带音频信号分成几段，然后加到相应的低、中、高音扬声器去，使各扬声器都工作在它们性能最好的频段上；二是对整个音箱系统的声压频率特性、相位特性和阻抗特性等进行微调。

另外，由于一般中、高频扬声器的振膜及振动系统都是以高频、小振幅来设计的，当受到低频大信号激励时，振膜将产生很大的振幅，从而产生过荷失真，严重时会使扬声器损坏。加入分频器后，可使低声频加不到高音扬声器去，所以分频器相当于对中、高音扬声器单元还起到了保护作用。

2)分频器的分类与工作原理

分频器按设置位置的不同可分为电压分频和功率分频两种。

电压分频又称电子分频或前级分频，是指将分频网络设置在前置电压放大器与功率放大器之间的一种有源分频方式。此方式将前置电压放大器的输出信号先分频，然后分别送入独立的功率放大器，完成功率驱动，最后送入各自的音箱。由于前级电流较小，故可用小功率的RC有源滤波器来实现分频控制，其分频效果可以做得很好。但是需采用独立的功放级，使成本增高幅度较大，所以一般在特别要求高质量的放声系统才使用。功率分频又称后级分频，属于无源分频。它是指将分频网络设置在功率放大器与扬声器之间，将功率放大器输出的信号分频后，按不同频段分配给各扬声器。功率分频一般由LC无源网络组成，方法简单、成本低，而且便于与音箱装在一起，获得广泛的应用。其缺点是分频网络要承受加到扬声器的大功率和大电流，要用较大体积的电感；而且由于它的参数与扬声器的阻抗有直接关系，而扬声器阻抗属于非线性阻抗，又是频率的函数，与标准值偏离较大，因此调整较难，误差较大。按衰减率的不同，分频器可分为－6dB/倍频程、－12dB/倍频程和－18dB/倍频程三种，与此对应的每路元件数分别为一个、二个和三个LC元件。由于－18dB衰减率的分频器衰减率大，分频虽然较为彻底，音质较好，但使用元件数多，调整麻烦，一般高档机应用较多。在实际应用中，常用的是－6dB和－12dB衰减率的分频器。

按频段的不同，分频器可分为二分频、三分频两种。所谓二分频，即分为低频和中高频两个频段，三分频则分为低、中、高三个频段。不论是二分频还是三分频，都要求相邻两个滤波器的特性曲线在截止频率处(－3dB处)相交，交点称为分频点。二分频的分频点为1600Hz，三分频的分频点为800Hz及6400Hz。实际中，分频点的选取还是要根据使用场合和扬声器单元的不同而设置的。三分频点的设置，一般低频在400~900Hz之间，中高频在3500~6000Hz之间。对于两分频网络，考虑到适当减小高音扬声器的输入功率以及改善高音重放质量，可适当将分频频率选高一些，通常可取2000～5000Hz左右。

此外，分频器还可按连接方式分为串联式和并联式两种。

3)常用分频网络的电路形式

分频网络通常是由电感L和电容C构成的高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器组成。其中，高通滤波器(HPF)只让高于某一频率的信号通过；低通滤波器(LPF)只让低于某一频率的信号通过；带通滤波器(BPF)只允许某两个频率之间的信号通过。由于电感线圈L具有通低频阻高频的特点，而电容C则具有通高频阻低频的特点信号，因此把L和C组合起来就可以构成各种分频网络。通常，在使用L、C组成构成分频网络时，使用一个L、C元件时具有－6dB/倍频程的特性，称为一阶分频器；使用两个L、C元件时，具有－12dB/倍频程的特性，称为二阶分频器。

图6-18一阶分频网络电路图图6-18为常用的一阶分频网络电路图。其中，图6-18(a)为并联式一阶二分频网络，由电感与低音扬声器串联构成低通滤波器，使低音扬声器中只有低频信号，电容与高音扬声器串联构成高通滤波器，使高音扬声器中只有高频信号。通过合理选择L、C的大小可获得对应的分频点。图6-18(b)为串联式一阶二分频网络，由于电感元件“通低频、阻高频”和电容元件“通高频、阻低频”的特性，因此可由电感L与低音扬声器构成低频信号通路，由电容C与高音扬声器构成高频信号通路。同样的原理，若在原有的高通滤波器与低通滤波器之间增加一个由LC串联或并联组成的带通滤波器，便可构成图6-18(c)、(d)所示的一阶三分频网络。

一阶分频网络具有电路结构简单、在相同分频频率下电感量小、损耗小等优点。但在有效频率范围以外的频率信号进入扬声器单元后会使声音明显失真，因此只在要求不高的场合获得应用。

图6-19为常用二阶分频网络的电路图，其中图6-19(a)、(b)为二阶二分频网络，网中的低通滤波器和高通滤波器各由L和C组成，每个滤波器均使用两个电抗元件。图6-19(c)、(d)为二阶三分频网络。

图6-19二阶分频网络电路图

4)电感和电容值的估算

现以－12dB/倍频程(－6dB降低点交叉)的分频网络为例，说明电感和电容值的估算。在图6-19的HPF分频器中，L和C为高通滤波器，后接高音扬声器；在LPF分频器中，L和C