一种减法式电子四分频音响电路及方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明涉及通信技术和电子电路及级前分频的音响系统，具体来说是采用减法方式设计的电子四分频音响电路及方法。
[【背景技术】]
[0002]人们用示波器或仿真软件观察，频率相差达4倍的两个振幅相同都等于A的正弦波信号，组合后的振幅将等于2A ;如果复合信号里有高低频率分别相差达4倍的N个振幅相同都等于A的正弦波信号，组合叠加的振幅将等于NA ;而在常用的20Hz?14KHz的声频范围里，按照5倍频关系可将它划分为4个区间，依次为20Hz?110Hz、110Hz?550KHz、550Hz?2750Hz、2750Hz?14KHz ;当把声频信号分解为上述4个区间段各用I个功率放大器分别将4个声频信号放大输出，若在在这四个区间里各有一个相邻频率相差超过4倍的声频信号，例如分别是60取、300取、1500取、7500取，在各个声频信号振幅相同的状况下每个功率放大器的输出功率都等于P，共用4个放大器，总的输出功率等于4P ;若只用I个功率放大器把振幅相同的4个组合声频信号放大输出，由于组合信号振幅已达到单个频率信号振幅的4倍，这个放大器的输出功率须达到16P，其中的12P属于无效功率，不仅严重加大了对功率放大器的输出功率要求，还成为妨碍喇叭安全工作的危害因素。故此，级后分频音响系统以全频单喇叭工作的重放状况最糟糕；即便采用高、中、低三只喇叭组合工作，也得使用输出功率比级前分频总的功率大2倍的功率放大器，其中2/3的输出功率被连在喇叭前的电容与电感分频电路所占去，其音质才勉强能与级前三分频音响系统抗衡。
[0003]实际对比表明，即便都是级前分频，电子四分频音响系统也明显比电子三分频音响系统表现得更好，原因就在于电子三分频的低音喇叭要承担四分频中的低音和超低音两只喇叭分担的工作任务。须知，一只喇叭要把频率相差达到4倍以上的两个声音振动还原出来，一方面高声频振动会使喇叭振动盆不能以顺畅方式播放低声频，另一方面低声频振动又使喇叭振动盆在偏离平衡位置的状况下播放高声频，高声频会出现较大的非线性失真和被低音频振动调制产生的多普勒效应频率变化失真。于是将使还原的低声频软弱乏力，高声频杂乱不纯。要获得较好的低音力度，电子三分频音响系统须要将80Hz以下低音量相对于中高音提升I?2倍，由于这会进一步加大重放出来中低音失真，只能在音量不大的情况下能够接受。而电子四分频音响系统在不提升低音的状况下已经有比电子三分频音响系统更好的低音力度表现，同时中低音也明显清晰干净，故此电子四分频音响系统可以在整体音量比电子三分频音响系统明显响二倍的情况下接受。我们以2KHz作为高低音分界点，中高声频的变化范围仅为10倍，中低声频的变化范围却是100倍。鉴于超过14KHz的高声频成分极少，把中高声频分成2个区间已能满足良好播放要求。但在中低声频段，必须把20Hz?2KHz分成3个区间才能满足良好播放要求。考虑到大量实际应用场合不能摆放较大体积的音箱，对10Hz以下声频还原要求不高，因而可以根据需求把中低声频分为2个区间制作成四分频音响系统。简言之，电子四分频音响系统乃是最起码的高保真播放要求。但由于电子四分频电路比电子三分频电路的设计难度要大得多，以及尚存在怎么把功放输出的背景噪声电压有效值做小到ImV内的技术难题，才导致迄今为止已经生产上市的普及型音响几乎都停留在二分频状态，连电子三分频音响系统都极少能批量生产出来销售。
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【发明内容】
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[0004]本发明的目的正是要解决电子四分频电路的设计困难，和克服功放输出的背景噪声电压有效值做小到ImV内的技术难题，特采用减法方式来获得中音、低音二个通道，使曾经让人们感到望而生畏的电子四分频音响系统能轻易地设计制作出来普及推广。
[0005]为了实现上述目的，设计一种减法式电子四分频音响电路，输入信号input首先经过Cl、Rl进入由ICl和C2、R2、R3、R4构成的放大器，其中:C1起隔离直流通过交流信号作用，须采用无极性电容，容量为4.7 μ?10 μ ;R1与C2构成简单RC—阶低通滤波电路，C2将输入信号中的超声频信号衰减掉，Rl取值为470 Ω，C2取值为1000P ；R2是连接ICl正输入端到中点的电阻，取值约47K ；R3是连接ICl负输入端到中点的电阻，取值为IK?2.2K ;R4是连接在ICl输出端到负输入端之间的负反馈电阻，取值为在15K内；由R4和R3的比值确定出ICl的放大倍数，根据需要设定在5?15倍之间，经ICl放大输出的信号分成三路，一路进到由IC2和C3、C4、R5、R6构成的二阶高通有源滤波电路输出为高音H通道信号；一路进到由IC4和C5、C6、R7、R8构成的二阶低通有源滤波电路；一路经过Rll进入由IC3和R9、R10、Rll、R12、R29构成的差动放大电路负输入端，与从IC2、IC4输出分别经过R9、RlO进入IC3的正输入端的信号进行减法运算，从而得到中音输出M通道信号；其中R12为连接在IC3输出端到负输入端之间的负反馈电阻，改变其阻值可改变从IC3输出的M通道信号幅度；R29是连接IC4正输入端到中点的电阻，取值与Rll相同都取为1K ；R9与RlO的阻值，取为3.3k，从IC4输出的信号再分为三路，一路经过RlO进入IC3的正输入端，一路进入由IC5和R13、R14、C7、C8构成的二阶低通有源滤波电路，一路经过R15进入由IC6和R16、R17、R30构成的差动放大电路正输入端；从IC5输出的信号分为二路，一路通过R16进入IC6的负输入端与从IC4输出通过R15进入IC6正输入端的信号进行减法运算从而得到低音输出L通道信号?’从IC5输出的另一路信号先经过由IC7和R18、R19、R20、R21、R22、C9、ClO构成的衰减量为12dB、衰减中心频率约为2kHz的图式衰减电路，再经过由IC8和R23、R24、R25、R26、R27、R28、Cll、C12构成的提升中心频率为20Hz?30Hz的图式提升电路，之后输出超低音W通过信号；在此已固定衰减量或提升量的两段标准图式电路里，R18、R19、R23、R24取值为IM Ω，R20、R25、R28取值为10k，R21取值为100K，R22取值为不大于100 Ω，R26和R27取值根据具体需要确定，要求R26与R27之和等于100K、R26小于R27，C9取 470P，ClO 取 4700P，Cll 取值为 0.022 μ ?0.047 μ，C12 取值为 Cll 的 10 倍，而在 IC2与C3、C4、R5、R6构成的二阶高通有源滤波电路中，IC2负输入端与输出端连通，C3与C4串联接到IC2正输入端，R5从IC2负输入端接到C3和C4的连接端，R6从IC2正输入端接到中点，在IC4和C5、C6、R7、R8构成的二阶低通有源滤波电路里，IC4负输入端与输出端连通，R7与R8串联接到IC4正输入端，C5从IC4负输入端接到R7和R8的连接端，C6从IC4正输入端接到中点，在IC5和R13、R14、C7、C8构成的二阶低通有源滤波电路，IC5负输入端与输出端连通，R13与R14串联接到IC5正输入端，C7从IC5负输入端接到R13和R14的连接端，CS从IC5正输入端接到中点，依照实际使用的喇叭频率特性范围，可将高音通道与中音通道的交接频率在4.5kHz?7.5kHz之间，中音通道与低音通道的交接频率在IkHz?2kHz之间，低音通道与超低音通道的交接频率在150Hz?300Hz之间，相邻通道的交接频率不按照一个相同频率确定，而是根据四个通道信号合成后整体的频幅特性曲线来确定。
[0006]所述的电路的设计制作方法包括以下步骤:
[0007]a)所述的分频电路是把各个区间通道输出的声频信号用加法电路全部相加起来，从高声频通道到低声频通道或相反，相邻频段的输出信号相位相差超过90°更接近180°时，两者接到加法电路输入端前先把其中一个作反相处理，然后用波特图示仪观看整体组