音箱放大电路的设计与制作毕业论文.doc
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1、音箱放大电路的设计与制作 摘 要音响是指除了人的语言、音乐之外的其他声响,包括自然环境的声响、动物的声音、机器工具的音响、人的动作发出的各种声音等。音响大概包括功放、周遍设备(包括压限器、效果器、均衡器、VCD、DVD等)、扬声器(音箱、喇叭)调音台、麦克风、显示设备等等加起来一套。其中,音箱就是声音输出设备、喇叭、低音炮等等。一个音箱里包括高、低、中三种扬声器,三种但不一定就三个。本次设计就是一个基于家用的音响放大设备,具有良好的声音调节系统和多个音源切换系统。关键词:音响 放大器 音源 目 录第一章 音响放大电路的组成511 音源512 前置放大器813 音调控制器81. 4 功率放大器9
2、第二章 设计与说明13第三章 音响放大电路其他相关173. 1音响173. 2 运算放大器18第四章 结论20元件列表21 第一章 音响放大电路的组成音响放大电路的结果框图如下:由图可见,音响放大电路基本上由音源,前置放大器,音调控制器和低频功率放大器组成。 1. 1 音源音源定义1、概要从字面意思理解就是声音的来源,即声音来自何方。它主要把声音完全准确地表现出来。 2、分类分为两种形式,外置式,它不受声卡的制约,声音的质量能很好的保存下来,但是成本要求很高。内置式,也称音源字卡。就是声音的源头,没有音源,用音响系统还原声音也就 无从谈起。 3、两层含义有两层含义,一是指记录声音的载体,只有先
3、把声音记 录在某种载体上,才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来,这些 载体是音响系统中声音的来源,所以叫音源。音源的另一层含义,是指播放音源载体的设备。时间上连续、而且幅度随时间连续变化的讯号称为模拟讯号(例如声波 就是模拟讯号,音响系统中传输的电流、电压讯号也是模拟讯号),记录和处理模拟讯号的音源就是模拟音源,例如磁带/卡座、LP/LP唱机。模拟音源记录和处理的讯号是声音(准确地说应该是从声音转换而来的电讯号)的本来面目,可以直接用传统的放大器放大,处理起来方便直 接;数码音源记录、处理的都是0和1排列组合形成的抽象二进制数据流,非常不直观。声波是模拟的,不能直接为数码音源使用,必然通过
4、转换设备转为数字讯号,才能记录在数码音源载体上。播放时,数码音源 设备读出的数据不能直接由传统的放大器放大,必须先转换为模拟讯号才行。可见,数码音源讯号处理过程要复杂得多。但数码音源优点很突出:信噪比和动态范围远胜模拟音源,讯号经多次复制和多个传输环节后质量不下降,这一点模拟音源无论如何也办不到。音源基础什么是音源?音响系统常用的音源有哪些?顾名思义 ,音源就是声音的源头,没有音源,用音响系统还原声音也就无从谈起。 音源有两层含义,一是指记录声音的载体,只有先把声音记录在某种载体上,才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来,这些载体是音响系统中声音的来源,所以叫音源。常见的音源载体有CD(小型
5、激光唱片)、盒式磁带、LP(密纹唱片)等,现在又出现了DVD-A(音频DVD)、SACD(超级音频CD)等更先进的新型载体。上述载体中,磁带是可以反复录放的,也就是说,使用者可以更改磁带上的内容,而其他载体的讯息由工厂一次性灌制在里面,无法再改变。当然,随着电脑的日益普及,最早为电脑工业设计的CD-R/CD-RW光盘逐渐进入音响领域,用CD-R/CD-RW就可以自己录制讯息,不象CD只有工厂出来的录音成品。 音源的另一层含义,是指播放音源载体的设备。上述CD、盒式磁带、LP唱片等音源载体记录着声音讯息,但必须通过相应的设备才能把讯息读出来,进而以电信号的形式传输给音响系统中的其他设备。播放CD
6、片的设备叫CD机,是目前主流的高性能音源设备之一;录放盒式磁带的设备叫卡座, 当然,以前流行的收录机也能录放磁带,收录机可以看成扩展了功能的卡座增加了收音、功放部分,还自带扬声器,不过收录机磁带录放部分的性能通常远不及卡座,所以我们现在只谈卡座。当然,由于受到CD的冲击,卡座和磁带的影响力已远不如从前了;播放LP唱片的设备叫LP唱机。LP唱片和唱机曾经是音响系统中性能最好、保真度最高的音源,但同样因CD的冲击而走向衰落。今天,只有少数高级LP唱机作为昔日经典继续存活下来,也只有少数对模拟时代满怀留恋的发烧友还在继续使用LP,在绝大多数音响爱好者和普通消费者家里,LP已经消失了。不过,高级LP系
7、统的声音并不一定逊色于当今先进的数码音响,有些资深发烧友甚至认为,顶级LP的声音质感和音乐味是CD无法企及的。对LP可以用一句话来概括:夕阳无限好,只是近黄昏。 什么叫模拟音源和数码音源?主要区别?连续、而且幅度随时间连续变化的讯号称为模拟讯号(例如声波就是模拟讯号,音响系统中传输的电流、电压讯号也是模拟讯号),记录和处理模拟讯号的音源就是模拟音源,例如磁带/卡座、LP/LP唱机;时间上不连续、幅度只有0和1两种变化的讯号称为数字讯号,记录和处理数字讯号的音源叫做数码音源,例如CD/CD机、DVD-A/DVD-A播放机、SACD/SACD播放机等。 模拟音源记录和处理的讯号是声音(准确地说应该
8、是从声音转换而来的电讯号)的本来面目,可以直接用传统的放大器放大,处理起来方便直接; 数码音源记录、处理的都是0和1排列组合形成的抽象二进制数据流,非常不直观。声波是模拟的,不能直接为数码音源使用,必须通过转换设备转为数字讯号,才能记录在数码音源载体上。播放时,数码音源设备读出的数据不能直接由传统的放大器放大,必须先转换为模拟讯号才行。可见,数码音源的讯号处理过程要复杂得多。但数码音源优点很突出:信噪比和动态范围远胜模拟音源,讯号经多次复制和多个传输环节后质量不下降,这一点模拟音源无论如何也办不到。 为何数码音源能有这么出色的性能呢?关键在于数字讯号中只有0、1两种状态,无论外界干扰有多强,只
9、要不影响到对0、1这两种逻辑状态的识别,最后都可以通过整形电路将干扰去除,100%的复原原始讯号。而模拟讯号的讯息就直接承载在幅度变化上,如果受到一点外界干扰,幅度就可能变化,讯息也就失真了,这种讯息的损伤是永久性的,无法再修复。目前有哪些音源?发展到现在,音源大体上分为硬音源与软音源。 所谓硬音源,通常指声卡本身把音色库集成在芯片上,回放时直接播放,基本不占用系统资源(比如CPU)。它的优点是速度快,没有延迟;缺点是不统一,基于A声卡做的MIDI不在A种声卡上播放将大失所望;再有就是价格不一,好的声卡价格高高在上,比如SB LIVE系列。总不能让大家都买块SB LIVE来听你做的MIDI吧。
10、 另一种硬音源是存在一种叫做音源卡上的,这种卡与声卡不同,是专业用来制作MIDI的,它基本上就是一个音色库,有些高级一些的可以回放MIDI和更新音色。优缺点和在硬声卡的基础上,还加上一个就是不是所有人都买一样的音源卡(更不利于交流)。 软音源就是独立于硬件,由软件计算产生声音的回放。它们通常都是基于波表技术,就是把各种音色记录成表格形式,然后根据乐曲进行“查表”,然后进行一些包络等计算,从而实现回放的。 目前的软音源主要有: YAMAHA XG系列:100,100+,50,70等; ROLAND GS系列:VSC32, VSC88等; Jet、WinGroove等。 这些音源都支持自身的MID
11、I标准,MIDI本来是乐器的数字接口,广义上是希望成为各种乐器之间交流的语言,但是事实上它成为了一种不能相互翻译的语言。 MIDI标准目前主要分三种:GM、GS和XG GM是General MIDI的简称。它仅提供最基本的MIDI支持,比如音色选择、音量控制、力度控制、速度控制、声道调整、感情控制、滑音控制、持音控制(相当于钢琴的延音踏板)等。对于一般的MIDI,细心些做,可以做出比较满意的曲子。 但是随着人们对音乐的要求,GM显然有点力不从心了,于是各种新的标准都纷纷出来,一展自己的风范。其中表现出众的就是YAMAHA的XG标准和ROLAND的GS标准(在软音源界中)。 GS音源总体上音色明
12、亮有力,特别是钢琴音色,我特别喜欢,最后出的VSC32的钢琴音色更是完美,令人爱不释手。不过其管乐,比如长笛等就表现得电子味很浓,所有使用到长笛的乐曲令人不知所用的是何乐器。说白了就是不真实。另外,它有个最令底层MIDI制作人员不满的就是它的50ms限制。所有的RPN(注册了的参数号)、N-RPN(未注册的参数号)和部分Controller(控制器)都需要间隔50ms来实现,也就是不能在同一时刻执行多个控制参数,同时在一些配置较低的计算机上,连Wheel(滑音)控制都受到影响。大家都知道,音乐是时间与空间(在某一时间,你的手没有按到那个键位置就表示演奏失败)的艺术,某个效果来迟了50ms或者被
13、遗漏,都会给敏感的人一下子听出来。 XG音源也有延迟,所有的软音源都有延迟,因为声音在播放之前要经过计算,再快的计算机也不能不用时间就完成这些计算,但是没有50ms的限制,所有的控制参数都能“立刻”实现,这是我坚持使用XG音源的其中一个重要原因。当然YAMAH XG音源也有其不足的一面:特别是它的钢琴音色,听起来比较虚渺,密度不够,打击乐也不如GS来得实在,听上去都比较柔弱。但是XG通过其广阔的控制参数及强大的Sysx(系统码),足以弥补这些过失。通过调整这些参数和系统码,可以对每一音色进行修改,甚至是技击乐。我在流行钢琴网上发表的罗密欧与茱丽叶就是最好的一个例子,只要精通这些参数,原则上可以
14、创造出所有需要的音色。这一部分国内还很少人掌握(因为连知道有这么回事的人本来就不多)。 GS和XG音源的共性就是兼容GM。这句话是网上评论GM、GS和XG的人说的。我不完全赞成这一观点:所谓兼容,应该指用GM做的东西在GS、XG上听至少不会比用GM听起来难听。但事实上并非如此,有些GM标准的MIDI,放在GS、XG上听简直就是噪音。这里面最大的原因是各种音源的乐器采样的音量不统一,在GM上调整好的各种乐器的音量搭配都是基于GM上的音色库,如果这一音色库的某一音色在另外一款音源上特别小声,就导致听不到;反之,如果特别大声,就可能成为噪音的创造者。如果兼容不指这一意义,那么GS和曲子放到XG上也能
15、播放,那为什么不说XG兼容GS呢? 软音源的优点就是独立于硬件,只要安装相应的音源,就可以听到基于该音源的乐子的效果,该效果是制作该曲子的人所希望听者听到的。这一点是软音源产生的根本目的。所以,有经验的MIDI制作人,都不厌其烦的希望听者能使用指定的音源来回放自己做的曲子。否则,一个本来很好的曲子,因为其“解释者”的“误解”则导致成垃圾的例子是屡见不鲜的。 1.2 前置放大器1、前置放大器是指把音频(AUX、MIC)信号放大至功率放大器所能接受的输入范围的功能电路。2、前置放大电路功能有两个:一是要选择所需要的音源信号,并放大到额定电平;二是要进行各种音质控制,以美化声音。3、前置放大电路的基
16、本组成有:音源选择、输入放大和音质控制等电路。4、各部分的作用:1)音源选择电路的作用是选择所需的音源信号送入后级,同时关闭其他音源通道。2)输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平,通常是1V左右。3)音质控制的作用是使音响系统的频率特性可以控制,以达到高保真的音质;或者根据聆听者的爱好,修饰与美化声音。5、功率放大器、线路放大器和前置放大器的区别和应用 是由前置放大器放大输入的信号,比如通过麦克风拾取的声音信号,由于它比较弱,需要先被放大到一定的电平才可以到其它级上。通常前置具有较高的电压增益,可以将小信号放大到标准电平上。 线路放大器是为了传输使用的,为了减小输送衰减,使接收方得到足够
17、强的信号,输送时要进行电流放大和推动,有时也需要提高电压输送,比如定压广播就是利用这个原理的。 功率放大器主要是放大电流,这样才能推动低阻的扬声器发出声音。当然,这个例子是按音频实例讲的,若是射频信号,和这个讲法会有些出入,但是意思差不多,像发射机的功放,输出是输出到天线上的。 1.3 音调控制器声音的高低叫做音调声音的三个主要的主观属性(即音量、音调、音色)之一。表示人的听觉分辨一个声音的调子高低的程度,音调又称音的高度。音调主要由声音的频率决定,同时也与声音强度有关。所谓音调控制就是人为地改变信号中高低频成分的比重,以满足听者的爱好,渲染某种气氛,达到某种效果,或补偿扬声气系统及放音场所的
18、音响不足。音调控制器主要是调节、控制音响放大器的幅频特性,一般只对低音频与高音频的增益进行提升或衰减,中音频的增益保持不变。因此音调控制器电路可由低通滤波器与高通滤波器组成。 1.4 功率放大器功率放大器,简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务,这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口,而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。功率放大器简介利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信
19、号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的倍,是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大,就完成了功率放大。 功率放大器种类传统的数字语音回放系统包含两个主要过程: (1)数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现 (2)利用模拟功率放大器进行模拟信号放大,如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期,许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器,这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模
20、拟转换,这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。 1A类放大器 A类放大器的主要特点是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,效率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。 2B类放大器 B类放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负
21、半波正弦波(如图虚线部分所示),所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%),但是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点是交越失真较大。即当信号在-0.6V 0.6V之间时, Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。 3AB类放大器 AB类放大器的主要特点是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。 4D类放大器 D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的
22、脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。 1 具有很高的效率,通常能够达到85%以上。 2 体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间。 3 无裂噪声接通 4 低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。 A类、B类和AB类放大器是模拟放大器,D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效
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