電視機(jī)中音響技術(shù)的進(jìn)展

1、電視機(jī)中音響技術(shù)的進(jìn)展李勝波 【摘要】 介紹了電視機(jī)音響技術(shù)的進(jìn)展情況，討論了在揚(yáng)聲器選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決措施。 【關(guān)鍵詞】 分立式揚(yáng)聲器系統(tǒng)； 外掛式揚(yáng)聲器系統(tǒng)； 頻率響應(yīng)1引言近幾年來(lái)電視技術(shù)突飛猛進(jìn)，圖像的畫(huà)質(zhì)得到了明顯提高。大屏幕技術(shù)的發(fā)展，使得整機(jī)外形尺寸相應(yīng)增大，也使提高彩電音響性能成為可能。但總的來(lái)說(shuō)，電視聲頻技術(shù)的發(fā)展不如視頻技術(shù)的發(fā)展，很多彩電還存在著不盡合理的電聲設(shè)計(jì)。其原因既在于廠家對(duì)電視機(jī)中的電聲設(shè)計(jì)的不夠重視，更因?yàn)殡娨暀C(jī)本身的局限性。目前大多數(shù)電視機(jī)中的音響結(jié)構(gòu)均采用內(nèi)置式，不能提供足夠的重放低音所需的空間；因外觀造型的需要，揚(yáng)聲器的

2、選用和安裝方式也受到限制，不得不采取一些犧牲音質(zhì)的措施；而且結(jié)構(gòu)材料的缺陷使得外殼強(qiáng)度不高，存在著較大的聲透射和聲泄漏；等等。這些原因使內(nèi)置式電視音響結(jié)構(gòu)不可能達(dá)到高保真效果。而另一方面，消費(fèi)者對(duì)音質(zhì)要求卻越來(lái)越高，于是一些廠家（尤其是國(guó)外的廠家）紛紛推出各種花樣以吸引消費(fèi)者注意，增加賣(mài)點(diǎn)，如火箭炮（BAZOOKA）、多夢(mèng)（DOME）等等。但正因前述原因，它們的聲學(xué)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果和主觀效果并不盡如人意。電視機(jī)的音響設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程，因?yàn)槠湟糍|(zhì)的優(yōu)劣將取決于電路、揚(yáng)聲器、結(jié)構(gòu)的配合。電路部分主要指功放和分頻器（實(shí)際上大多數(shù)情況下為一個(gè)電容），它已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，可實(shí)現(xiàn)較高的要求。以下將介

3、紹電視音響設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況，討論在設(shè)計(jì)過(guò)程中，揚(yáng)聲器和結(jié)構(gòu)方面經(jīng)常存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施。2電視機(jī)揚(yáng)聲器選用早期的電視機(jī)用揚(yáng)聲器只為重放單聲道的電視音頻信號(hào)，此信號(hào)由于各種原因信號(hào)頻帶并不寬（10015000 Hz），一般只選用一只揚(yáng)聲器，直接安裝在電視機(jī)一側(cè)的面殼上，沒(méi)有附加單獨(dú)的聲學(xué)結(jié)構(gòu)。這樣首先使聲定位不好，聲音和畫(huà)面嚴(yán)重分離，所以后來(lái)一般至少采用兩只揚(yáng)聲器，左右側(cè)各一只。另外由于后面第三節(jié)中要提到的原因，這使低頻不能很好地重放。于是有人建議采用高Q值的揚(yáng)聲器以補(bǔ)償?shù)皖l的短路。但這種做法往往以犧牲靈敏度、失真度等重要指標(biāo)為代價(jià)，實(shí)際上是不可取的。這樣采用附加結(jié)構(gòu)以重放低頻成為必須。隨著

4、CD，VCD，DVD等音響設(shè)備的日益普及和用戶(hù)欣賞水平的提高，消費(fèi)者對(duì)電視機(jī)本身音響性能要求越來(lái)越高，希望它具有大動(dòng)態(tài)、寬頻帶、低失真等品質(zhì)。這樣便出現(xiàn)了由多只揚(yáng)聲器組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，它們分別擔(dān)負(fù)不同的頻帶。中高頻一般采用橢圓揚(yáng)聲器，這種選擇并不是因?yàn)闄E圓揚(yáng)聲器性能好于圓形揚(yáng)聲器，而是外形和安裝的需要。有的輔以所謂重低音，采用4 英寸以上圓形揚(yáng)聲器，配以帶通式或倒相式結(jié)構(gòu)。正如音箱的設(shè)計(jì)一樣，電視音響系統(tǒng)音質(zhì)也取決于揚(yáng)聲器和結(jié)構(gòu)的配合。為了使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)快速合理，采用了音箱CAD軟件1，這樣只要輸入已定的參數(shù)值，就能自動(dòng)計(jì)算出其它參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)證，計(jì)算和測(cè)試結(jié)果是一致的，按照計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)的

5、音響系統(tǒng)其性能通常也是優(yōu)良的。在輸入?yún)?shù)時(shí)要注意，由于機(jī)殼材料的缺陷和密封性能的不良，聲損耗因子QL較低，一般取作34。如果揚(yáng)聲器和結(jié)構(gòu)配合得不好，不但不會(huì)有理想的聲性能，同時(shí)也是一種成本浪費(fèi)。很多電視機(jī)廠家便忽視了這部分工作，在聲結(jié)構(gòu)規(guī)定好后，沒(méi)有選用與之匹配的揚(yáng)聲器，造成聲學(xué)設(shè)計(jì)的不合理。以下將以一重低音設(shè)計(jì)為例，分析它在揚(yáng)聲器選用方面的不足。該29英寸電視機(jī)的中高音由一80 mm150 mm橢圓揚(yáng)聲器擔(dān)任，低音揚(yáng)聲器為4英寸英寸 ，配以四階帶通式筒狀結(jié)構(gòu)2，等效成如圖1（a）。圖1 電視機(jī)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)實(shí)例經(jīng)測(cè)量，結(jié)構(gòu)參數(shù)及低音揚(yáng)聲器Small參數(shù)如下：總品質(zhì)因子QT14，諧振頻率fo10

6、6 Hz，等效容積Veq212 L，A腔容積VAA17 L，B腔容積VAB094 L，倒相管半徑p17 cm，倒相管長(zhǎng)度Lp58 cm。將以上參數(shù)值代入CAD軟件，可得到其頻響的計(jì)算結(jié)果圖1（b）中虛線，與實(shí)測(cè)曲線圖1（b）中實(shí)線相比，可見(jiàn)二者符合良好。從計(jì)算和實(shí)測(cè)的聲頻響看，該低音系統(tǒng)有如下缺點(diǎn)：（1）靈敏度太低，1m.1W處只有74 dB左右，這樣很容易淹沒(méi)在較高靈敏度的主聲道，聽(tīng)不到低音效果，形同虛設(shè)。盡管可通過(guò)提升電功率增大低音量度，但電視機(jī)音頻功放功率本來(lái)就不高（只有十幾瓦），這樣會(huì)造成巨大的電路失真和聲失真。（2）不均勻度較大，頻響中有明顯的峰谷。（3）低頻下潛不夠低，高達(dá)100

7、Hz的下限嚴(yán)格來(lái)講稱(chēng)不上重低音。以上不足當(dāng)然有結(jié)構(gòu)的原因（腔體容積不夠大）。實(shí)際上在結(jié)構(gòu)一定的情況下，也可通過(guò)選用合適的揚(yáng)聲器得到改善。在該實(shí)例中，很明顯看出揚(yáng)聲器Q值過(guò)高， fo太大。為盡快得到合適的揚(yáng)聲器，在結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，通過(guò)CAD軟件得到如下參數(shù)的揚(yáng)聲器：QT052， fo56 Hz，Veq77 L計(jì)算頻響如圖1（c）所示。將以上低音筒配合主聲道會(huì)得到較好的效果。由上例可見(jiàn)，要使電視機(jī)達(dá)到優(yōu)良的音質(zhì)，一定要選用具有合適參數(shù)的揚(yáng)聲器，運(yùn)用CAD軟件可快速達(dá)到此目的。3電視機(jī)揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上面提到，早期的電視機(jī)揚(yáng)聲器沒(méi)有附加的聲結(jié)構(gòu)，而是直接安裝在前殼上（實(shí)際上這種形式直到現(xiàn)在還

8、被大量采用）。機(jī)箱為散熱要求，一般都要做成相當(dāng)于后開(kāi)蓋的敞開(kāi)式。所以這種聲箱和平面障板一樣，從揚(yáng)聲器前后發(fā)出的聲波是反相的，后面的聲波可以衍射到前面來(lái)。其簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖2所示，當(dāng)從揚(yáng)聲器前后到聽(tīng)聲點(diǎn)的距離差lo為2的奇數(shù)倍的頻率時(shí)，是同相位，所以形成峰值；當(dāng)從揚(yáng)聲器前后到聽(tīng)聲點(diǎn)的距離差lo為2的偶數(shù)倍的頻率時(shí)，是反相位，所以形成谷值。因此，與平面障板的情況相同，實(shí)用的低頻重放下限頻率fce由下式?jīng)Q定3：fce85L圖2 電視機(jī)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)實(shí)例聽(tīng)聲點(diǎn)式中L是從揚(yáng)聲器前后到無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)的路程差，單位為m。低于fce時(shí)，揚(yáng)聲器總的聲壓響應(yīng)隨頻率下降而很快降低。由于L常常很低， fce很高，一般在100 H

9、z以上，所以這種結(jié)構(gòu)無(wú)法重放很好的低音。這種安裝方式還會(huì)造成一個(gè)很大的缺陷，揚(yáng)聲器后部沒(méi)有封閉措施，直接輻射到機(jī)箱，會(huì)使其中的元器件（包括導(dǎo)線）、結(jié)構(gòu)件受揚(yáng)聲器發(fā)聲振動(dòng)影響，一定功率時(shí)在共振點(diǎn)發(fā)生音頻機(jī)震。這就是電視機(jī)設(shè)計(jì)不好極易發(fā)生機(jī)震的原因。為了安裝方便和外形美觀，中高頻揚(yáng)聲器前常要裝一個(gè)聲導(dǎo)管，可等效成一始端為聲源末端開(kāi)口的直管（如圖3）。由聲學(xué)基本知識(shí)得知，這種導(dǎo)管會(huì)對(duì)頻響造成很大的不均勻度。精確的計(jì)算表明4，當(dāng)聲源振速幅值保持恒定時(shí)，若聲源前的直管長(zhǎng)度等于四分之一波長(zhǎng)奇數(shù)倍，聲輻射功率大大加強(qiáng)，若聲源前的直管長(zhǎng)度等于四分之一波長(zhǎng)偶數(shù)倍，聲輻射功率大大減弱。盡管不均勻度可通過(guò)鋪加吸聲材

10、料減小，但這將使靈敏度大大降低。由此可見(jiàn)，這種聲導(dǎo)管的運(yùn)用對(duì)揚(yáng)聲器的聲學(xué)性能是毫無(wú)益處的。 要改善如下缺點(diǎn)，可采取如下措施：圖3 裝有聲導(dǎo)管的揚(yáng)聲器系統(tǒng)（1）去掉聲導(dǎo)管，如果一定要采用，也盡量使導(dǎo)管長(zhǎng)度減短。（2）揚(yáng)聲器后部要有封閉措施，防止聲音大量輻射到機(jī)箱。結(jié)構(gòu)對(duì)音質(zhì)的影響更多地體現(xiàn)在低頻的重放，如前所述，帶通式和倒相式設(shè)計(jì)越來(lái)越多地被采用到電視機(jī)中來(lái)。同樣，其良好的性能也需要揚(yáng)聲器和結(jié)構(gòu)的配合。在揚(yáng)聲器選定的情況下，必須采用與它匹配的結(jié)構(gòu)參數(shù)。CAD軟件在這里可得到同樣的運(yùn)用，在此不再贅述。但是由此計(jì)算出的結(jié)果經(jīng)常由于機(jī)腔內(nèi)無(wú)法提供足夠大的空間，或是影響外形美觀而無(wú)法采用，結(jié)構(gòu)內(nèi)置式電視

11、機(jī)的音響性能受到了很大的局限。為此，電聲設(shè)計(jì)人員研究出了更多的新形式。4外掛式和分立式揚(yáng)聲器系統(tǒng)多年來(lái)電視機(jī)一直未能突破傳統(tǒng)的模式，即將音響結(jié)構(gòu)置于機(jī)殼內(nèi)，電視機(jī)音響的諸多缺陷也由此造成。歸納起來(lái)有如下幾點(diǎn)：（1）頻帶窄，尤其是低音重放不理想；（2）頻響不均勻度很大；（3）失真較大；（4）存在嚴(yán)重的機(jī)震問(wèn)題。近年來(lái)出現(xiàn)的外掛式揚(yáng)聲器系統(tǒng)（如圖4）試圖解決這些問(wèn)題。它是將揚(yáng)聲器和音箱全部從機(jī)殼中分離出現(xiàn)，懸掛在左右側(cè)。由于這種設(shè)計(jì)突破了機(jī)殼空間的限制，獨(dú)立設(shè)計(jì)，音箱的容積可以比較大，較好地解決了上述問(wèn)題。圖4電視機(jī)的外掛式揚(yáng)聲器系統(tǒng)分立式揚(yáng)聲器系統(tǒng)（如圖5）更進(jìn)了一步，它與主機(jī)身完全分離，給了設(shè)

12、計(jì)人員更大的自由度，除無(wú)上述聲音缺陷外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：圖5分立式揚(yáng)聲器系統(tǒng)（1）高保真音質(zhì)，徹底杜絕失真，機(jī)震現(xiàn)象；（2）間距可任意接寬，滿(mǎn)足立體聲放聲需要；（3）音響結(jié)構(gòu)模塊化，減少模具數(shù)量，節(jié)約成本；（4）用途廣泛，可接駁其它音響設(shè)備。盡管此種形式的電視機(jī)未能在市場(chǎng)上見(jiàn)到，但有理由認(rèn)為，這種音質(zhì)絕佳的設(shè)計(jì)，必將被電視機(jī)廠家采用，為消費(fèi)者認(rèn)可。5結(jié)語(yǔ)電視技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但不得不承認(rèn)其音響技術(shù)卻發(fā)展緩慢。形式簡(jiǎn)單，盡管音質(zhì)很差，但直到現(xiàn)在還被廣泛地應(yīng)用，其中當(dāng)然也有成本的考慮，更說(shuō)明電視機(jī)廠家對(duì)電視音響設(shè)計(jì)的忽視。用戶(hù)對(duì)電視機(jī)的音質(zhì)要求卻越來(lái)越高，這給廣大電聲技術(shù)人員提出一個(gè)重要課題。作者單位：（康佳集團(tuán)股份有限公司， 廣東 深圳518053）【參考文獻(xiàn)】1