電視機中音響技術的進展

1、電視機中音響技術的進展李勝波 【摘要】 介紹了電視機音響技術的進展情況，討論了在揚聲器選用和結構設計過程中經(jīng)常存在的問題，并提出相應的解決措施。 【關鍵詞】 分立式揚聲器系統(tǒng)； 外掛式揚聲器系統(tǒng)； 頻率響應1引言近幾年來電視技術突飛猛進，圖像的畫質得到了明顯提高。大屏幕技術的發(fā)展，使得整機外形尺寸相應增大，也使提高彩電音響性能成為可能。但總的來說，電視聲頻技術的發(fā)展不如視頻技術的發(fā)展，很多彩電還存在著不盡合理的電聲設計。其原因既在于廠家對電視機中的電聲設計的不夠重視，更因為電視機本身的局限性。目前大多數(shù)電視機中的音響結構均采用內(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的措施；而且結構材料的缺陷使得外殼強度不高，存在著較大的聲透射和聲泄漏；等等。這些原因使內(nèi)置式電視音響結構不可能達到高保真效果。而另一方面，消費者對音質要求卻越來越高，于是一些廠家（尤其是國外的廠家）紛紛推出各種花樣以吸引消費者注意，增加賣點，如火箭炮（BAZOOKA）、多夢（DOME）等等。但正因前述原因，它們的聲學指標測試結果和主觀效果并不盡如人意。電視機的音響設計實際上是一個系統(tǒng)工程，因為其音質的優(yōu)劣將取決于電路、揚聲器、結構的配合。電路部分主要指功放和分頻器（實際上大多數(shù)情況下為一個電容），它已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，可實現(xiàn)較高的要求。以下將介

3、紹電視音響設計的進展情況，討論在設計過程中，揚聲器和結構方面經(jīng)常存在的問題，并提出改進措施。2電視機揚聲器選用早期的電視機用揚聲器只為重放單聲道的電視音頻信號，此信號由于各種原因信號頻帶并不寬（10015000 Hz），一般只選用一只揚聲器，直接安裝在電視機一側的面殼上，沒有附加單獨的聲學結構。這樣首先使聲定位不好，聲音和畫面嚴重分離，所以后來一般至少采用兩只揚聲器，左右側各一只。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值的揚聲器以補償?shù)皖l的短路。但這種做法往往以犧牲靈敏度、失真度等重要指標為代價，實際上是不可取的。這樣采用附加結構以重放低頻成為必須。隨著

4、CD，VCD，DVD等音響設備的日益普及和用戶欣賞水平的提高，消費者對電視機本身音響性能要求越來越高，希望它具有大動態(tài)、寬頻帶、低失真等品質。這樣便出現(xiàn)了由多只揚聲器組成的揚聲器系統(tǒng)，它們分別擔負不同的頻帶。中高頻一般采用橢圓揚聲器，這種選擇并不是因為橢圓揚聲器性能好于圓形揚聲器，而是外形和安裝的需要。有的輔以所謂重低音，采用4 英寸以上圓形揚聲器，配以帶通式或倒相式結構。正如音箱的設計一樣，電視音響系統(tǒng)音質也取決于揚聲器和結構的配合。為了使得系統(tǒng)設計快速合理，采用了音箱CAD軟件1，這樣只要輸入已定的參數(shù)值，就能自動計算出其它參數(shù)的優(yōu)化結果。經(jīng)驗證，計算和測試結果是一致的，按照計算結果設計的

5、音響系統(tǒng)其性能通常也是優(yōu)良的。在輸入?yún)?shù)時要注意，由于機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。如果揚聲器和結構配合得不好，不但不會有理想的聲性能，同時也是一種成本浪費。很多電視機廠家便忽視了這部分工作，在聲結構規(guī)定好后，沒有選用與之匹配的揚聲器，造成聲學設計的不合理。以下將以一重低音設計為例，分析它在揚聲器選用方面的不足。該29英寸電視機的中高音由一80 mm×150 mm橢圓揚聲器擔任，低音揚聲器為4英寸英寸 ，配以四階帶通式筒狀結構2，等效成如圖1（a）。圖1 電視機的揚聲器系統(tǒng)實例經(jīng)測量，結構參數(shù)及低音揚聲器Small參數(shù)如下：總品質因子QT14，諧振

6、頻率fo106 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，倒相管長度Lp58 cm。將以上參數(shù)值代入CAD軟件，可得到其頻響的計算結果圖1（b）中虛線，與實測曲線圖1（b）中實線相比，可見二者符合良好。從計算和實測的聲頻響看，該低音系統(tǒng)有如下缺點：（1）靈敏度太低，1m.1W處只有74 dB左右，這樣很容易淹沒在較高靈敏度的主聲道，聽不到低音效果，形同虛設。盡管可通過提升電功率增大低音量度，但電視機音頻功放功率本來就不高（只有十幾瓦），這樣會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，

7、高達100 Hz的下限嚴格來講稱不上重低音。以上不足當然有結構的原因（腔體容積不夠大）。實際上在結構一定的情況下，也可通過選用合適的揚聲器得到改善。在該實例中，很明顯看出揚聲器Q值過高， fo太大。為盡快得到合適的揚聲器，在結構參數(shù)不變的情況下，通過CAD軟件得到如下參數(shù)的揚聲器：QT052， fo56 Hz，Veq77 L計算頻響如圖1（c）所示。將以上低音筒配合主聲道會得到較好的效果。由上例可見，要使電視機達到優(yōu)良的音質，一定要選用具有合適參數(shù)的揚聲器，運用CAD軟件可快速達到此目的。3電視機揚聲器系統(tǒng)結構設計上面提到，早期的電視機揚聲器沒有附加的聲結構，而是直接安裝在前殼上（實際上這種形

8、式直到現(xiàn)在還被大量采用）。機箱為散熱要求，一般都要做成相當于后開蓋的敞開式。所以這種聲箱和平面障板一樣，從揚聲器前后發(fā)出的聲波是反相的，后面的聲波可以衍射到前面來。其簡化結構如圖2所示，當從揚聲器前后到聽聲點的距離差lo為2的奇數(shù)倍的頻率時，是同相位，所以形成峰值；當從揚聲器前后到聽聲點的距離差lo為2的偶數(shù)倍的頻率時，是反相位，所以形成谷值。因此，與平面障板的情況相同，實用的低頻重放下限頻率fce由下式?jīng)Q定3：fce85L圖2 電視機的揚聲器系統(tǒng)實例聽聲點式中L是從揚聲器前后到無限遠點的路程差，單位為m。低于fce時，揚聲器總的聲壓響應隨頻率下降而很快降低。由于L常常很低， fce很高，一般

9、在100 Hz以上，所以這種結構無法重放很好的低音。這種安裝方式還會造成一個很大的缺陷，揚聲器后部沒有封閉措施，直接輻射到機箱，會使其中的元器件（包括導線）、結構件受揚聲器發(fā)聲振動影響，一定功率時在共振點發(fā)生音頻機震。這就是電視機設計不好極易發(fā)生機震的原因。為了安裝方便和外形美觀，中高頻揚聲器前常要裝一個聲導管，可等效成一始端為聲源末端開口的直管（如圖3）。由聲學基本知識得知，這種導管會對頻響造成很大的不均勻度。精確的計算表明4，當聲源振速幅值保持恒定時，若聲源前的直管長度等于四分之一波長奇數(shù)倍，聲輻射功率大大加強，若聲源前的直管長度等于四分之一波長偶數(shù)倍，聲輻射功率大大減弱。盡管不均勻度可通

10、過鋪加吸聲材料減小，但這將使靈敏度大大降低。由此可見，這種聲導管的運用對揚聲器的聲學性能是毫無益處的。 要改善如下缺點，可采取如下措施：圖3 裝有聲導管的揚聲器系統(tǒng)（1）去掉聲導管，如果一定要采用，也盡量使導管長度減短。（2）揚聲器后部要有封閉措施，防止聲音大量輻射到機箱。結構對音質的影響更多地體現(xiàn)在低頻的重放，如前所述，帶通式和倒相式設計越來越多地被采用到電視機中來。同樣，其良好的性能也需要揚聲器和結構的配合。在揚聲器選定的情況下，必須采用與它匹配的結構參數(shù)。CAD軟件在這里可得到同樣的運用，在此不再贅述。但是由此計算出的結果經(jīng)常由于機腔內(nèi)無法提供足夠大的空間，或是影響外形美觀而無法采用，結

11、構內(nèi)置式電視機的音響性能受到了很大的局限。為此，電聲設計人員研究出了更多的新形式。4外掛式和分立式揚聲器系統(tǒng)多年來電視機一直未能突破傳統(tǒng)的模式，即將音響結構置于機殼內(nèi)，電視機音響的諸多缺陷也由此造成。歸納起來有如下幾點：（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）存在嚴重的機震問題。近年來出現(xiàn)的外掛式揚聲器系統(tǒng)（如圖4）試圖解決這些問題。它是將揚聲器和音箱全部從機殼中分離出現(xiàn)，懸掛在左右側。由于這種設計突破了機殼空間的限制，獨立設計，音箱的容積可以比較大，較好地解決了上述問題。圖4電視機的外掛式揚聲器系統(tǒng)分立式揚聲器系統(tǒng)（如圖5）更進了一步，它與主機身完全

12、分離，給了設計人員更大的自由度，除無上述聲音缺陷外，還具有以下優(yōu)點：圖5分立式揚聲器系統(tǒng)（1）高保真音質，徹底杜絕失真，機震現(xiàn)象；（2）間距可任意接寬，滿足立體聲放聲需要；（3）音響結構模塊化，減少模具數(shù)量，節(jié)約成本；（4）用途廣泛，可接駁其它音響設備。盡管此種形式的電視機未能在市場上見到，但有理由認為，這種音質絕佳的設計，必將被電視機廠家采用，為消費者認可。5結語電視技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)有了長足的進步，但不得不承認其音響技術卻發(fā)展緩慢。形式簡單，盡管音質很差，但直到現(xiàn)在還被廣泛地應用，其中當然也有成本的考慮，更說明電視機廠家對電視音響設計的忽視。用戶對電視機的音質要求卻越來越高，這給廣大電聲技術人員提出一個重要課題。作者單位：（康佳集團股份有限公司， 廣東 深圳518053）【參考文獻】1