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标题: 深入了解电脑用3D音箱
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年09月21日10:54:19 星期四), 站内信件

文／core3d·拳头
　　自从第一块声卡安装在电脑上，音箱就与电脑为伴了。虽然电脑上的
音响系统无法达到 Hi-Fi（高保真）的效果，与家庭中传统的音响特别是
音箱还有明显的距离，但新名词新样式的电脑音箱如雨后春笋般不断涌现，
让人目不暇接，下面就来介绍下其中的一朵奇葩——3D音箱。
☆　什么是3D音箱
　　3D音箱就是我们现在经常看到的 2.1音箱，它由一个低音音箱和两个
小中、高音音箱组成，小音箱象卫星一样用线连在低音音箱上，因此又把
它们称为2.1卫星音箱，如果是四小一大的组合，就叫4.1卫星音箱，由于
这种音箱采用了与相位传导有关的原理来工作，早先也被称为是相位传导
音箱，现在则往往统称为低音炮，真是花样多多。家庭音响系统中很早就
出现了这样的音箱，其代表作就是美国BOSE的博士系列音箱。
　　而在国内电脑市场中最先引入该技术的是创新的2.1 PCWorks（Sound
Works）音箱，当时在电脑界引起了不小的震动。
☆　3D音箱的工作原理
　　要说清3D音箱的工作原理，先来看看传统音箱的工作原理以及3D音箱
与传统音箱的区别。
　　音箱是将电信号转换为声信号的设备，它实现了声音的再还原的过程。
虽然扬声器（熟称喇叭）经过了多年的开发和研制有的很大的进步，但单
个扬声器要想还原人耳能听到的20Hz~20KHz的声音却还是件难事，因此就
将这个频带分成高、低两部分，经过分频器分别送出，高音由经过特殊设
计的高音扬声器来还原，而低音用低音扬声器还原。
　　密闭式音箱的结构图：
　　　　　　　　　　
　　低音扬声器工作时，其振膜前、后的声波相位刚好相反，而低频又具
备很强的绕射能力，当扬声器后面的声音绕到前面后就干扰了前面的声音，
将扬声器装在密闭箱子表面能吸收后面的声波，避免干扰，因此我们看到
的扬声器基本上都是装在箱子上的。
　　倒相式音箱的结构图：
　　　　　　　　　　
　　扬声器装进箱子后，由于箱子的容积有限，内部空气在扬声器工作时
又会对其起反作用，使扬声器的低频率下限升高，同时，箱子内声音被完
全吸收而没有任何用处也实在可惜，因此就出现利用一个经过特殊设计的
长圆管将内部的声音反相后重新送到箱子外的倒相式音箱，倒相出来的声
音被设计成专门弥补扬声器下限的不足，因此声音能再向下延伸些。
　　传统音箱大多为密闭式或倒相式设计，箱体较大，在电脑边摆放一直
是个问题，而且成本也下不来，而3D音箱在某些地方刚好弥补了传统音箱
的这些不足。由于人耳对300Hz以下的声音的方位感觉迟钝，在电路部分，
采用专门设计的电子分频器先将左、右声道中 300Hz以下的低频部分分离
出来，然后送到同一个低频功率放大器进行放大，然后再输出到一个专用
的低音音箱，而中、高频部分经过两个功率放大器放大后再分别送到左、
右音箱，由于不需要还原较低的低频，因此左、右音箱的箱体减少了很多，
这样就构成了一大（低音箱）两小（中高音箱）的3D音箱格式。
☆　3D音箱箱体的设计
　　单开口低音音箱：
　　　　　　　　　　
　　3D音箱的低音音箱只须重放 300Hz以下频率的声音，除了可以随意摆
放和调整低频的音量大小等好处外，还可以采用特殊的箱体来加强低频的
还原能力，在音箱内部加块隔板，将箱体分成两个部分，把专用的低频扬
声器装在内部的隔板上，其中的一个箱体被设计成密闭式，另外一个则通
过长管与外界相连，这个有开口的箱子可以进行赫姆霍茨共振，将共振频
率附近的声音传出箱子，这种设计与避免谐振的传统音箱完全不同。通过
计算箱子的空间和管子的口径、长度，能控制共振的频率、带宽，采用这
样的音箱可以还原更低的声音，而且由于扬声器在箱子内部，谐振时扬声
器产生的大量失真的高次谐波被自然吸收，因此能获得较纯净的低频。
　　双开口低音音箱：
　　　　　　　　　　　
　　除了采用单开口的箱体外，也可以将密闭箱设计成开口式，谐振的频
率与另外一边略有不同，这样形成的两个谐振峰能进一步拓宽低频下限。
　　BOSE音箱的三腔结构：
　　　　　　　　　　　
　　而BOSE的低音音箱则采用了三腔的设计，将低音扬声器前面谐振后的
声音与后面声音进行混合后再进行第三次谐振，因此频带宽度向下延伸的
更多，而高次谐波则滤除的更加干净。
　　中、高频部分由于不需要还原低频的声音，扬声器承受的功率降低了
不少，可以采用小口径的全频带扬声器，箱子的体积也因此大为减少，摆
放更加方便，特别适合电脑用户的使用。传统音箱的分频点在3000Hz附近，
分频器在分频点附近的相位差造成高、低音扬声器声音的叠加或抵消，不
可避免地产生音量的波动，而人耳对300~3000Hz频带的声音特别敏感，音
乐信号也大多集中在这个频带，因此传统音箱在分频点附近的声音总不令
人满意，而3D音箱的中、高频部分直接送到一个全频带扬声器上，避免了
分频器对声音的影响，无论音色还是声场还原上都要准确的多。
　　由于3D音箱的特殊设计，低频有更好的延伸，而中、高频的衔接也很
出色！摆放上也非常方便，但也要注意的是，由于低频采用了谐振的方式，
对低频扬声器有着很高的要求（顺性、灵敏度等），而且谐振后的音色比
较单调，带宽也不够。中、高频声道的声音都加在一个扬声器上，对扬声
器的要求就高的多了，既要能达到专用高音扬声器的效果，又要衔接300Hz
的低频，扬声器的带宽、高频特性、承受功率等性能要相当出色才能担此
重任，而实际使用中的分频点往往设计在 150Hz，这对扬声器的要求就更
高了，BOSE音响就是因为其小型全频带扬声器独一无二的设计和检验而享
誉全球。
☆　3D音箱功放电路部分的原理
　　3D音箱还需要专门的分频电路来完成对信号的分配，最简单的是用电
阻和电容组成的高通、低通电路。
　　　　　　　　　　
　　但分频点附近的电压幅度变化不大，常只能达到1阶6dB的衰减，而且
容易受前后电路输入、输出阻抗的影响，并容易拾入噪声。3D音箱的分频
电路通常采用贝塞尔或巴特沃茨分频方法，用电阻、电容与高输入阻抗的
集成电路构成的射级跟随器组成，通过专用的计算公式来设计低通滤波器
的分频点，而中、高频通道也需要同样的高通滤波器来滤除低频，分频点
与低通滤波器相同。
　　　　　　　　　　
　　这样，公用的低音通道和两个中、高音通道各司其职，与后级对应的
功率放大器和音箱配合来完成声音的还原工作。
☆　解剖3D音箱箱体部分的结构
　　请点击链接，上网观看相关内容
☆　解剖3D音箱电路部分的结构
　　请点击链接，上网观看相关内容
☆　性能测试
　　请点击链接，上网观看相关内容
☆　3D音箱声学部分的缺陷和改进
　　通过上面的测试我们已经清楚了3D音箱的主要缺点是无法实现平坦的
衔接，而这正是因为扬声器技术的局限所导致的，一方面扬声器无法做到
很宽的频带，另外一方面，低音音箱通常无法获得较高频带的低频，这几
乎成了3D音箱无法克服的先天毛病。
　　通常情况下，除了换用更好的全频带小扬声器外（能做的到吗？），
增加中高音音箱的体积也是一个可行的办法（失去了美观和摆放方便的优
点），实在不行也可以在中高音音箱内加几块玻璃纤维来略微改善低频特
性。
☆　3D音箱电路设计线路方面缺陷和改进
　　通过上面线路部分的对比可以看出，杂牌音箱的内部电路设计的相当
简单，而品牌音箱在这方面往往并不马虎，对电路适当的改进是能获得一
定的效果的，比如换用双抽头的电源变压器来提高效率、换用大容量的滤
波电容，为NE4558D增加7812/7912三端稳压电路、降低TDA2030A的增益，
对输入电位器进行屏蔽，调整变压器的安装方向等，都能起到较明显的作
用。
☆　如何选购3D音箱
　　挑选音箱其实是件很困难的事情，任何人都不会在你掏钱之前让你动
他音箱一根指头的，而在商店里买电脑音箱和摸彩也差不了多少，很难在
那么嘈杂的环境下鉴别出蔡琴的歌声是否缺少了哪些成分。
　　对于现在的电脑用音箱来说，虽然我们并不追求 Hi-Fi，但传统音箱
的地位还是无法取代，如果你真的喜欢3D音箱的外型，那还是要选择正规
的生产厂家而不是只看外观，对于百来元的价格而有这样的工艺，你还选
择杂牌音箱实在是个不明智的选择。
　　本文提出了许多目前在国内还没有流行的声学测试方法，但都是基于
电脑才能实现，如果对测试的方法感兴趣，也可以下载SpectraPRO - 3.32
来建立自己的实验室，说不定很快你就会通过调整高、低音分频器的相位
来获得更好的频响输出，电脑真的是个神奇的东西，本文的意义正在于此。
　　注：采用电脑进行电压输出特性测试时，应在打开“录音”之“线路
输入”的同时关闭“播放”之“线路输入”的音量，避免自激损坏声卡的
线路输入端。

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枯藤老树昏鸦，
小桥流水人家，
古道西风瘦马，
断肠人在天涯。

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