小型多媒體有源音箱設(shè)計(jì)

由于該音箱采用了6.5英寸的揚(yáng)聲器，音箱體積對(duì)于桌面空間狹小的讀者來(lái)說(shuō)有點(diǎn)偏大。應(yīng)讀者的要求，在本文就介紹一款小巧玲戲的多媒體有源音箱，供愛(ài)好者參考。

揚(yáng)聲器選擇
    本文介紹的揚(yáng)聲器均采用防磁揚(yáng)聲器。高音揚(yáng)聲器采用上海領(lǐng)先音響儀器公司生產(chǎn)的銀笛牌YDQG4-12型高音揚(yáng)聲器，該款揚(yáng)聲器采用了進(jìn)口絲質(zhì)振膜、磁液冷卻系統(tǒng)、全封閉防磁式磁路等一系列Hi－Fi單元采用的技術(shù)，使它比常見(jiàn)的低價(jià)高音單元擁有更大的功率承受能力，音質(zhì)更細(xì)膩柔美。低音揚(yáng)聲器則采用了南京電聲股份公司生產(chǎn)的南鯨牌4英寸噴膠紙盆防磁低音揚(yáng)聲器，型號(hào)為110-8SX01。各揚(yáng)聲器技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
 
    本音箱的高、寬、深分別為280mm×120mm×170mm（內(nèi)部有效容積約3.4L）。板材為厚15mm的中密度板。左右聲道音箱前面板尺寸如圖1所示。由于音箱體積較小，因此各面板的交接處的連接用普通木螺釘即可勝任。
 
    倒相孔設(shè)在箱體背面上方，長(zhǎng)度為68mm，筆者是從直徑60mm的PVC工程塑料管截下68mm長(zhǎng)的一段代用。由于倒相管在音箱背面，所以擺放時(shí)音箱后面板不要緊靠墻壁，要距墻壁等大面積反射面15cm以上。另外需要注意的是要在箱體內(nèi)部高音揚(yáng)聲器單元后面，用吸音材料（海綿即可）做個(gè)護(hù)罩（將高音單元后部包圍即可），以減少來(lái)自低音單元的聲波對(duì)高音的沖擊與干擾，使高音更明亮。
    功放電路安裝在右聲道音箱中，因此左右兩個(gè)音箱的后面板布局有較大的差異。倒相管長(zhǎng)度以及主音箱側(cè)面視圖如圖2所示。主音箱背面視圖如圖3所示。     
    兩只音箱中有一只安裝功放電路作為主音箱，另一只作為副音箱。由于主音箱中需要安裝電源變壓器，占用了一部分空間，為了保證兩只音箱內(nèi)部容積的一致，可以在副音箱的底部粘貼一塊與電源變壓器體積相近的木塊作為平衡之用。箱體外側(cè)的裝飾則要根據(jù)個(gè)人喜好進(jìn)行自由選擇。

功放電路
    這款多媒體有源音箱功率較小，用輸出功率20W左右的功放機(jī)推動(dòng)就足夠了。為了簡(jiǎn)化電路，本音箱中的功放電路采用了集成電路，具體電路如圖4所示。
      
由于普通多媒體音箱都不帶耳機(jī)輸出插孔，需要使用耳機(jī)時(shí)，要反復(fù)插拔聲卡輸出插座中的插頭，帶來(lái)諸多不便，對(duì)此，筆者在這款音箱中設(shè)計(jì)了一個(gè)耳機(jī)插座。當(dāng)耳機(jī)沒(méi)有插入插座中時(shí)，插座內(nèi)部觸點(diǎn)閉合，聲卡輸出的音頻信號(hào)直接送到功放電路中。當(dāng)插入耳機(jī)時(shí)，插座內(nèi)部觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷聲卡到功放的接線，聲卡輸出的音頻信號(hào)直接送到耳機(jī)中，音箱中就沒(méi)有聲音輸出。
    IC1及周?chē)M成緩沖放大級(jí)，電路增益=R4/(R1+R2)=50/(10+0.1)≈5倍。為了避免在電腦關(guān)機(jī)后，在聲卡停止工作時(shí)，前置放大器輸入端懸空，處于高阻抗輸入狀態(tài)，將感應(yīng)到的50Hz交流電信號(hào)送到后級(jí)電路放大，從而在揚(yáng)聲器中出現(xiàn)較強(qiáng)的噪聲，特設(shè)置了22kΩ電阻R25、R26，這樣不但可以將輸入阻抗限制在22kΩ，避免前置電路工作在高阻抗?fàn)顟B(tài)，還可以對(duì)50Hz感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行有效的抑制，提高整機(jī)信噪比。
    功率放大集成電路采用了NS公司生產(chǎn)的雙聲道20W高保真功率放大器LM1876。LM1876采用15腳TO-220封裝，具有靜噪、待機(jī)模式功能，其主要電氣參數(shù)如表2所示.
    LM1876的負(fù)載范圍很寬，在4～30Ω的范圍內(nèi)均能穩(wěn)定地工作，其輸出功率與負(fù)載的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。LM1876的供電電壓范圍為±10～±25V，當(dāng)供電電壓降低時(shí)，影響的只是輸出功率的大小，而對(duì)其他指標(biāo)影響不大，供電電壓與輸出功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6所示。LM1876的6、11腳為左／右聲道靜噪控制端，當(dāng)這幾腳接高電平（高于1.6V）時(shí)，LM1876內(nèi)部電路執(zhí)行靜音操作，切斷輸出端的音頻信號(hào)（如圖7所示）。因此可以在這些引腳中與正電壓之間接一個(gè)RC延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，使其在開(kāi)機(jī)瞬間為高電平，輸出電路無(wú)音頻信號(hào)輸出，延時(shí)一段時(shí)間后，再正常輸出，以達(dá)到避免開(kāi)機(jī)瞬間輸出端電位失諧對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊。在圖4中，晶體管VT1、R24、C16、R20、C15即為開(kāi)機(jī)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整它們的取值范圍，可以改變延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，從而獲得滿(mǎn)意的開(kāi)機(jī)延時(shí)時(shí)間。     

    圖4電路中的R11、R16一方面為后級(jí)功放電路輸入端電阻，決定功放電路的輸入阻抗，如R11、R16為22kΩ的電阻，輸入阻抗就為22kΩ。另一方面是給集成塊內(nèi)第一級(jí)差分放大電路提供一個(gè)偏置電流，使其正常工作。需要注意的是R11、R16的取值不可過(guò)高，否則會(huì)使輸出端的中點(diǎn)電位偏高；但也不可過(guò)低，否則輸入阻抗太低，增大前級(jí)電路的功耗，使電路輸出增益下降。它們的取值范圍應(yīng)在15～51kΩ之間。
   R12和R14組成一個(gè)分壓器，與集成塊③、⑦腳相連，構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。本電路的放大倍數(shù)也由它們決定，放大倍數(shù)= (R12＋R14)÷R14=(15K+1.2k)÷ 1.2k=13.5。 因此，只要改變R12、R14的阻值，就可以調(diào)整電路的放大倍數(shù)，但要注意的是放大倍數(shù)應(yīng)在10倍以上，否則LM1876工作會(huì)不穩(wěn)定。
    R15與C7構(gòu)成揚(yáng)聲器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（或者稱(chēng)為茹貝爾網(wǎng)絡(luò)），可吸收揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢(shì)，防止電路振蕩。
    C8和C9為電源旁路電容（ByPass旁路電容），起到降低電源高頻內(nèi)阻的作用，防止電路高頻自激，使LM1876工作更穩(wěn)定。
    圖4電路中電阻均選用1/4W五色環(huán)金屬膜電阻，電容除了C15、C16外，其余電容均為WIMA金屬化聚丙烯電容。而NE5532則選用美國(guó)大S公司的產(chǎn)品（飛利浦公司的產(chǎn)品亦可，單價(jià)在10元左右，市面上許多2－3元的不推薦使用）。音量電位器則選用了平價(jià)質(zhì)優(yōu)的ALPS產(chǎn)品，如果嫌音量調(diào)節(jié)麻煩，也可以將音量電位器省略，將其用兩個(gè)20kΩ的電阻串連后代換（LM1876的8腳與13腳分別接在兩個(gè)電阻的中點(diǎn)）。這樣一來(lái)，音箱的音量調(diào)節(jié)就可以通過(guò)Wndows操作系統(tǒng)中的“音量控制”來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)（雙擊或者單擊顯示器右下角的小喇叭圖標(biāo)即可進(jìn)行調(diào)整）。
    電源變壓器采用輸出電壓為16.5V×2的黑白電視機(jī)電源變壓器，電源電路如圖8所示。 

分頻器電路
    圖9是該音箱分頻器電路圖，分頻點(diǎn)選在3kHz。由于揚(yáng)聲器是一個(gè)感性負(fù)載，當(dāng)通過(guò)信號(hào)頻率不同時(shí)，其阻抗變化很大，故在分頻器中加入了由R1、C3、R2、C6組成的阻抗校正網(wǎng)絡(luò)，使分頻器的負(fù)載阻抗近似為恒定值。分頻器所用元器件的參數(shù)如表3所示。
    由于功放塊LM1876在工作時(shí)會(huì)有很多熱量產(chǎn)生，故需要為其加裝散熱器。筆者將報(bào)廢的CPU散熱片用電鉆打兩個(gè)小孔后作為功放電路的散熱片。裝配時(shí)，在主音箱的背板上用手鋸開(kāi)一個(gè)跟散熱器面積相仿的矩形孔，將散熱器內(nèi)壁朝內(nèi)插人此孔，并用密封膠封死，然后用螺栓將LM1876固定到散熱器上即可（電路板要與散熱器絕緣）。變壓器安裝在主音箱（以右聲道為例）底部，功放電路安裝在音箱內(nèi)合適的地方即可。主音箱內(nèi)部填充的吸音棉不能與功放電路中的散熱器接觸。