声音信号分频与频谱分析器.doc

电子电路综合实验报告 学号 61309101

东南大学

电子电路综合实验报告

声音信号分频与频谱分析器

姓 名： 石 宇 学 号： 61309101
专 业： 高等理工实验班 实 验 室： 5 0 2
实验时间：2011年07月02日 报告时间： 2011年07月03日

目录

一、选题背景-----------------------------------------------------------------------2
二、总体要求-----------------------------------------------------------------------6
三、实现方案的考虑与选择-------------------------------------------------
四、各个模块介绍与说明-----------------------------------------------

五、技术路线-------------------------------------------------------------------

六、总结----------------------------------------------------------------------
七、参考文献--------------------------------------------------------------------

一、选题背景
我们知道，声音的频率范围是在20Hz―20kHz之间，祈望仅使用一只扬声器就能够保证放送、20Hz―20kHz这样宽频率的声音是很难做到的，因为这会在技巧上存在各种各样的问题和艰苦。所以，在通常情况下，高质量的放音系统，为了保证再现声音的频率响应和频带宽度，在专业范围内大都采用高低音分离式音箱放音，而采用高低音分离式音箱放送声音时，就必然要使用分频器。
高下音分离式音箱使用分频器的起因
　　所谓高低音分离式音箱是指声音的高频部分由一只高音扬声器放音，低频部分则由一只低音扬声器放音的音箱，而不是由一只扬声器完成全部音频频段放音的任务。在专业音箱中，高音单元一般为号角式扬声器，低音单元则有直射式和睦流式等多种情势。不论是内分频仍是外分频，高低音分离式音箱都要采用分频放音的方案，其重要原因有以下3个方面。
1．使各种扬声器都工作在最适合的音频段
振膜尺寸和材料不同的扬声器，其最佳工作频带也不同。口径越大的扬声器，则低频特性就越好。所以，在其余前提雷同时情况下，18英寸的低音效果确定优于15英寸的低音后果就是这个情理。
振膜材料的刚性跟脆度越好、品质越轻，放音的高频特性就越好。良多高音扬声器采用钛膜或铟膜作为振膜材料，就是为了进步其高频特征；而低音扬声器的振膜个别采用纸、碳纤维、防弹布和橡皮(边)等资料，以利于低音再现。
　　使用分频器可以将高频信号送到高音扬声器中，低频信号送到低音扬声器中，高、低频信号各行其道，尽可能大天时用了各自扬声器的工作频带上风，以保障不同工作频段的扬声器充足施展作用，使各频率的放音特性更加均衡一致。
2。战胜不同频率声音扬声器振膜振动幅度不同所引起的切割失真
　　扬声器发音时，其振摸的低音振动幅度大、高音振动幅度小。从实践上讲，扬声器纸盆的振动幅度与再现声音频率的平方成反比，即统一扬声器振膜，在相同幅度的信号电压作用下，频率越低，振幅越大，也就是说，假如频率增添10倍，振幅将减少10的平方倍，即100倍。
　　如果我们用一只扬声器产生很宽频率范围的声音，由于振膜机械机能的限制，同时存在振幅十分宽的振动变更是无比难题的，这就必将发生声音切割失真的现象，使再现声音质量受到一定影响。
　　研讨发明，切割失真对低音的影响最大，当低音扬声器放送低音的同时,台北县立土城国中九十二学年度下学期第二次段考自然与，只要还有高音成分存在，就必然会导致切割失真,五夜神，使低音出现颤抖、发颤的现象。当然，高音扬声器出现切割失真也会使高音出现沙哑的声音，只是影响没有低音大罢了。
3．减少同一音箱中的不同扬声器之间产生的声音干涉现象
　　对于高、低音分离式音箱中的高音扬声器和低音扬声器来说，固然它们的工作频段不同，但是如果将全频信号不加分频地送人高音扬声器和低音扬声器，肯定会出现高、低音扬声器同时发出相同声音的情况，当不同扬声器的相同声音相遇时，就很可能发生声波相互干涉现象。
　　有一点声学常识的人都知道，一旦出现声音干预景象，就会出现梳状滤波效应、驻波等一系列问题，这些问题均会不同水平地影响声音的良好再现。
　　设置分频电路后，高音和低音扬声器分别失掉自己最佳工作频段声音信号，它们之间发出声音的频率范围几乎不笼罩，除音箱分频点和分频交叉区域还会存在少量干涉外，其余频率声音的干涉现象根本就不再存在了。
　　分频点和分频交叉区域会存在声音干涉现象的原因很简单，由于分频器的分频衰减率不可能做得无限大，在分频交叉区域，尤其是在分频点，高音扬声器和低音扬声器会同时存在对方频段的声音，这时出现声音干涉现象在劫难逃。所以说，分频器的分频衰减率做得越高，分频交叉区域就越小，扬声器问的声音干涉就越小。
分频器的分类
分频器有两大类：一类是被动分频器(PassiVe Crossover)，亦称功率分频器；另一类是主动分频器(Active Crossover)，亦称电子分频器。
　　1、被动分频器
　　被动分频器是一种音箱内置分频器，由电容和电感滤波网络形成，其特色是分频网络设置在功率放大器和扬声器之间。这种分频器把从功率放大器直接出的全频音频功率信号分为低音和高音或者低音、中音和高音，将分频后的信号按不同频段调配给各频段扬声器。在全频高、低音或高、中、低音主动分频音箱中，均由被动分频电路实现分频义务。
　　被动分频的长处是：首先，构造简略、成本低，与音装置在一起，毋需调整，使用便利；其次，在系统连接方面较为轻易，只有给功放输入全频信号，将功放与音箱连接在一起就可以实现全频放音；第三，需要的功率放大器少，一般一台功放可以带两只全频被动分频音箱，故系统成本较低。
　　被动分频的不足是：首先，分频网络要承当加到扬声器上的很大功率和电流，所以要用较大体积的电感，而且由于电感的参数与扬声器阻抗有着直接关联，而扬声器的阻抗又是频率的函数，与标称值偏离较大，因此误差较大，盘算较难；其次，功率放大器输出的功率音频信号通过电容和电感滤波器后，必然会由于电容和电感的非线性而造成失真，声音失真再所未免；第三，从功放输出的音频功率信号，每经过一个电容和电感器件都会造胜利率信号的损失，所以被动分频的功率信号损失较大；最后，分频衰减率不能做得太高，一般最大12dB／倍频程，分频交叉区域的干扰偏大，这是因为被动分频器提高分频衰减率的道路是增加电容器或电感器，也就是滤波阶数，但是增加电容器或电感器的个数，就象征着随之增长信号失真和功率损失,，提高分频衰减率的结果是带来了其他更多的问题。
　　顾名思义，被动分频是一种“无奈”：的分频方式，功放输出的全频功率信号不得不要分频，不分频就会导致一系列问题，故只能被迫将功率信号分频处理。民用音箱为了下降系统本钱，全体采用被动分频方式。专业音箱因为与民用音箱在要求、听音主体以及使用职员等方面存在着很大的不同，故除了被动分频方式音箱外，还有主动分频方式音箱。
　　2．主动分频器
　　主动分频器是一种将全频音频弱信号进行分频的装备，一般由有源电子线路分频系统构成，其特点是分频系统位于功率放大器前，将全频音频弱分频后，把低音、高音或低音、中音、高音信号分离送至各自功率放大器，而后由功放分辨输出到低音、高音或低音、中音、高音扬声器，这种方法被称为主动分频，因工作在弱信号情况下，故可用小功率的电子有源滤波器实现分频。
　　被动分频的音箱的各扬声器单元均设有本人的功率信号接口，有些高、低音分离式音箱可以有主动分频和被动分频两种连接方式，这类音箱的背地都设有主动分频(Active)与被动分频(Passive)转换开关，有些音箱上的这种转换开关还装有锁定机构，防止产生误拨动情况。当采用主动分频方式时，一定要将分频方式转换开关拨到“Active”一边，将高音功放接高音(Hi2h)输入、低音功放接低音(Low)输入。
　　主动分频的优点许多，一是由于采用弱信号电子线路信号进行分频处理，故声音信号丧失小、失真小，再现音质好；二是分频衰减率可以较被动分频做得更高，达到24dB／倍频程很容易，分频交叉区域较被动分频小得多，分频交叉区域中的高、低音单元声音之间的烦扰基础上被克服了；三是可调性好，电声指标高。
　　主动分频的不足没有一条是波及音质方面的，其主要问题在于：一是成本高，投资大。由于主动分频方式高、低音每路分别要用独立的功率放大器，故使用功率放大器多，如一对二分配音箱要用两只功放推进；二是增加一台电子分频器，这就使得在连接和调整方面增加使用难度。

传统功率分频器

立体声被动分频器

两分频音响

二、总体要求

实验总体目标

具体技术要求

三、实现方案的考虑与选择

四、各个模块的介绍与说明
1、滤波器的设计

2、ADC0809的应用

3、430单片机的使用

4、LED点阵显示

五、技术路线

六、总结

七、参考文献

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