摘要此次工程实训我们的课题是设计一个“有源音箱”。

有源音箱主要由电源模块、前级放大和音量调节模块、功率放大模块、分频器、扬声器以及音响箱体组成。

电源模块则为功放和前级模块提供电能，前级放大器主要负责信号的电压放大、音量控制、多路音源的切换、音调调整以及阻抗匹配等功能，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

分频器的作用是将中低频与高频分开后分别送入中低音扬声器和高音扬声器。

扬声器又称“喇叭”，是一种电声换能器件，重放声音使声音更响。

音箱箱体最原始的作用是保护扬声器不受到外力的破坏，主要作用是辅助喇叭将声音还原使音质更好。

关键词：有源音箱；扬声器；功率放大器；集成功放；目录摘要1一、概述 (3)二、有源音箱的理论分析 (6)三、有源音箱的设计与制作...........................................................................................................................四、测试总结................................................................................................................ 错误!未定义书签。

参考文献致谢 (33)附录34一、概述（一）音响的发展现状电视、冰箱、空调、楼房……无数人们曾经梦寐以求的东西，如今渐渐地成为了人们的精神生活和物质生活的必需品。

家用电器很早以前还是咱老百姓生活的奢侈品，如今纷纷披上了“必备”的外衣。

但是在众多家电产品中有一类产品始终站在消费类产品的行列中纹丝不动。

不论贵贱，百姓对于它的认识更多的是定义为提高生活品位的“奢侈品”，它就是音响。

音乐对于人们来说就是建立在物质满足基础上的精神享受，因此音响天生也就只是为那些希望提高生活品位，丰富生活内容的人们所制造的。

音响的种类极其繁杂，按大小分从最小巧的随身听设备，到功率数百瓦上千瓦的专业发烧音响设备；按照类型分又可以分为一体式音响以及功放、音响分开式的组合音响；按照功放、音箱的类型可以分为晶体管功放、电子管功放，音箱又可以根据发音单元分为锥盆单元、平板单元、球顶单元、带式单元等类型，根据箱体声学结构又可以分为密闭箱、倒相箱、无源辐射器音箱、传输线音箱……市场上较好的音箱品牌有惠威、山水SANAUI、博士Bose、JBL、飞利浦、杰伟世、先锋、天龙、爱浪、雅马哈等。

（二）音箱的认识音箱又称扬声器箱，它是把工作在不同频段的扬声器置于专门设计的箱体内，经分频器把功率放大器的输出信号，分成高频、中频、低频信号后，分别送往各相应的扬声器进行重放的系统。

音箱的种类很多，功能范围各异，分类方法也各不相同，常用的分类方法如下:按用途分:落地式音箱、有源音箱、环绕音箱、书架式音箱。

按工作频率分:超低音音箱、多分频音箱、2分频音箱、3分频音箱。

按内部结构分:密封式音箱、倒相式音箱、空纸盆式音箱、对称驱动式音箱、迷宫式音箱、哑铃式音箱。

①密封式音箱结构如图 (a)所示。

它是由箱体、扬声器、吸音材料构成。

音箱后面是密封的，前面留有扬声器口，它将扬声器安装在一个完全封羽的箱体中，箱体的声音基本上被封罚，把扬声器前、后的声波给隔开。

特点：具有较好的低频响应、重放低音深沉，又由于音箱是全封闭(除扬声器外)，故防止了声短路现象。

但该种音箱内的空气有阻尼作用，影响了音箱的共振频率和品质因数。

又由于音箱内的吸音材料，消耗掉部分声能，所以密封式音的灵敏度较低。

②倒相式音箱结构结构与封闭式音箱基本相同，只是在音箱的面板上开了一个倒相孔，在箱内安装有倒相管，倒相孔的作用是把扬声器辐射出的声波经倒相管绕，与扬声器前面的声波叠加，达到改善频率特性使低频更加丰富，能使低频段的灵敏度提高5dB。

倒相式音箱的结构如图 (b)所示。

特点: 具有灵敏度高、性能稳定的优点。

同时还能利用箱体和管道的共振作用，扩展低频，使低频效果增强，改善低频下限的振幅失真。

该音箱的不足之处是瞬时特性不如密封式音箱。

③空纸盆式音箱结构空纸盆式音箱是在倒相式音箱的基础上发展而成的音箱。

音箱内安装有一个扬声器和一个空纸盆，空纸盆安装在倒相式音箱倒相孔的位置上。

特点：与倒相式音箱基本相同，由于空纸盆的作用，使该种音箱的灵敏度更高。

④迷宫式音箱结构如图(d)所示，从图申可看出其结构较复杂，而且体积较大，在内部设有许多有吸声作用的隔板。

特点: 频率特性好，低频更丰富，由于有隔板的结构使音箱声波的辐射更有增强。

由于成本较高，使用者并不多。

⑤哑铃式音箱结构如图 (e)所示，它由两只低音扬声器和一只高音扬声器组成，两只低音扬声器安在上下位置，高音扬声器安在两只低音扬声器的中间。

两只低音扬声器采用并联或串联的接法，在音箱工作时，两只低音扬声器的振幅和相位完全一样，这样将使声源位置定位于两只低音扬声器的对称点上，即高音扬声器的位置上。

这种接法避免了各种频率音源的分离感，也使扬声器可以承受较大的输入功率。

⑥对称驱动式音箱结构是把两只扬声器重叠安装在一起，在音箱工作时，两个扬声器进行周期振动，使扬声器周围的空气加强振动，这样可获得与大容积音箱一样的重放效果，使低音纯厚。

⑦落地式音箱是一种体积较大的音箱，有内两只低音扬声器和一只高音扬声器，或是用一只低音扬声器构成了分频式。

适用于房间面积较大及较大的场合使用。

（b）目前使用最广泛的是封闭式音箱、倒相式音箱。

我们本次设计的箱体是从这两者之间考虑。

我们本次的任务是（1）设计一套2×20W二分频有源音箱。

（2）设计完成电源、功率放大器、分频器及音箱箱体。

（3）设置有电源开关、音量调节、输入音源端子。

二、 有源音箱的理论分析有源音箱是由音箱箱体、扬声器、放大器、分频器、电源及吸声材料等组成。

2.1 箱体分析音箱的箱体结构虽然有多种，但应用最多的还是密闭式和倒相式。

在这里，我们有两个方案，一是采用密闭式，另一个是采用倒相式。

下面我将对这两种方案稍作分析。

方案一、采用密闭式箱体密闭式音箱是结构最简单的扬声器系统，由扬声器单元装在一个全密封箱体内构成，它能将扬声器的前向辐射声波和后向辐射声波完全隔离，但由于密闭式箱体的存在，增加了扬声器运动质量产生共振的刚性，使扬声器的最低共振频率上升。

密闭式音箱的声色有些深沉，但低音分析力好，使用普通硬折环扬声器时，为了得到满意的低音重放，需要采用容积大的大型箱体，新式的密闭音箱利用封闭在箱体中的压缩空气质量的弹性作用，尽管扬声器装在较小的箱体中，锥盆后面的气垫会对锥盆施加反驱动力，所以这种小型密闭音箱也称气垫式音箱。

理论分析在扬声器装入封闭音箱时，整个系统的低频共振频率f 0c 可由下式求出：V m a f f oc 042355+= [HZ]由上式可导出封闭式音箱的内容积表达式：0024355m f a V α=有效式中1200-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ff cα或1200-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=QQ cα箱体的总容积： V5.001）（总+=V方案二、采用倒相式箱体低音反射式音箱也称倒相式音箱，在它的负载中有一个出声口开孔在箱体一个面板上，开孔位置和形状有多种，但大多数在孔内还装有声导管。

箱体的内容积和声导管孔的关系，根据亥姆霍兹共振原理，在某特定频率产生共振，称共振频率。

扬声器后向辐射的声波经导管倒相后，由出声口辐射到前方，与扬声器前向辐射声波进行同相叠加，它能提供比密闭式音箱更宽的带宽，具有更高的灵敏度，较小的失真，理想状态下，低频重放频率的下限可比扬声器共振频率低20%之多。

这种音箱用较小箱体就能重放出丰富的低音，是目前应用最为广泛的类型。

管子直径d的计算公式：2Sd=1.1cm2.2电源的原理分析设计一直流稳压电源得到正负25V和正负15V分别给LM1875芯片和NE5532芯片供电。

方案一：采用稳压芯片LM317和LM337得到正负25负的电压给功放供电，并将这输出电压输出电压作为LM7815和LM7915的输入，最终得到正负15负的电压给前级的运放供电。

方案二：直接采用双18V的变压器输出电压经过整流滤波得到正负25V的电压给功放供电，并将这输出电压输出电压作为LM7815和LM7915的输入，最终得到正负15负的电压给前级的运放供电。

经过计算功放的最大输出电流达到3.125安培，而LM317和LM337芯片的最大承受电流为1.5安培，所以方案一不可行。

最终决定采用方案二。

2.3前级放大与音调调节原理分析方案一:前级放大与音调以LM324芯片作为运放，其增益为：Vo=R11/R10;运用此芯片时，电路噪声系数较大，LM324输入失调电压2mV,温度漂移7uV/℃，偏执电流200nA,消耗电流450uA,电压增益100dB,增益带宽积GB=1MHz,功耗570mW，转换速率1V/us。

方案二：前级放大以NE5532芯片作为运放，其增益为：Vo=R11/R10；NE5532输入失调电压500uV,温度漂移5uV/℃，偏执电流45nA,消耗电流8mA,增益带宽积GB=10MHz,功耗1000mW.转换速率9V/us。

由于NE5532比LM324转换速率更高，具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。

因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器，更适合于高保真音响的制作，所以选择方案二。

1、LM324的介绍LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

2、LM324的特点（一）短路保护输出（二）真差动输入级（三）可单电源工作：3-32V（四）底偏置电流：最大100nA（LM324A）（五）每封装含四个运放（六）具有内部补偿功能（七）共模范围扩展到负电源（八）行业标准的引脚排列（九）输入端静电保护功能1、NE5532的介绍NE5532是高性能低噪声双运算放大器(双运放)集成电路。

与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。

因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。

用作音频放大时音色温暖，保真度高。

2、NE5532的特点（一）小信号带宽：10MH（二）输出驱动能力：600Ω，10V有效值（三）输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值)（四）直流电压增益：50000（五）交流电压增益：2200-10KHZ（六）功率带宽： 140KHZ（七）转换速率： 9V/us（八）大的电源电压范围：±3V-±20V（九）单位增益补偿2.4 功率放大模块原理分析功率放大器理论分析在功放芯片的选择中，应先考虑与扬声器的阻抗匹配和功率匹配问题。