一款4颗TDA7294组成的2.1功放板低音炮电路部分剖析和打磨

degame

      前段时间帮朋友做了一个10寸低音炮音箱，辐射器式。
在我这里试听时一切良好，低音力度十足，下潜深，低音解析力高（辐射器音箱的特点就是解析力高）。
但朋友拿回家后问题来了，总是跟我抱怨这个音箱力度不足，低音很混，与主箱的衔接也怪怪的，搞得我很郁闷，不明白为何在我这里听着很有感觉的音箱到他那里就不行了？
想来想去就很怀疑是他自己的炮放不行，因为他的炮放是自己网上买的一款7294的2.1一体式功放板。

     刚好最近朋友的这个2.1功放板坏了，一个声道不响，拿来给我修。好吧，我正好要好好剖析一下这个功放板的低音炮电路，为我的音箱正名。
但主声道我就不动它了，因为朋友反映主声道音质没问题，很符合7294的听感，胆味足，很耐听，就是低音炮不行，低音混得很，力度不足，软绵绵的，但开大声的话超低频震感强烈，
据他形容，开大声的话房间里的窗啊门啊都震得咯咯响。这个就好办，说明音箱的下潜能力没问题，低音炮通道功率没问题，两颗7294组成的BTL功放功率不容小视，问题应该就出在低音炮前级部分。

     下面先看看这个功放板全景图：

看起来还不错，6颗10000uF的主滤波电容，前级部分电容用料也不错，3颗CBB红色大电容负责3个声道的耦合，还带有喇叭保护和开机延迟电路。
电路共用了4颗运放，型号为2604，两颗负责主声道的前级音调，可以调主声道的高低音，另外两颗就是负责低音炮通道的前级。我把一个声道不响的故障修好后（其实就是一颗7294烧了，看来传说是真的，7294容易烧）就开始分析低音通道了。

    首先把低音炮电路图手工绘制出来：

很普通的低音炮前级电路：
第一级负责混合两个声道的信号并放大10倍；
第二级是个高通电路，经过计算截止频率为43.2Hz，Q值为2.71，非常高的Q，这么高的Q对低音的瞬态响应会产生致命影响，这个后面再慢慢分析。
第三级是个低通电路，经过计算截止频率为157.8Hz，Q值为0.74，比较合适的Q值。
第四级也是个低通电路，截止频率是17.3Hz~49.9Hz可调，但这个调整形式会造成Q值随着截止频率的调整而改变，变化为0.74~0.43，影响也不大。

下面是我的低音炮音箱的输出曲线：

后部分曲线上翘没关系，加上低通电路后就可以把它拉下来。
再看看没加前级时音箱的瞬态曲线：

关于这个瞬态曲线以前我也发过帖子分析过，怎么看呢？
就是看红线和黑线的重合情况，重合越好说明瞬态越好，图中显示的是50Hz处的瞬态情况，这种重合情况对倒相箱来说基本上合格了，事实上密闭箱的重合情况是最好的，几乎都重合在一起了，这里就不另外分析了。
再来看看群体延迟分析图：

在软件中把鼠标移动到50Hz处可查出50Hz处的延迟为6.3ms，与密闭箱几乎一致，说明该音箱速度感很好。

      记住上面关于对该音箱性能的分析，下面就把朋友的这个低音炮功放电路参数套入该音箱数据看看有什么变化：

在LSPCAD的滤波器界面增加3个滤波器，分别是一个高通，两个低通，元件参数完全照搬原电路图上面的，把上图中“无组件”前面的勾去掉，观察音箱的各个图表有什么变化：

音箱的SPL输出曲线变这样，工作频率变为38.35Hz~53.21Hz，真正的超低音音箱了，难怪感觉与主箱的衔接怪怪的，难怪朋友说开大声了房间里的门窗全部咯咯作响，这个频段特点就是这样，虽然低频的能量很大，但人耳并不能感受到很大声，所以这个低频会震得门窗咯咯响，但人耳却不会感受到有多大声。
那么这种情况行不行呢？能不能完全把它作为主箱低于50Hz的信号的扩展呢？
好像也行哦，但这也要求主箱的低频下潜能达到50Hz，否则整个系统合成的SPL曲线在50Hz到150Hz处就会出现一个大坑。
问题是能潜到50Hz的音箱本身就已经是个很大的音箱了，你起码要有10寸以上的主音箱，但是我要是有一对10寸的主音箱，下潜能到50Hz以下，那我还要低音炮干什么？

我们再来看看别的图表曲线：

这个是瞬态图，与上面的未接入前级的图相比可发现瞬态劣化了很多，黑线已不能很好的跟得上红线的变化，并且在红线信号停止后黑线还不能及时止震。

再看看群延曲线，在软件中把鼠标移到50Hz处可发现，该频率下的延迟已达到20ms，再结合严重劣化的瞬态图，难怪出来的低音浑浊不堪。

综上所述，我也不知道该功放板的设计者是怎么想的，至少这个功放板的低音炮参数并不适合我现在的系统。按照原电路参数，即使我们把低音炮通道当主箱50Hz以下的扩展的话效果也不会好，所以，有必要对该低音前级电路好好改造一番。

     下面我就改造过程慢慢一步一步分析给大家看，有什么不对的也请论坛各位前辈斧正。

第一步：根据经验，造成瞬态劣化的根本原因就是高通电路的设计不合理，所以原计划把高通电路好好改造一番。
             但试来试去发现，无论如何设计高通都不能达到理想的效果，最后决定，直接取消 高通电路。
取消高通后瞬态图变这样：

黑线几乎能跟上红线的变化了，瞬态几乎完美。
再查看群延图：

50Hz处的延迟也降到10ms，这下低音的瞬态和力度应该没问题了。
但输出的SPL曲线还不行：

工作频段变成34.02Hz~68.66Hz，还是太窄（原电路板上调整低频频率的电位器旁印着50~150Hz完全是乱来的），而且50Hz以上还是衰减太快，总体音量衰减也太大了。
所以，还需要对低通电路进行再改造。

第二步：改造低通电路参数，主要是提升一些截止频率，降低一点Q值。

改造后的元件参数如下：

第一级低通截止频率为277.1Hz，Q值0.43，第二级低通截止频率为232.2Hz，Q值0.47，然后再看看输出的SPL曲线：

工作频率是35.83Hz~155.75Hz，在工作频率范围内可获得比较平直的曲线，比较理想了。
再看看瞬态和群延：

瞬态很接近密闭箱，群延50Hz处也降到10ms以下了，整个状态很好，这个才是一个正常的低音炮的声音嘛。

     以上就是改造电路及元件的模拟过程，根据结果来看，效果符合要求。
在此不得不感叹现在的电脑软件的强大，可以在电脑软件上模拟我们想要的不同结果，不会像以前一样全手工计算和像瞎子一样摸石头过河。

    那么下面就是对电路板进行实际改装了，先改装第一级：

从图中看，第一级的作用是混合左右两声道的信号并进行10倍的放大，这一级往往被忽略，表面上看没什么问题，但实际上这种电路形式会有个问题：
这个电路的左右声道信号只是简单的通过两颗电阻混合起来，左声道的信号通过电阻串到右声道，右声道的信号也可以通过电阻串到左声道，
于是两声道信号产生了串扰，造成通道分离度下降，最终立体感下降、声场模糊。因此有必要也对第一级进行改造。
      混合多路信号的电路形式最成熟的效果最好的电路就是反相加法器，何为反相加法器？看下图：

这个就是反相加法器的典型电路，输入V1\V2\V3由于R5虚地的作用，相互之间不纯在串扰现象，使用反相加法器来混合左右立体声信号是最好不过的了。
我以前做过测试，断开左声道信号输入，只输入右声道信号，同时也断开右声道的音箱，这样由于左声道没有信号输入，则在左声道音箱中应该听不到声音才对。
当我使用正相放大器来混合左右声道，测试中就会在左声道的音箱中听到很大的声音，说明这个声音的信号是从右声道串扰过来，而且串扰信号很大，大大影响了2.1系统双声道的分离度，造成系统立体感下降，声场变模糊。
后来我把电路改为反相加法器，再次按照上面的方法测试，发现即使把音量调到最大，左声道音箱中也听不到任何声音，只有把耳朵贴近喇叭才能听到一些微弱的声音，说明反相加法器真的可以无视左右声道相互串扰的问题，大大提高了2.1功放的通道分离度，系统的立体感和声场得到了保障。

     所以，该低音炮前级电路中的第一级，必须要改成反相加法器，改好的电路如下：

改造方法也简单，先把C13、R16拆下来不用，使用一根导线把Re17短接，再使用一根导线把运放的2脚与Re15和R15本来相连的两脚再连起来就行了，如图所示。

接下来改造第二级的高通电路，把高通电路取消，最简单的方法就是把信号断开，绕过这一级直接接入下一级就行，但我这里稍微改了以下电路使这一级变为电压跟随器，无放大作用，如图：

先把R19和R18拆下来不用，C16和C17可拆可不拆，用一根导线把C16的原头和C17的原尾连接起来就行了。

第三级和第四级都是低通电路，电路形式不用改，就改一下其元件的参数就好：

如图所示，R20、R21、C18这三个元件拆下来，换上不同值的元件，蓝色是原值，红色是更改过后的值，C19不用动。

最后是第四级：

同样，R22、R23、C20、C21都拆下来更换新的不同值的元件，蓝色是原值红色是更改后的值。

     至此，该功放板关于低音炮通道的电路已全部改造完毕，感谢各位耐心读完。
改完后接上试听，这下低音终于正常了，恢复了我的音箱应有的低音音质，低音震撼有力，下潜极深，低音的解析力也极高，听着很有感觉。再也不会像之前那样，朋友说之前的低音听着门窗都跟着震，可是毫无好听可言，听音乐的时候还不得不把低音炮关了，因为实在太混了，初听感觉很震，听久了就发现不是那么回事。现在好了，低音炮可以一直开着，低音炮发出的低音很好的融入了主声道中，越听越好听。

     下面是改造过程中拆下的元件和改造过后的电路板：








补充内容 (2019-7-15 10:34):
想来想去还是需要补充一下，从该帖中我们可以看到，一个调谐准确的低音音箱，拥有一个专门设计的前级才能发挥出音箱该有的效果，很多朋友问我：我照着你的方法来改我的前级行不行？我只能说不行，不能保证最终效果。

补充内容 (2019-8-6 10:55):
由此我们可以看出，要玩好一个低音炮，低通前级、炮放、喇叭、箱体设计等每个环节必须要样样精心设计，忽略某个环节会都会对最终效果产生不好的影响，也就无法达到理想的最佳效果。[/colo...

swsw4321

谢谢分享，学习了，楼主成低音炮专家了

yygbs

真是很专业的分析，楼主的技术是哪学的？

degame

swsw4321 发表于 2019-6-2 20:23
谢谢分享，学习了，楼主成低音炮专家了

感谢关注，好像之前跟你讨论过一些低音炮的问题，你的炮弄好了没？

degame

yygbs 发表于 2019-6-2 21:05
真是很专业的分析，楼主的技术是哪学的？

发烧技术哪家强------HIFIDIY论坛是也……，呵呵，都是在论坛学的了。

kejie

高通C16 C17  容量为104是否与瞬态有关？

degame

kejie 发表于 2019-6-3 08:45
高通C16 C17  容量为104是否与瞬态有关？

不是单纯的跟那两颗电容有关，还有那两颗电阻，在我的测试中发现，不管使用何种组合，高通电路的加入总是会劣化瞬态，只是不同的组合有不同的Q值，Q值越大则瞬态越差，如果一定要加入高通，则最好把Q值控制在0.5以下，这样才能把对瞬态的影响控制在可接受的范围。
但是Q值过低的高通，会造成spl曲线低端下降过快，如图：

这个是使用了0.5Q值的高通的结果。
那么低Q值高通适合什么音箱呢？
适合这种低端有峰的音箱：

加入一个Q值为0.5，截止频率30Hz的高通后可把曲线拉平：

但是也会对瞬态产生不良影响：

所以我觉得，能不用高通就尽量不要用高通。

用高通可能是因为低音喇叭不大好，或是小口径的低音喇叭，这些喇叭口径小，冲程短，担心大动态下超低频信号会使喇叭打底失真，那么用个高通来限制一下冲程也是不错的，只是牺牲了一些瞬态。
如果你的低音喇叭是大于10寸的喇叭，并且冲程比较大，则不会有这方面的担心，那么如果再用高通的话就会画蛇添足，所以，对于大口径大冲程喇叭，取消高通是个明智之举。

luobu83

kejie

degame 发表于 2019-6-3 09:17
不是单纯的跟那两颗电容有关，还有那两颗电阻，在我的测试中发现，不管使用何种组合，高通电路的加入总是 ...

谢谢，对于已成型的箱体（10寸的辐射炮测得两峰值56HZ Qts 1.26，30HZ Qts0.73）。Qts值偏高时，通过电路将曲线拉平在听感上会更好吗？

degame

kejie 发表于 2019-6-3 10:02
谢谢，对于已成型的箱体（10寸的辐射炮测得两峰值56HZ Qts 1.26，30HZ Qts0.73）。Qts值偏高时，通过电路 ...

应该不会变好，因为用高通把曲线拉直了，瞬态却变差了，从听感上来说应该不会往好的方面发展。用DSP拉直可能行，DSP是数字音频处理器，用的是数字电路来处理的，应该不会存在Q值导致瞬态变差的问题。
但好的DSP很贵，似乎就用来处理个低音炮感觉有点大材小用。

degame

luobu83 发表于 2019-6-3 09:53

老兄想说什么呢？怎么一片空白？

miao0771

degame 兄，偶得一个劲浪11寸喇叭，帮忙看一下参数，如果做密闭箱或辐射器式低音炮合适吗？

杨勇军

好贴，学习了

degame

miao0771 发表于 2019-6-3 11:53
degame 兄，偶得一个劲浪11寸喇叭，帮忙看一下参数，如果做密闭箱或辐射器式低音炮合适吗？

初步模拟了一下，很典型的汽车喇叭啊，做密闭箱，可把箱体做小到18升，配上低通，下潜为46Hz。
做辐射器箱，需要30升的箱体，两个10寸辐射器或单个12寸辐射器可做到35Hz的下潜。
也只是初步模拟，你要是决定要做哪个箱体的话告诉我我再给你详细信息。

luobu83

luobu83 发表于 2019-6-3 09:53

我擦咧，我早上是回复了一堆文字，怎么发表出来就变空白了！

楼主是高手！这贴要顶起，给了我一个新的方向，以前老是觉得自己的炮不行，估计用这软件也能帮我处理问题，这个软件叫什么？
另外7294是不错的，但要注意用法，如果用于btl的要注意喇叭不能低于8欧，而且供电电压有限制

degame

luobu83 发表于 2019-6-3 16:29
我擦咧，我早上是回复了一堆文字，怎么发表出来就变空白了！

楼主是高手！这贴要顶起，给了我一个新的 ...

这软件就是LspCAD啊，坛子里面音箱板块的人都用吧，用好了自己制作音箱很方便。

miao0771

degame 发表于 2019-6-3 16:04
初步模拟了一下，很典型的汽车喇叭啊，做密闭箱，可把箱体做小到18升，配上低通，下潜为46Hz。
做辐射器 ...

好的，先谢谢了

gan000mf

楼主高手。在此请教一个问题，有对惠威D1080MKII的有源音箱，功放部分坏了（不想修了，有其他功放），想把它改成能听听的无源有没有什么较好的方案呢？

degame

gan000mf 发表于 2019-6-3 17:55
楼主高手。在此请教一个问题，有对惠威D1080MKII的有源音箱，功放部分坏了（不想修了，有其他功放），想把 ...

这箱子是电分的哦，要想自己加功放有点难度，需要画出前级的电路图，获得前级的元件参数及设定的分频点，然后再根据这分频点再自己设计一款带电分前级的功放。如果改功率分频就更麻烦了，需要用论坛的音箱测量套件测到喇叭的参数及曲线再去设计分频器，这样才能获得最佳效果。当然，如果嫌麻烦可在高音喇叭上简单的串一颗分频电容，容量大小需要你自己不断试听及尝试，这样，即可使用一款普通功放就能推动了。

miao0771

degame 发表于 2019-6-3 16:04
初步模拟了一下，很典型的汽车喇叭啊，做密闭箱，可把箱体做小到18升，配上低通，下潜为46Hz。
做辐射器 ...

确定做辐射器箱了，密闭箱太吃功放功率了。找了两个10寸喇叭去掉磁体，喇叭边的材质也不一样，不知可不可以用