汽车音响系统主要由主机、功率放大器(简称功放)、扬声器、天线、声音处理设备及附件组成,如图2-5 所示,其电路连接如图2-6 所示。主机专业上称为“音源”,主要有无线电调频装置及录音再生机(收音机和CD 机等);功放的作用是将经过前级放大的音频信号进行功率放大(电流放大),用来驱动扬声器;扬声器在汽车音响中作为还原设备进行声音的还原,是决定车厢内音响性能的重要部件;天线用于接收广播电台的发射电波,通过高频电缆向无线电调频装置传送;声音处理设备包括均衡器、声音处理器、电子分频器等;附件包括电源分配器、熔断器、线材、接头等。

图2-5　汽车音响系统主要设备

(a)主机;(b)功率放大器;(c)扬声器;(d)天线

图2-6　汽车音响系统电路连接

1.主机

汽车音响主机主要有收音机、卡带机和CD 机3 种。目前汽车上单一的收音机已经很少,收音机大多与CD 机组合在一起,统称为CD 机,如图2-7 所示;卡带机使用录音磁带作为音源,使用的是模拟技术,其频响范围窄、噪声大,已经不能满足欣赏音乐的需要,属于过时产品(本章不再介绍);CD 机使用的是数字技术,现在很多CD 机还具有播放VCD、DVD、MD 和MP3 等功能。

图2-7　汽车收音机组成示意图

(1)汽车收音机。汽车收音机主要由天线、收音机电子控制器ECU、扩音器等组成,一般对汽车用收音机的要求是:安装方便,适应汽车的工作环境,具有体积小、质量轻、耐振性强、灵敏度高等特点。

(2)汽车CD 机。CD 机又称激光唱机,是以光盘为载体播放音乐的设备,如图2-8所示。该设备采用了先进的激光技术、数码技术、计算机技术和各种新型元器件,具有高密度记录、放音时间长(60～75 min)、操作简便、选曲快速等优点。它能逼真地重放录制的内容,层次分明,有临场感。其音响技术指标很高,动态范围大,频响宽度达5～20 000 Hz,失真度小到0.003%,抖晃率极低。

图2-8　汽车CD 机

①CD 机的性能指标。CD 机的性能指标见表2-1。

表2-1　汽车CD 机的性能指标

续表

②CD 机的种类。汽车CD 机按激光唱片的数量可分为单碟、三碟、六碟、八碟、十二碟等。不同种类CD 机的特点见表2-2。

表2-2　不同种类CD 机的特点

图2-9　汽车功放

2.功率放大器

功率放大器简称功放(图2-9),其作用是将从调音台输出的音频信号经过压限器、均衡器、激励器进行加工处理,最后将这个音频信号的能量进行放大来推动音箱,把声音送入声场。

(1)功放的结构与工作原理。功放一般由前置放大、驱动放大及末级功率放大三个部分组成。专业用的功放把这三部分一起安装在同一机箱里,为保证功放长期稳定可靠的工作及放声音质好,其中最佳方案是配置前置放大与驱动放大组成一体的前级和单独的末级功率放大级。

功放的工作原理其实很简单,就是将音源播放的各种声音信号进行放大,以推动音箱发出声音。从技术角度看,功放好比一台电流的调制器,它将交流电转变成直流电,然后受音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流按照不同的频率传输给音箱,这样音箱就发出相应大小和相应频率的声音了。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前音响消费的需求,民用音响中的功放已基本定型为两大类,即纯音乐功放和家庭影院AV 功放。

(2)功放的性能指标。

①输出功率。车载功放的输出功率有标称功率、额定功率、工作功率和音乐峰值功率4 种。标称功率是功放的最大不失真功率,指在负载为4 Ω、总谐波失真小于1%、输入1 kHz 的正弦波信号的情况下,功放所能输出的功率。额定功率也称连续正弦波功率,通常是标称功率的1/2。工作功率是功放工作时所输出的功率,它与输入信号大小有关,输入信号为零时,工作功率也为零;输入信号越大,其工作功率也越大,其值是动态的。音乐峰值功率指瞬态音乐信号在总谐波失真小于1%时,最高的峰值功率,它只表明功放的瞬态特性,通常会超过额定功率的4～8 倍。所有功放(包括主机)上标明的功率输出值都是峰值功率。

②频率响应。频率响应表示功放的频率范围和频率范围内的不均匀度。高质量功放的频率响应在20 Hz～20 kHz 内,不均匀度应保持在(正负)0.5 dB 以内。

③信噪比。指功放输出的信号电平与各种噪声电平的比值,用dB 表示,这个数值越大越好。一般功放的信噪比都在80 dB 以上,高质量的产品往往达105 dB,对于追求声音品质纯净的车主,这个数值不容忽视。(www.daowen.com)

④失真度。理想的功放应该是把输入的信号放大后,毫无改变地还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较,往往产生了不同程度的畸变,这个畸变就是失真。失真用百分比表示,其数值越小越好。失真度可结合功放另两个重要的指标“额定功率”和“最大功率”一起讨论。一台功放在其Rms 功率情况下工作,失真应该比较小,一般在0.5%～0.01%。Peak 功率或桥接时,信号可能产生变形、削波(波形信号不完整)等失真,失真度的比值也会因此增高,0.5%～1%都是正常的。失真度比值越小,音响效果越理想,这也是衡量一台功放好坏的重要指标。

⑤输入灵敏度。这是针对不同厂家,不同品牌的主机、前级音源而设置的调校电平,范围为100 mV～4 V 甚至更高,调音时须与音源匹配。

⑥输入阻抗。一般要求功放输入阻抗要高,常见值为10 kΩ 或更高。输出阻抗如果低,则输入阻抗就高。

⑦负载能力。车用功放在立体声时阻抗为2～8 Ω,个别特别设计的功放,阻抗可以低至0.1 Ω。这个时候,一台功放,则可以并接几十个低音单元,营造理想的声压级。

⑧工作电压。功放的电压一般都是12 V,和车内的供电电压一致 (有的车型是24 V)。为使信号动态范围更大,增强输出功率,一般在功放内都采用逆变升压技术,将12 V 电压升压至35～40 V,以便在电压波动时,功放的电源电路能自动调整电压,从而保证输出功率的稳定性。目前该技术已在功放内普遍使用。

⑨阻尼系数。指扬声器阻抗与功放输出阻抗的比值,该系数的大小会影响重放音质,通常阻尼系数大,表明功放的输出内阻很低。

⑩转换速率。单位时间内功放最高放大级将较强的信号激励放大为高压、强电流的交流音频的能力。转换速率高,转换能力好,音乐的层次及动态在结合扬声器时能更接近原声音地还原重现。

(3)功放的种类。功放按电路工作状态可分为A (甲)类放大器、B (乙)类放大器、AB (甲乙)类放大器和D (数字)类放大器。

①A (甲)类放大器。A 类放大器的工作原理是输出器件(晶体管或电子管)始终工作在传输特性曲线的线性部分,在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动,这种放大器失真小,但效率低,约为50%,功率损耗大,一般应用于家庭的高档机中较多。

②B (乙)类放大器。B 类放大器有两只晶体管交替工作,每只晶体管在信号的半个周期内导通,另半个周期内截止。该机效率较高,约为78%,缺点是容易产生交越失真(两只晶体管分别导通时发生的失真)。

③AB (甲乙)类放大器。AB 类放大器兼有A 类放大器音质好和B 类放大效率高的优点,被广泛应用于家庭、专业及汽车音响系统中。

④D 类放大器。D 类(数字类)放大器与传统的模拟功放工作原理不同,它属于开关型的音频功放,D 类使用的是PWM 技术,是一种开关频率随着时钟脉冲周期而变化的技术。其优点是失真小、抗干扰能力强、散热器面积小、体积小、质量轻、电源功耗小、转换效率高、具有AB 类的音质。目前其主要缺点是成本较高,随着现在软硬件技术的发展,数字功放的应用会越来越多。

3.扬声器

扬声器俗称喇叭(图2-10),它作为高保真放声系统的最后一个环节,作用是把功放输出的信号能量不失真地转变为空气振动的声能。通常把扬声器、音箱和分频器三者的组合称为“扬声器系统”。

扬声器按放声频率可分为低音扬声器(20～200 Hz)、中音扬声器(200～2 000 Hz)、高音扬声器(2 000～20 000 Hz)、全频带扬声器(20～20 000 Hz,甚至更宽)等,各类型扬声器的特点见表2-3。

图2-10　汽车扬声器

表2-3　各类型扬声器的特点

续表

4.天线

汽车天线将接收到的信号进行电子放大,并过滤信号,使收音机声音更清晰、频道更多。汽车天线主要有杆式天线、玻璃天线及自动天线3 种。

(1)杆式天线。杆式天线是一种可伸缩的金属棒,长约1 m,通常安装在前挡泥板或车顶等处,如图2-11 所示。

图2-11　杆式汽车天线

(2)玻璃天线。玻璃天线是在后风窗玻璃的中间层埋入0.3 mm 以下的细导线,通常通过印刷方式实现,如图2-12 所示。由于天线隐藏在玻璃上,因此也叫隐藏式天线。玻璃天线可以实现TV、FM、AM、CPS 等信号的接收。

(3)自动天线。自动天线是具有自动伸缩功能的天线,如图2-13 所示。

图2-12　汽车玻璃天线

图2-13　自动天线