用大牌部件，DIY土炮音箱(续篇) ——大音量时喇叭拍边失真的处理

方位

    上次撰文简单介绍了笔者用狄芬尼提CLR3000低音炮线路板，狄芬尼提8寸64欧姆350W高阻抗大功率扬声器，罗技8寸无源辐射器，及8寸喇叭音箱箱体DIY了一套无源辐射器式低音炮的过程。
经过这段时间的使用，发现音箱播放超低频强劲的音乐，如：风动东京，闲云孤鹤等曲子时，室内家具门窗共振得厉害，另外，加大音量，喇叭也拍边失真。

故障处理：
对于喇叭拍边失真，怀疑电路元件故障。通过实际测绘其电路图，发现其元器件无明显异常。用胜利牌2015H信号发生器输出20-200HZ的正弦波给低音炮的信号输入端，以1HZ为间隔调整输出正弦波频率，发现低音炮喇叭实际发出声音的频响范围为40-180HZ。
在40—70HZ范围里，低音炮喇叭有拍边失真现象，从现象看，频率越是低端，低音炮功放的拍边失真现象明显，有点像电源内阻过大造成。查看功放板到前级板的连接线线路较长，容易引入干扰；而前级板上+—15V供电端的滤波电容只用了2个0.1uf小电容，容量偏小。于是，给前级板上+—15V端再并470uf/25V电容各一个。试听一下，拍边现象得到改善。乘胜追击，将主板上电源滤波电容C5,C6,C11,C16,C21,C27均换新。
而音箱会引起门窗共振，怀疑DIY的箱体内存在驻波，于是给箱体内部各个表面都粘上吸音海绵。再开机，低音炮引起室内家具门窗共振已经明显减轻，喇叭拍边失真的故障现象几乎很难察觉。

电路板原理简介：
狄芬尼提CLR3000左中右这三个主音箱都各自内置有源低音炮。笔者购买的CLR3000线路板其实是安装在狄芬尼提左(L)中(C)右(R)三个主音箱里面的有源低音炮功放板，可以降低主音箱对功放左中右三声道推动功率的要求。因为这三个声道中最消耗功率的低音部分还音是由狄芬尼提三个主音箱内置有源低音炮自己解决了。
由于网上资料难寻，笔者通过对CLR3000低音炮线路板电路的实测，剖析揭示其靓声所用的技术，供读者参考。（除了前级电路略有不同，其功放电路，电源电路与PROSUB 60低音炮的电路一样，（实测电路图的元件序号笔者自编，元件取值为实测值）。

音频信号流程：来自功放输出的高电平信号经过U1(3/4)及U1(1/4)缓冲；来自音源或前级放大器的低电平左右声道信号经过U1(1/4)缓冲输出后分2路。一路至音量电位器VR1，一路至自动开机/待机电路。经过音量电位器VR1的音频信号，再经过U1(4/4)与外围元件组成的低通滤波电路输出（频率上限在180HZ）的低音信号。低音信号再经过U1(2/4)组成的高通滤波电路滤除扬声器不能出声的极低频信号，以防电路失真及过载。低音信号再分3路：一路至过载保护电路U4(1/4)，一路至U3(4/4)缓冲，一路经C404使得其电平幅度受控于多频段动态范围优化（动态压缩）电路。
U3(4/4)缓冲后的低音信号，分配给多频段动态范围优化（动态压缩）电路以及数字耦合（低压侧）电路。VR2用于调整输入数字耦合电路的电平（U3(1/4)的2脚），微调工厂调整用可变电阻VR2给数字耦合电路输入的信号电平高些，音箱输出声音的电平就高些。
U3(1/4)缓冲后的低音信号经过数字耦合（低压侧）电路变为PWM方波信号后，经过功放板的光耦IS01耦合至数字耦合（功放板高压侧）电路再恢复为正弦波低音信号后，经过U3（2/4）缓冲及U3(3/4)低通滤波，使得低音更纯净，再经过U3(4/4)高通滤波电路进一步滤除扬声器不能出声的极低频信号。U3驱动由推动管Q5,Q3,功放管Q1与推动管Q4,功放管Q7组成的准互补对称甲乙类功放电路推动扬声器发声。Q2用于功放管偏置电压调整及温度补偿。

本音箱所用技术，
归纳起来主要有：多频段动态范围优化（动态压缩）以及数字耦合专利技术，高压直供电源等。
多频段动态范围优化（动态压缩）电路：
低音音频信号经过C404输入U2的射极跟随器输入脚7脚，射极跟随器输出脚8脚将音频信号经过R407输入U2的跨导运放负输入端4脚，其运放从5脚输出放大的音频信号与原输入7脚的信号混合。5脚输出的音频信号有2个特点：由于射极跟随器8脚输出的信号是从跨导运放的负输入端4脚输入，所以跨导运放5脚输出放大的音频信号与原C404输入7脚的信号反向，有抵消作用；另外，这个反向放大的音频信号电平受跨导运放的增益控制。而跨导运放的增益受增益控制脚1脚的控制电流控制。
U3(4/4)输出的低音信号输入全波整流检波电路U5(1/4)，输出检波信号。检波信号输入电平比较电路U5(2/4)比较。U5(2/4)其负输入端R906接有V—偏压，与电路其他元件取值决定动态压缩起控电平。比较后输出的控制信号经过D902，C803取样保持。控制信号控制Q9的B极电流，Q9的C极控制U2跨导运放的增益控制脚1脚的电流。
当输入U5(1/4)的低音信号电平变高时，加给Q9的B极的负电流变大，导致Q9的C极把跨导运放U2的增益控制脚1脚的控制电流变大。而控制电流越大，跨导运放的增益越大，5脚输出放大的音频信号电平越大。根据前面所述，输入低音信号越大，跨导运放5脚输出放大的音频信号与原C404输入7脚的信号抵消作用越明显。当输入U5(1/4)的低音信号电平变低时，则相反控制，跨导运放5脚输出放大的音频信号与原C404输入7脚的信号抵消作用变的不明显。而U2的1脚外接电阻R411,R802,R801取值也是通过合理计算的，使得1脚在控制电流最大时，跨导运放5脚输出放大的音频信号与原C404输入7脚的信号抵消后（输入U3(4/4)的低音信号）的电平仍在音箱最大不失真电平范围里。通过上述控制过程，达到实时控制音箱低音动态范围的目的。
多频段动态范围优化（动态压缩）电路使得低音炮在小音量时低音充足，大音量时则能降低削波失真造成的破音现象。

数字耦合电路：低音信号经过VR2输入运放U3(1/4)放大，放大后的低音信号经过C613后输入PWM脉宽调制电路U4(3/4)的负输入端8脚。D612,D7,R613,C6，C605产生40KHZ左右的三角波也输入U4(3/4)的负输入端8脚。U4(3/4)的输出端14脚输出受低音信号调制的 40KHZ左右的PWM（脉宽调制）方波，其PWM方波输出2路。一路PWM信号输入电压比较电路U4(2/4)的负输入端6脚, 方波经过缓冲整形从U4(2/4)的1脚输出，控制三极管Q78，Q78驱动光耦IS01(在功放板)内部的发光管以40KHZ左右的PWM方式工作在点亮和熄灭状态。一路PWM信号输入电压比较电路U4(4/4)的正输入端11脚, 方波经过缓冲整形从U4(4/4) 输出端13脚输出，方波经过R610,R501,C1组成的积分电路，把方波恢复为正弦波低音信号。正弦波低音信号经过U3(2/4)的滤波放大后与经过VR2过来的原低音信号一起输入运放U3(1/4)的负输入端2脚。由于恢复后再输入运放U3(1/4)负输入端2脚的正弦波低音信号是经过U3(1/4),U4(3/4),U4(4/4),U3(2/4)多级电路处理而来，使得其相位与VR2过来的原低音信号反向，所以恢复后的正弦波低音信号在电路中起得是负反馈作用。不但使得U4(3/4)调制的PWM信号失真更低，一定程度上也起到压缩动态范围的作用。
功放板上的光耦IS01内部的光敏管接收IS01内部的发光管的光线后，以40KHZ左右的PWM方式工作在开关状态。IS01的光敏管控制三极管Q11的B极，Q11的c极输出的PWM方波经过R40,R36,C19组成的积分电路，把方波恢复为正弦波低音信号。信号输出至功放电路。
U3(3/4)是用于给数字耦合电路各个电压比较电路提供Vref参考电压。
运用光耦隔离高低压电路，使得低压侧电路在低供电电压下工作，保证了使用者的安全。虽然低音信号经过多频段动态范围优化（动态压缩）电路压缩了动态范围，但是，低音信号其动态范围仍可能超过一般光耦的线性工作范围（一般光耦的线性范围小于晶体管），传送可能会造成信号失真。将低音信号调制成PWM信号使得光耦工作在开关状态，避免了非线性失真，也降低了外界杂波对音频信号的干扰。而PWM恢复为正弦波用一般积分电路就可以实现。由于在光耦传送的是0和1的数字信号，所以该专利叫数字耦合。

高压直供电源：低音炮功放电路的供电直接取市电（220V或110V）整流滤波而来，低音炮的输出功率完全取决于扬声器的功率和功放管的功率，不再受变压器容量的限制。所以，其功放管用的是耐高压的大功率场效应功放管IRF840，扬声器用的是60欧姆/350w高阻抗大功率扬声器，使得小音箱也有较大功率输出及深潜饱满的低音效果。
低音炮的电源可通过跳线工作在220V或110V供电电压。工作在220V供电电压时，R2位置要接上0欧姆电阻或短接跳线，市电通过整流桥D1全波整流，C4,C3滤波，由于电容容量一样，2个电容分压获得+—150V电压供给功放电路，功放板+—15V由Z2,Z3稳压而来。工作在220V供电电压时，给前级板供电的小变压器的R26位置要接上0欧姆电阻或短接跳线，使其2个初级绕组串联。其次级绕组经过D2,C11与D3,C16整流滤波获得正负电压。负电压经过Z5稳压获得—15v电压。而+15电压稳压由Q6，Q8和Q9实现，稳压值由取样电阻R46,R47经R56控制Q9实现。
工作在110V供电电压时，R3位置要接上0欧姆电阻或短接跳线，市电通过整流桥D1整流，C4,C3滤波后， 2个电容也获得+—150V电压供给功放电路。原理：电压正半周时，电流从L经过整流桥的B经过C4电容到R3回到N，C4电容两端整流滤波获得150V电压。电压负半周时，电流从N经过R3经过C3到整流桥的A回到L，C3电容两端整流滤波获得150V电压。工作在110V供电电压时，给前级板供电的小变压器的R17，R27位置要接上0欧姆电阻或短接跳线，使其2个初级绕组并联。其次级绕组经过D2,C11与D3,C16整流滤波获得的正负电压与220V供电电压时一样。

开机/待机控制电路：U1(1/4)输出的音频信号经过U5(3/4)放大后输入跨导运放U2的负输入端13脚，16脚电阻设定跨导运放的增益，从其射极跟随器9脚及Q1输出高低电平给U5(4/4)的13脚。U5(4/4)14脚输出高或低电平，电平转换的起控值由其外接电阻电容取值设定。当低音炮有信号输入，U5(4/4)14脚输出高电平，开机指示灯点亮，同时使得Q89的B极高电平， Q89的C极不把U2的1脚下拉，U2正常工作。当低音炮无信号输入，U5(4/4)14脚输出低电平，开机指示灯熄灭，同时使得Q89的B极的负电流变大，导致Q89的C极把跨导运放U2的增益控制脚1脚的控制电流变大。而控制电流取值也是通过合理计算的，使得在此控制电流时，跨导运放5脚输出放大的低电平（如杂波）信号与原C404输入7脚的低电平（如杂波）信号才会互相抵消。使得U3(4/4)无信号输出，后续电路及功放无输入信号而静噪。  

保护电路：信号过载保护：U1(2/4)输出的低音信号经D510,整流输入比较电路U4(1/4)的负输入端4脚，其正输入端5脚外接电阻取值决定电路动作起控电平。当输入信号电平过大，达到起控电平时，U4(1/4)的输出端2脚输出低电平，经过D601把输入PWM脉宽调制电路U4(3/4)负输入端8脚的低音信号和三角波信号下拉，使得后续电路及功放无输入信号，功放停止工作，保护了电路。
温度超温保护：当功放管温度变高时，紧贴散热器的热敏电阻R3阻值变小，达到温度起控点时，Q10把低音信号下拉到地，使得后续电路及功放无输入信号，功放停止工作，保护了电路。温度起控值，由R3和R37的取值决定。
另外，供电线L串有保险丝，电路严重故障时，会烧断保险丝，缩小电路损坏范围。