[发明专利]分频电感及应用其的无源功率分频器和音响系统

说明书

本发明公开了一种分频电感及应用其的无源功率分频器和音响系统，其中分频电感，其特征在于，包括第一磁芯和第二磁芯的对靠组成的磁路，位于第一磁芯和第二磁芯中的线圈，以及第一磁芯和第二磁芯的结合部之间设置的低磁导率材料组成的垫块。本发明用于实现分频电感的体积、电感量、内阻、饱和电流之间的精确平衡。

技术领域

本发明属于电声领域，具体涉及一种分频电感及应用其的无源功率分频器和音响系统。

背景技术

分频器是音响系统中的一种关键电路，通常用于将输入的宽带音频信号分为若干个频率段，以便分别驱动不同类型的扬声器，如低音、中音和高音单元。分频器可以是被动式或有源式，其中无源功率分频器常常使用一些基本的无源元件，如电阻、电容和电感。分频器电路根据其响应，又被分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。电感在低通滤波器中的作用是用于抑制高频信号并允许低频信号通过。低通滤波器通常用于驱动低音扬声器(如低音单元或次低音单元)。当电感与电容或电阻结合使用时，它们共同形成一个低通滤波器，可以选择性地通过低频信号，而减弱高于截止频率的信号。

在具有多个扬声器组合的音箱中，经常需要在系统中加入无源功率分频器电路。要做到高保真，扬声器分频点之间衔接设计至关重要，因此对电感的参数提出了一定的要求。特别是在多路分频电路中，由于低音扬声器的分频点相对较低，因此对应的分频电感的电感量的取值要求比较大。

图1为分频电感在分频器和音响系统中的应用示意。特别指出的是，图1仅为说明分频电感在电路和系统中所处的位置和承担的功能的一个典型的示意。并不代表仅仅只有这样一种类型的电路实现方式。事实上，由于扬声器数量和性能的差异，图1框线中所示的电路组合形态也各不相同，但是无论以上电路组合形态如何变化，位于功放输出到扬声器之间的这一部分电路(以下简称分频器电路)所承载的功能是类似的，都是将输入的宽带音频信号分为若干个频率段，以便分别驱动不同类型的扬声器，如低音、中音和高音单元。在图1所示电路中，电感L1所起的作用就是阻止高频信号通过而让低频信号通过，电感L2所起的作用也是如此。将分频器电路上采用的电感统称为分频电感。

分频电感内阻对扬声器阻尼的影响也是客观存在的。当低音分频电感的内阻增加时，会导致阻尼系数降低。阻尼系数降低可能影响扬声器的低频响应。较低的阻尼系数可能导致低频响应过于宽松，低音表现失去紧凑感和清晰度。会影响音响系统的整体声音质量。较低的阻尼系数意味着扬声器振动的控制能力降低。当音频信号停止或发生变化时，扬声器锥体可能会持续振动，导致声音变得模糊。较高的阻尼系数有助于快速消除振动，保持声音的清晰度。

空心电感是一种没有磁芯的电感器件。由于没有磁芯，空心电感具有较高的饱和电流。然而，由于没有磁芯来集中磁场，空心电感的电感值相对较低。因此在需要较高电感量的场合，空心电感需要耗费的线材较多，且成品电感的内阻偏大。

磁芯电感是一种具有磁芯的电感器件。磁芯通过集中磁场来提高电感值，使得磁芯电感在相同线圈数下具有更高的电感。因此，和空心电感相比，磁芯电感具有内阻低的优势。然而，磁芯材料在一定磁场强度下会饱和，导致电感值随电流增加而降低。饱和电流受到磁芯材料、磁芯几何尺寸和线圈参数等因素的影响。

一个绕制好的长线圈电感的电感量经验公式为：

L＝k*μ₀*μ_s*N²*S/1

其中μ0为真空磁导率，μs为线圈磁回路的相对磁导率，N²为线圈匝数的平方，S为线圈的截面积，l为线圈长度。k为修正系数，取决于线圈半径和其长度l的比值。

由于空心电感如果要达到高电感量绕制的体积会很大，与此同时它的内阻也会比较大，当前的分频电感上经常会用到带磁芯的电感，例如线圈中插入硅钢片或者磁芯的电感。此类电感是属于固定磁路的电感。一旦磁芯和电感外形结构选定之后，其磁回路相对磁导率μs也就基本固定。磁回路相对磁导率μs的基本固定会导致音频分频电感的设计中难以实现体积、电感量、内阻、饱和电流之间的精确平衡。