闲聊音箱分频器——————

神坛

                       闲聊音箱的分频器


         分频器是音箱设计中的关键部件，是音箱的灵魂所在！一款能成为经典的音箱，无不与其成功的分频器设计戚戚相关。分频器对于音箱的作用和机理非常复杂，作为电子外行的我岂谈分频器，更显我无知加无畏的“可爱”。既然是家电论坛，说说也无妨。

      分频器（这里仅指功率分频器）是将来自功率放大器的信号，分配给音箱中不同的发声单元：低音、中音和高频扬声器。而这种分配其实就是将高中低不同成份的音频信号进行过滤和分解。毫无疑问，过滤这些信号频率的最关键区域是在中音和高音之间的频域部分。其中，低通滤波（器）阻断的是中音频范围较高的频率；高通率波（器）则是阻断低频进入高音单元。一般来说，分频点大都选在2~5KHZ之间的范围的频域里。这是有几个因素决定的：单元的截止频率和品质、声音响度最高和人耳听音的最敏感区域等。

     分频点的选取是高好呢，还是稍低一些好呢？连世界上最著名的扬声器厂家都无从回答。有选高的，有选低的，但都能取得扬声器箱的最终好声。所以，要想获得靓声，分频点的选取是高还是低，不是音箱分频器设计问题的焦点所在。

      然而，最值得引起我们广大烧友注意的问题是：分频点的科学而合理的选取，将会牵涉到任意一款音箱声音重播的逼真再现和个性化特点。最显著的特征就是扬声器箱的“指向性”。所谓指向性就是扬声器箱发声单元发射（声）能量的角度，频率越高的，指向角度越小。

      不难想象：于高频单元的具有明显的纯粹指向性，所以，我们在设计音箱时就不得不周全考虑到低频单元相对的广泛性声场扩散与高频单元的较小的声场（域）指向性特点来统盘考虑了。这就必然的牵涉到这样一个不可忽略的问题：音箱中的各个单元在通过分频后的声能“衔接”上，在被分频的这个关键音域区里扬声器单元和分频器之间结合后，就会产生了一个相位叠加或不对称的问题。

        当今世界上那些著名的经典音箱之所以能成为经典，除了单元的卓绝品质之外，这些音箱的设计师们所掌握的精湛高超的理论和实践经验的绝技，乃当功不可没。

       再打个比方说吧：譬如，一个人口中同时含着两个喇叭口（一个姑且叫低音号筒，一个就叫高音号筒吧）对外喊话，这两个喇叭口如不能将高低声音紧密衔接的话，就会出现中间空洞的声场，就是衔接。还有一个现象那就是这个喊话的人，他把两个喇叭口不是对准同一个方向了，这时就会出现高低音声场指向的反转或逆向，这就是相位失配。    都是通俗的说法，请各位千万别见笑。

  分频的设计师们必须考虑到这个相位的同步问题。只有相位同步了，个单元的震幅响应才会精确一致，声能密度才会因为声像的聚焦而更显恢宏大气。也就是说，只有各单元之间的相位完美匹配，各自的声场必须相互的重叠相加，才能营造出平衡的音调。----在分频点，高、中、低单元之间相位的差异系必须为零，这样才能得到多个单元发射能量的总和。如不同步或对称，就会出现音箱频响曲线的峰谷和凹坑，这样的音箱发声就会变得古里古怪了！！

     音箱分频器的设计是件非常复杂和有趣的事，如果没有一定的技术的话，那就是瞎瓣。



[s:6] [s:6] 《上面的“闲聊”是本人的原创》————即便来自网络它也是偶的原创！！[s:68] [s:68]


              转自网络论坛》》》音箱分频器的设计


                                                    LiangHeo/  原创

      分频器在音箱系统中的作用用“举足轻重”一词来形容一点也不过分。然而这一个非常重要的问题却又是一个极易被一般爱好者所忽视的问题。我常常见到有些DIYer到器材店去买分频器时最关心的是几分频、几阶滤波，价格几许。好一些的情况也就是挑一下与自己的单元相同的品牌，注意一下电感的线径，电容的材质，分频点是多少。至于这只分频器的设计是否合理，是否适合自己的单元却很少见到有人会去关心，这很有些“买椟还珠”的感觉。

        在DIYer中还存在这样的一个看法：分频器的滤波阶数取高些好，理由是可以得到陡峭的衰减特性，因此单元之间的干扰就小。但事实上我们应该知道这样的一个常识：电抗器件（或者说是惯性元件）对通过的交流信号有相移，每一阶最大的相移量达到90度。照此计算，一个四阶滤波器最终将产生360度的相移。如此一来，高低频单元的相位就必须衔接的非常好，否则稍一错位就会出乱子，出现一系列的峰谷。然而这还不算最糟的，更糟的是由于相位变化的剧烈带来了大量的相位失真。从这个意义上说，不用滤波器最好，但并不现实。既然必须采用滤波器，就我个人的看法，滤波的阶数应该是少些好。可是如果滤波阶数太少又得不到足够的衰减率，这对单元也是一个很大的折磨，这又是一个矛盾。一般来说，解决这个矛盾采用二阶滤波还是比较合理的。理由是：
（1）由于标准二阶滤波衰减斜率为12dB，在正常情况下是足以应付；
（2）由于最大相移为180度，因此比较容易实现相位对接，同时相位失真也在可忍受范围。

         一个设计、制作优良的分频器，应该是针对某一组单元度身定做的，没有一个放诸四海皆真理、那种万金油似的分频器。道理非常简单：每一款杨声器由于设计、制作上的差异，都有不同的特性。从声压特性、阻抗特性到相位特性都有所不同。设计一个分频器应该将这些因素综合考虑，使得各单元的优点得以充分发挥，缺点得以有效抑制，方可算得上是一个成功的设计。

      我们以往设计分频器选择器件参数时比较常用的方法是采用教科书上所介绍的，根据分频点、衰减斜率进行计算得到的。从理论上来说，这样没什么错。问题在于书上所介绍的方法基于一个并不存在的条件：即所用的单元都是理想器件，这样的单元在本世纪肯定是造不出来的了，因此这样的条件无异于空中楼阁。我们目前所制造使用的单元都不是理想器件，如何解决这些问题是一个优秀的设计师所应具备的能力。而这也正是使许多“土炮友”感到困惑的地方，甚至一些业内混了很多年的“工程师”也在困惑。

       单元的不理想性主要体现在两个方面，分别是单元阻抗的非线性和声幅射的非线性。阻抗的非线性体现在它的非纯阻性，它的阻抗模与阻抗角都是频率的函数（见图1）。声幅射非线性的成因主要是由于非活塞振动所造成的，因为在非活塞振动区域的声幅射是由单元上个质点幅射的合成，由于各质点振动的幅度与相位都不一样，因此合成的声压与相位也都是很复杂的频率函数（图2）。


图1



图2


        说一千道一万，尽管知道了这些因素的存在，但要真正的解决这些问题仍然是困难重重。因为我们尽管知道单元有非线性的特点，但每一款单元的特性又是各不相同的。我们只有了解了每一款单元的具体特性才能够对症下药。我这样的一个观点不知大家是否同意：“曲线好的不一定是好音箱，曲线不好的一定不是好音箱” ，因此我们首要的任务就是先把曲线做好。而要做到这一点，首先必需了解所选用的单元特性，正所谓：“知己知彼，百战不殆”。就象乘热气球无法登月一样，获取这些资料必需借助一些必要的测量设备。


      由于扬声器单元阻抗的非线性即非纯阻特性，因此当分频器接入的时候将使滤波器的衰减特性偏离理论值很多（参见图3）。在该例中实际的负3分贝频率要高出理论值一频程之多（不同的单元偏离也各不相同）。为解决这一问题，多年前有人提出了所谓的“零失真分频器”的概念。这一概念的中心思想是利用RC回路的特性来补偿单元等效的RL特性，还有人给出了计算公式，这似乎是个不错的主意。可经分析发现这个公式并不能真正解决这个问题。原因在于给出公式人概念的混淆上，因为他们将RL与RC回路的特性都当成了纯阻特性来对待。稍有些电路常识的人都知道：RL与RC回路不仅是阻抗模值随频率变化而变化，阻抗角也是在变化的，如果不将这些因素都考虑进去，计算结果的正确性可想而知了。



图3

       即使我们解决了由阻抗非线性带来的麻烦，声压的非线性依然困扰着我们。一个典型的低频单元的声压特性如图2。这是安装在Honey One的实验箱体中测量出的曲线，92Hz的谷点就是二级倒相特有的谷点。从图中我们可以看到自200Hz到1200Hz这一区间有一段约6dB的爬坡，这是小口径单元的一个共性。在高端即将下跌前（5.6kHz处）出现了一个落差达7dB的谐振峰，这也是许多中低频单元所共有的一个特性，区别在于高度的不同，高者达十几分贝，而低者仅三五分贝。这个峰点被我们戏称之曰“鸡尾巴”。一个单元如果“鸡尾巴”太高将导致分频器设计的困难，至少对二阶滤波器是如此，因为它将直接干扰整体的曲线走向。因此在选用这样的单元时宜采取慎重的态度，对付这个问题的办法一是增加滤波阶数以获得陡峭的衰减特性（但并不是个好主意，理由如前所述）；二是降低转折点，但受到高频单元性能的牵制；三是干脆放弃这样的单元。


       如果我们获得了扬声器的阻抗、声压等一系列特性，就可以开始着手设计分频器了。以两阶滤波为例，很多人可能都认为两阶滤波的衰减特效都是12dB/oct，其实这只是一种比较典型的情况，随着滤波器Q值的变化其衰减特性也在变化，简单的说就是当选用大电容小电感时特性就陡峭些，反之当选用大电感小电容时则特性就平缓一些。举一个极端的例子：当两阶低通滤波器的电容小到没有时，就成了一阶滤波器了，那么它的特性就成了6dB/oct了！因此即使是两阶滤波器也有许多可供我们利用的特性，关键在于你是否了解它。





                     音箱分频器原理浅释【二分频器样品展示】





首先大家要明白如下道理：



电容器：当电容器两端加载电压的时候，两端就会感应并存储电荷，所以电容器是一个临时的储存电能的器件，当电容器两端电压变化很快的时候【即高频】，由于电压变化太快导致两端感应电荷也同步地变化，也就等效于有电流流过电容器，而当频率很低的时候，电容器两端电压变化很慢，近似没有电流流过。所以说电容器是阻低频通高频的。


线圈：当有电流通过的时候，如果电流的大小和方向发生变化，线圈会产生感应电动势【电压】，它与原来的电压方向相反，即线圈是阻碍变化的电流通过的，当电流变化很快的时候，线圈产生的负电压会很大【根据公式伏电压和频率成正比】，所以线圈是阻高频通低频的。【因为频率很低的时候近似负电压很低或为0，即可以让低频电流顺利通过】

所以音箱分频器采用了上图结构，具体分析：


连接高音喇叭的电路：让电流先流过电容器，阻止低频，让高频通过，并且喇叭与一个线圈并联，让线圈产生负电压，那么这个电压对于高音喇叭来说正好是一个电压补偿，于是可以近似地逼真还原声音电流。


连接低音喇叭电路：电流先流过线圈，这样高频部分被阻止，而低频段由于线圈基本没有阻碍作用而顺利通过，同样，低音喇叭并联了一个电容器，就是利用电容器在高频的时候产生一个电压来补偿损失的电压，道理和高音喇叭端是一样的。


可以看出，分频器充分利用的电容器和线圈的特性达到分频。但是，线圈和电容器在各自阻碍的频率段内终究还是消耗了电压的，所以电路分频器会损失一定的声音，其补偿措施也有很多，由于笔者知识不够，难以说的很清楚。而电子分频就解决了这个问题，当声音输入到功放之前就先分频，然后对不同的频段使用专门的放大电路进行放大，这样的话声音失真小，还原逼真。但是电路复杂，造价昂贵。


下面是一个常用的电路分频器：




下面我们再看两个二分频器：





输入和输出都清晰可见，应用分频器很简单，所以大家DIY音箱的时候不要节约资金和时间，装一个分频器吧，音质好的同时还保护了单元。




[ 本帖最后由 神坛 于 2009-8-22 16:11 编辑 ]

clk

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神坛

原帖由 clk 于 2009-8-22 10:46 发表
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神坛

[s:6] [s:6] [s:6] 古古DX谈分频————————



分频器之完全手册

分频器也许是最简单又最复杂的无源电路了。组成分频器的元件只有三种：电阻、电容、电感。而它们三者配合扬声器单元幻化出无穷变化。

分频器就是滤波器，按照品质因数的不同，无源滤波器通常有四种，分别是Chebychev，其典型品质因数为1。Butterworth，其典型品质因数为0.7079。Bessel，其典型品质因数为0.58。Linkwitz-Riley，其典型品质因数为0.5，其中音频用无源滤波器最常用Butterworth，如果不特别指明，一般默认为Butterworth。但是近年来Butterworth的地位受到其他类型滤波器如Linkwitz-Riley强有力的挑战，1976年才问世的Linkwitz-Riley型滤波器越来越被顶级音箱厂家使用。另外，对滤波器的研究并非已经完全停滞，也许过一阵子会出现另外一种新型滤波器。每一种滤波器都有自己的独特之处。

Butterworth型滤波器最突出特点是具备最大平坦程度的振幅响应（2阶除外），也就是具备最平直的频率响应曲线，这也是它被默认为标准滤波器的主要原因。

Bessel型滤波器的典型值在0.5到0.7之间，它最突出的特点是具备最小的相位变化，同时具备最快的响应时间，也就是具备最佳的瞬态响应。大部分的一阶分频器都是这种类型的滤波器。

Chebychev型滤波器很少在无源分频器上使用，它最突出特点是具备最快的频率响应滚降。其缺点是分频点处会制造一个频率响应尖峰，尖峰的高度由滤波器的品质因数决定，0.8的品质因数其尖峰高度不会超过1分贝。

Linkwitz-Riley型滤波器典型值为0.5，它因为出现的比较晚，所以目前只有2阶、4阶和6阶三种，有源的Linkwitz-Riley型滤波器有8阶。其2阶滤波器有最平直的振幅响应。

另外需要指出，音箱也是一种带通滤波器，它的低频下限就是它的高通分频点，高频上限就是它的低通分频点，上面的理论在音箱这种滤波器上完全适用。

中庸无为

分频器即是一个滤波器，也是一个离合器，做到换挡全然不觉就好办。[s:97]

DJ先锋

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原帖由 神坛 于 2009-8-22 10:45 AM 发表



     说到音箱，在外行眼里不少人会认为喇叭越多越好，分频越多越高级。其实这是一种误解。分频只是在单个喇叭重放频率范围满足不了要求的不得已情况下采取的一种方法。

     实用的音箱分频器是一种组合 ...

转帖请注明出处http://www.xici.net/b343277/d36120245.htm
分频器是一个音箱的精髓,熟悉单元的特性为基础,不是剽窃一两个帖子就能学会的[s:6]

sunrong

:victory: [s:20] [s:97]

铁头烧友

原帖由 神坛 于 2009-8-22 10:45 发表

一般来说，如果低音单元的重放频率上限达到６ｋＨｚ，就不必再使用中音单元。例如：一只上品１０英寸低音单元的重放频率范围是３０Ｈｚ～６０ｋＨｚ，

后边多了0。

hero89

上品10寸喇叭能分到3K??????????这个是由物理特性决定的!!!3k的指向性不知多差

发烧楼主

[s:97]