分頻器原理

從電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構(gòu)成的LC濾波網(wǎng)絡(luò)，高音通道是高通濾波器，它只讓高頻信號(hào)通過(guò)而阻止低頻信號(hào);低音通道正好相反，它只讓低音通過(guò)而阻止高頻信號(hào);中音通道則是一個(gè)帶通濾波器，除了一低一高兩個(gè)分頻點(diǎn)之間的頻率可以通過(guò)，高頻成份和低頻成份 都將被阻止。在實(shí)際的分頻器中，有時(shí)為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減電阻;另外，有些分頻器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動(dòng)。

位于功率放大器之后，設(shè)置在音箱內(nèi)，通過(guò)LC濾波網(wǎng)絡(luò)，將功率放大器輸出的功率音頻信號(hào)分為低音，中音和高音，分別送至各自揚(yáng)聲器。連接簡(jiǎn)單，使用方便，但消耗功率，出現(xiàn)音頻谷點(diǎn)，產(chǎn)生交叉失真，它的參數(shù)與揚(yáng)聲器阻抗有的直接關(guān)系，而揚(yáng)聲器的阻抗又是頻率的函數(shù)，與標(biāo)稱值偏離較大，因此誤差也較大，不利于調(diào)整。

將音頻弱信號(hào)進(jìn)行分頻的設(shè)備，位于功率放大器前，分頻后再用各自獨(dú)立的功率放大器，把每一個(gè)音頻頻段信號(hào)給予放大，然后分別送到相應(yīng)的揚(yáng)聲器單元。因電流較小故可用較小功率的電子有源濾波器實(shí)現(xiàn)，調(diào)整較容易，減少功率損耗，及揚(yáng)聲器單元之間的干擾。使得信號(hào)損失小，音質(zhì)好。但此方式每路要用獨(dú)立的功率放大器，成本高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)用于專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)。

分頻器是指將不同頻段的聲音信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，分別給于放大，然后送到相應(yīng)頻段的揚(yáng)聲器中再進(jìn)行重放。在高質(zhì)量聲音重放時(shí)，需要進(jìn)行電子分頻處理。

分頻器是音箱中的"大腦"，對(duì)音質(zhì)的好壞至關(guān)重要。功放輸出的音樂(lè)訊號(hào)必須經(jīng)過(guò)分頻器中的過(guò)濾波元件處理，讓各單元特定頻率的訊號(hào)通過(guò)。要科學(xué)、合理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)好音箱之分頻器，才能有效地修飾喇叭單元的不同特性，優(yōu)化組合，使得各單元揚(yáng)長(zhǎng)避短，淋漓盡致地發(fā)揮出各自應(yīng)有的潛能，使各頻段的頻響變得平滑、聲像相位準(zhǔn)確，才能使高、中、低音播放出來(lái)的音樂(lè)層次分明、合拍、明朗、舒適、寬廣、自然的音質(zhì)效果。

被動(dòng)式分頻網(wǎng)路(Crossover Network)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱為"分音器"，其設(shè)計(jì)受到相當(dāng)多的變數(shù)與考量 因素所影響，因而是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作。

被動(dòng)式分音器"功能、用途"是介于擴(kuò)大器與喇叭之間，由于單一喇叭無(wú)法達(dá)到"全頻段響應(yīng)"(全頻段即是20HZ-20KHZ，為人耳聽(tīng)覺(jué)范圍)，因而利用喇叭單體尺寸不同的物理頻寬響應(yīng)，來(lái)達(dá)到要求的"全頻段響應(yīng)"之目的，也因此產(chǎn)生了多種尺寸單體運(yùn)用在同一聲道上的方式。被動(dòng)式分音器功能就是負(fù)責(zé)將擴(kuò)大器全頻段輸出后，分割成不同頻段的聲音，分別送到不同尺寸喇叭單體上，表現(xiàn)其應(yīng)有的特質(zhì)。由此出現(xiàn)的多音路喇叭組合或稱為"分音喇叭"，從一音路喇叭到多音路喇叭均有其用途與多重之選擇。

被動(dòng)分音器的元件組成:L/C/R，即L電感、C電容、R電阻，依照各元件對(duì)頻率分割的特性靈活運(yùn)用在分頻網(wǎng)路上。

L電感:其特性是阻擋較高頻率，只讓較低的頻率通過(guò)，也就稱為"低通濾波器(Low Pass Filter)"。通過(guò)較低頻率的多少是由該"L電感"之電感量來(lái)決定，其感抗單位為"μH、mH"代表。電感材質(zhì)常見(jiàn)有:空心電感、鐵淦氧電感、矽鋼片電感等。鐵淦氧電感、矽鋼片電感通常只在需要高電感值而無(wú)法由空心電感來(lái)獲得低直流電阻的場(chǎng)合下才使用，由于鐵心電感具有磁飽和而在大電流的場(chǎng)合造成失真的天性，所以鐵心電感是一種妥協(xié)下的產(chǎn)物。

C電容:其特性與電感剛好相反，也就是阻擋低頻率通過(guò)，讓較高的頻率通過(guò)，稱為"高通濾波器(High Pass Filter)"。高頻率通過(guò)多少由C電容的電容量決定。其單位為"μF"。電容材質(zhì)種類繁多，但用于被動(dòng)式分音器中則使用無(wú)極性電容。 電容在被動(dòng)式分音器中用于中音域及高音域材質(zhì)上的考量必須慎重，因?yàn)榕c音質(zhì)有絕對(duì)的相關(guān)性，選擇電容的材質(zhì)通常由喇叭單體特性和電容損失因素、相位損失以及價(jià)格而決定。

中高音域不超過(guò)30μF的電容可采較佳的材質(zhì)。

R電阻:并無(wú)切割頻率的特性，而應(yīng)用在被動(dòng)式分音器中是與電感、電容混和搭配，針對(duì)特定的頻率點(diǎn)和頻帶來(lái)做修正、等化曲線、靈敏度增減的用途。

喇叭分音器可分為串聯(lián)式分音器、并聯(lián)式分音器兩種。并聯(lián)式分音器以絕對(duì)多數(shù)成為喇叭分音器最佳的選擇，其優(yōu)點(diǎn)在于多音路系統(tǒng)中都可視為獨(dú)立的個(gè)體，而且任何一個(gè)元件的改變都可能影響到高通或低通的特性。

被動(dòng)式分音器常用的斜率可分為4種:一階斜率6dB、二階斜率12dB、三階斜率18dB、四階斜率24dB。

又稱為主動(dòng)式電子分音器。因?yàn)檐噧?nèi)空間形體、喇叭安裝指向，在實(shí)務(wù)運(yùn)用上有其無(wú)法變更的因素存在，所以由電子分音器靈活的特性可在各類段上之分頻點(diǎn)、相位、Q值變動(dòng)幾時(shí)到最理想的頻段調(diào)整，來(lái)克服各種車內(nèi)變數(shù)，以達(dá)到車內(nèi)最佳聆聽(tīng)環(huán)境之目的。

電子分音器是由低通、帶通、高通濾波器所組成。

主動(dòng)式電子分音器裝置于車用主機(jī)與擴(kuò)大器之間，電子分音器可由二音路到多音路型態(tài)，但是所分出來(lái)的每一音路訊號(hào)都不得必須經(jīng)過(guò)一個(gè)擴(kuò)大器，如果音路分得越多，擴(kuò)大器也就相等增加。

優(yōu)點(diǎn)

1、提高動(dòng)態(tài)范圍

2、改善暫態(tài)表現(xiàn)能力

3、對(duì)超低音喇叭得到較佳與擴(kuò)大器相容性和十足功率

4、喇叭單體間靈敏度不同的問(wèn)題容易受到控制

5、擴(kuò)大器工作在固定的頻帶上過(guò)截失真可降低許多

6、阻抗變化較低，可得到較佳的分類表現(xiàn)

正弦分頻器有兩種實(shí)現(xiàn)方法:利用頻率占據(jù)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)分頻的占據(jù)分頻器和利用正反饋原理實(shí)現(xiàn)分頻的再生分頻器。

占據(jù)分頻

也稱為牽引分頻或同步分頻。一個(gè)振蕩頻率為fosc的正弦振蕩器，在外加頻|<△fP率為fi的電動(dòng)勢(shì)作用下，若|fi-fosc|<△fP，振蕩器的振蕩頻率能被牽引到fi上，使fosc=fi，這種現(xiàn)象稱為頻率占據(jù)?！鱢p稱為占據(jù)頻帶。若fi靠近振蕩頻率fosc的N次諧波頻率，且它們的差值 |fi-Nfosc|處在占據(jù)頻帶內(nèi)，則振蕩器的振蕩頻率就被牽引到fi/N上，產(chǎn)生出所需的分頻電壓。當(dāng)外加電壓振幅一定時(shí)，占據(jù)頻帶的大小與分頻次數(shù)N有關(guān)。N越大，占據(jù)頻帶越小，即牽引越困難。因此，占據(jù)分頻器只能實(shí)現(xiàn)低次(N=2~3)分頻。

再生分頻

圖中所示的為反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分頻的電路。若環(huán)路設(shè)計(jì)合理，則能維持圖中各點(diǎn)的頻率關(guān)系。環(huán)路的輸出信號(hào)頻率f0為輸入信號(hào)頻率fi的N次分頻值，即f0=fi/N。采用不同倍頻次數(shù)的倍頻器，就可實(shí)現(xiàn)不同次數(shù)的分頻。

利用漢穩(wěn)態(tài)電路的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)分頻的電路，又稱為數(shù)字分頻器。在這種分頻器中，輸入信號(hào)脈沖為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)。若計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模為N，則從其進(jìn)位輸出端可獲得N次分頻的脈沖信號(hào)。從各觸發(fā)器輸出端可獲得分頻比小于或等于N的脈沖信號(hào)。

改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模(即分頻比)，在中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器中，可通過(guò)不同反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到清零端或置數(shù)端等方法實(shí)現(xiàn);在移位寄存器中，可通過(guò)反饋到串行輸入端的方法實(shí)現(xiàn)。

用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也可實(shí)現(xiàn)分頻。例如，在時(shí)刻集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被輸入脈沖的下降沿觸發(fā)而產(chǎn)生寬度為tw的脈沖。若tw在范圍內(nèi)(N-1)Ti ~(NTi-tR)范圍內(nèi)(tR是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的恢復(fù)時(shí)間)，則輸出分頻比為N的脈沖信號(hào)。與此相類似，用輸入脈沖控制多諧振蕩器，使它的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)刻與經(jīng)過(guò)若干個(gè)周期的輸入脈沖相同步，就能輸出整數(shù)分頻比的脈沖信號(hào)。此類分頻器可以在不改變電路結(jié)構(gòu)的情況下借助定時(shí)元件參數(shù)的調(diào)整來(lái)改變分頻比，因而又稱為任意分頻器。

在集成分頻器中有程序分頻器和分?jǐn)?shù)分頻器。前者的分頻比可通過(guò)預(yù)置碼進(jìn)行程控:后者的每N個(gè)輸入脈沖中只有M個(gè)脈沖能輸出，因而實(shí)現(xiàn)分頻比為f0/fi=M/N的分?jǐn)?shù)分頻(M，N均為正整數(shù))，但輸出脈沖往往不是等間隔的。

此外，在通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字信號(hào)處理器中用軟件也可實(shí)現(xiàn)分頻。

一般車用分頻器上面有8個(gè)端子。

分頻器標(biāo)注的輸入英文是"INPUT"

接低音炮的端子是"WOOFER"

接低音的端子是"BASS"

接中音的端子是"MEDIAN"

接高音的端子是"TREBLE"

其中INPUT 兩個(gè)端子、WOOFER兩個(gè)端子、TREBLE有四個(gè)端子，一個(gè)是負(fù)極，三個(gè)是高音的增益提升及衰減接頭，分別為+3db，0db，-3db。

接法是:

主機(jī)進(jìn)來(lái)的輸入信號(hào)接 INPUT

低音炮接 WOOFER

低音接 BASS

高音接 TREBLE

正極 看個(gè)人試聽(tīng)的感覺(jué)，接+3db，0db，-3db。

高保真的音箱多數(shù)都是由兩只或兩只以上的揚(yáng)聲器單元構(gòu)成,要高質(zhì)量的還原20Hz~20kHz全頻段的音頻信號(hào),必須借助優(yōu)質(zhì)分頻器的協(xié)助.由于各自音箱的揚(yáng)聲器單元不同,分頻器也就不能簡(jiǎn)單的代用,必須按照具體揚(yáng)聲器單元的特性進(jìn)行制作.總結(jié)出一套較為完善的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試方法,只要求制作者備有一張內(nèi)含20Hz~20kHz純音頻測(cè)試信號(hào)的《雨果金碟》、一個(gè)話筒信號(hào)放大電路、一只話筒和一塊數(shù)字萬(wàn)用表,而不需要專門的測(cè)試儀器.

業(yè)余制作音箱,建議選擇兩分頻的方式。

一、分頻點(diǎn)頻率f的選擇

兩分頻音箱的分頻點(diǎn)，可以在2~5kHz之間進(jìn)行優(yōu)化選擇。一般把分頻點(diǎn)頻率f選在低音單元自上限起一個(gè)倍頻程以下，高音單元自下限起一個(gè)倍頻程以上的范圍內(nèi)。

二、分頻器與功率的分配

構(gòu)成音箱的高、低音單元,各自的標(biāo)稱功率是不一樣的，而在實(shí)際節(jié)目信號(hào)的功率譜中，高頻、低頻信號(hào)的比例也是不一樣的，因此將各種信號(hào)統(tǒng)計(jì)平均后，就得到了圖1所示的模擬信號(hào)功率譜.將圖1的功率譜進(jìn)行計(jì)算，就得到了圖2所示的功率分配曲線.在選擇分頻點(diǎn)時(shí)，一定要考慮功率的分配問(wèn)題,使高音單元留有一定的余量。圖2表示20Hz~20kHz的總功率規(guī)一化為100%，把20Hz至某頻率f所占功率為總功率的百分?jǐn)?shù)，應(yīng)用舉例如下。

如分頻點(diǎn)為2?5kHz的二分頻系統(tǒng)，由圖2的橫座標(biāo)2?5kHz到曲線相交，從縱座標(biāo)讀出百分?jǐn)?shù)，則20Hz~2.5kHz的功率比例為87%，2?5kHz~20kHz的功率比例為13%。當(dāng)總功率為100W時(shí)，則低音功率W低=100×87%=87W，高音功率W高=100×13%=13W。

使用上面的功率分配關(guān)系時(shí)，還請(qǐng)注意揚(yáng)聲器單元的功率標(biāo)準(zhǔn)。一般產(chǎn)品標(biāo)注是額定最大正弦功率(RMS)，而有的制造廠為了商業(yè)目的，,標(biāo)注峰值功率或稱為音樂(lè)功率，但數(shù)值一般卻是RMS功率的2~4倍。

三、分頻方式的選擇

分頻方式雖然有6dB/oct型、18dB/oct型、3dB降落點(diǎn)交叉型及12dB/oct型、6dB降落點(diǎn)交叉型等數(shù)種，但綜合考慮它們的優(yōu)缺點(diǎn)，建議使用12dB/oct型。

四、分頻網(wǎng)絡(luò)

設(shè)計(jì)分頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如把負(fù)載單元加入RC阻抗補(bǔ)償電路，作為恒阻抗進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣當(dāng)然是最好，但筆者查閱大量書(shū)刊資料后，發(fā)現(xiàn)RC阻抗補(bǔ)償電路的計(jì)算方法有多種,而得出的RC值也不相同，讓人不易選擇，只好按頻點(diǎn)電阻法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先，用圖3所示電路連接，測(cè)出高、低音單元在分頻點(diǎn)處的阻值(注意不要用單元標(biāo)稱阻抗代替，否則誤差會(huì)很大，然后進(jìn)行右上表中的計(jì)算和按圖將LC元件連接,即告初步制作完成。高、低音單元的靈敏度不平衡，可用電阻衰減調(diào)節(jié)(1997年《電子報(bào)》第15期有專門文章介紹)，制作時(shí)建議使用優(yōu)質(zhì)聚丙烯電容，優(yōu)化設(shè)計(jì)空芯電感，將元件用熱熔膠固定在印制板上，電感可用棉線或塑料扎扣帶加強(qiáng)固定，用搭棚焊的方法連接，做成高、低音通道各自獨(dú)立的分線分音方式。

五、調(diào)試方法

根據(jù)聲壓級(jí)平方反比定律,點(diǎn)聲源在自由空間中,距離增加一倍,聲壓級(jí)衰減6dB.利用這一定律,就可以進(jìn)行下面的實(shí)際操作.

把音箱體和揚(yáng)聲器單元裝好,不接分頻器,用《雨果金碟》測(cè)試信號(hào),按正常的放音方式,用固定音量2~3W,重復(fù)播放分頻點(diǎn)處頻率f,用圖4自制的簡(jiǎn)易聲壓測(cè)試儀,在2m處測(cè)試聲壓,調(diào)節(jié)話筒音量電位器使數(shù)字萬(wàn)用表讀數(shù),為一容易記憶的整數(shù),記下備用.然后,接入分頻器低通網(wǎng)絡(luò),將聲壓計(jì)放在1m處,測(cè)試讀數(shù)與上次應(yīng)相同,否則,按讀數(shù)大(小)增大(減小)電容量,直到讀數(shù)相同(這時(shí)分頻點(diǎn)頻率f衰減6dB).然后,將信號(hào)重新直接輸入低音單元,將測(cè)試信號(hào)調(diào)節(jié)成高于分頻點(diǎn)頻率f的倍頻程信號(hào),用聲壓計(jì)在4m處測(cè)試聲壓,記下讀數(shù)備用.最后,接入分頻器低通網(wǎng)絡(luò),將聲壓計(jì)放在1m處,讀數(shù)與上次相同,否則,稍加微調(diào)(這時(shí)倍頻程頻率f衰減12dB),這樣,低音網(wǎng)絡(luò)就調(diào)試完畢.高音網(wǎng)絡(luò)重復(fù)以上操作步驟,調(diào)節(jié)電感,注意第二步輸入低于分頻點(diǎn)頻率f的倍頻程信號(hào).這樣,一套高質(zhì)量的分頻器就制作和調(diào)試完成.

一般來(lái)說(shuō)，分頻器包括三個(gè)基本參數(shù)。

第一個(gè)，就是分頻器的分頻點(diǎn)，這個(gè)應(yīng)該不用多說(shuō)。

第二個(gè)，就是所謂分頻器的"路"，也就是分頻器可以將輸入的原始信號(hào)分成幾個(gè)不同頻段的信號(hào)，我們通常說(shuō)的二分頻、三分頻，就是分頻器的"路"。

第三個(gè)，就是分頻器的"階"，也稱"類"。

一個(gè)無(wú)源分頻器，本質(zhì)上就是幾個(gè)高通和低通濾波電路的復(fù)合體，而這些濾波電路的數(shù)量，就是上面所說(shuō)的"路"。但是在每一個(gè)濾波電路中，還有更精細(xì)的設(shè)計(jì)，換句話說(shuō)，在每一個(gè)濾 波電路中，都可以分別經(jīng)過(guò)多次濾波，這個(gè)濾波的次數(shù)，就是分頻器的"階"。

一階分頻器也是感容分頻的結(jié)構(gòu)，而二階分頻器中的每一路都經(jīng)過(guò)了兩次濾波，這個(gè)"兩次濾波"才是"二階"的真正含義!

實(shí)際上，"二階分頻器"這樣的說(shuō)法也并不規(guī)范，因?yàn)?quot;階"并非是針對(duì)整個(gè)分頻器的，而是針對(duì)其中的某一"路"的，所以嚴(yán)格的說(shuō)法應(yīng)該是"雙路分頻器，高低頻皆采用二階濾波"，因?yàn)殡m然并不多見(jiàn)，但高頻采用二階濾波而低頻采用一階濾波這樣的設(shè)計(jì)也是有的。

除了一階分頻和二階分頻外，無(wú)源分頻器還有三階、四階乃至六階分頻。采用高階分頻的好處在于其濾波衰減斜率更大，分頻效果更好，而且也有利于設(shè)計(jì)分頻補(bǔ)償電路(因?yàn)椴⒉皇?quot;分"得越徹底越干凈的分頻器就是好分頻器，理論上說(shuō)，分頻后的兩個(gè)信號(hào)曲線在疊加之后，與原曲線完全一致，這才是真正的好分頻器)，但高階分頻的功率損失大，特別是相位影響大，設(shè)計(jì)不好聲音就會(huì)亂了套。所以不是越高階的分頻就越好。

市場(chǎng)上的2.0多媒體音箱，使用電容或阻容分頻的居多，使用分頻器的極少，而使用二階分頻的更少。如沖擊波SB-2000使用的是一階分頻器，而使用二階分頻的，則只有惠威T200A、M200，漫步者S2000、1900TIII等寥寥而已。(注:還有不少高檔音箱采用的是二階分頻)。

常見(jiàn)型號(hào)：一分二，一分四，一分八，250MHZ VGA分頻器

設(shè)備類型

分頻器

規(guī)格簡(jiǎn)述

雙聲道二分頻,單聲道三分頻,巴特沃斯四階濾波,12 dB/倍頻程