高低音分离式音箱使用分频器的原因_音箱_中国百科网
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高低音分离式音箱使用分频器的原因
     　分频器是一种可以将声音信号分成若干个频段的音响。我们知道，声音的频率范围是在20Hz&20kHz之间，祈望仅使用一只扬声器就能够保证放送、20Hz&20kHz这样宽频率的声音是很难做到的，因为这会在技术上存在各种各样的问题和困难。所以，在通常情况下，高质量的放音系统，为了保证再现声音的频率响应和频带宽度，在专业范畴内大都采用高低音分离式音箱放音，而采用高低音分离式音箱放送声音时，就必然要使用分频器。　　高低音分离式音箱使用分频器的原因　　所谓高低音分离式音箱是指声音的高频部分由一只高音扬声器放音，低频部分则由一只低音扬声器放音的音箱，而不是由一只扬声器完成整个音频频段放音的任务。在专业音箱中，高音单元一般为号角式扬声器，低音单元则有直射式和气流式等多种形式。不管是内分频还是外分频，高低音分离式音箱都要采用分频放音的方案，其主要原因有以下3个方面。　　1.使各种扬声器都工作在最合适的音频段　　振膜尺寸和材料不同的扬声器，其最佳工作频带也不同。口径越大的扬声器，则低频特性就越好。所以，在其他条件相同时情况下，18英寸的低音效果肯定优于15英寸的低音效果就是这个道理。　　振膜材料的刚性和脆度越好、质量越轻，放音的高频特性就越好。很多高音扬声器采用钛膜或铟膜作为振膜材料，就是为了提高其高频特性;而低音扬声器的振膜一般采用纸、碳纤维、防弹布和橡皮(边)等材料，以利于低音再现。　　使用分频器可以将高频信号送到高音扬声器中，低频信号送到低音扬声器中，高、低频信号各行其道，尽可能大地利用了各自扬声器的工作频带优势，以保证不同工作频段的扬声器充分发挥作用，使各频率的放音特性更加均衡一致。　　2。克服不同频率声音扬声器振膜振动幅度不同所引起的切割失真　　扬声器发音时，其振摸的低音振动幅度大、高音振动幅度小。从理论上讲，扬声器纸盆的振动幅度与再现声音频率的平方成反比，即同一扬声器振膜，在相同幅度的信号电压作用下，频率越低，振幅越大，也就是说，如果频率增加10倍，振幅将减少10的平方倍，即100倍。　　如果我们用一只扬声器产生很宽频率范围的声音，由于振膜机械性能的限制，同时存在振幅非常宽的振动变化是非常困难的，这就必将发生声音切割失真的现象，使再现声音质量受到一定影响。　　研究发现，切割失真对低音的影响最大，当低音扬声器放送低音的同时，只要还有高音成分存在，就必然会导致切割失真，使低音出现发抖、发颤的现象。当然，高音扬声器出现切割失真也会使高音出现嘶哑的声音，只是影响没有低音大而已。　　3.减少同一音箱中的不同扬声器之间产生的声音干涉现象　　对于高、低音分离式音箱中的高音扬声器和低音扬声器来说，虽然它们的工作频段不同，但是如果将全频信号不加分频地送人高音扬声器和低音扬声器，肯定会出现高、低音扬声器同时发出相同声音的情况，当不同扬声器的相同声音相遇时，就很可能产生声波互相干涉现象。　　有一点声学常识的人都知道，一旦出现声音干涉现象，就会出现梳状滤波效应、驻波等一系列问题，这些问题均会不同程度地影响声音的良好再现。　　设置分频电路后，高音和低音扬声器分别获得自己最佳工作频段声音信号，它们之间发出声音的频率范围几乎不覆盖，除音箱分频点和分频交叉区域还会存在少量干涉外，其余频率声音的干涉现象根本就不再存在了。　　分频点和分频交叉区域会存在声音干涉现象的原因很简单，由于分频器的分频衰减率不可能做得无穷大，在分频交叉区域，尤其是在分频点，高音扬声器和低音扬声器会同时存在对方频段的声音，这时出现声音干涉现象在所难免。所以说，分频器的分频衰减率做得越高，分频交叉区域就越小，扬声器问的声音干涉就越小。　　分频器的分类　　分频器有两大类：一类是被动分频器(PassiVe Crossover)，亦称功率分频器;另一类是主动分频器(Active Crossover)，亦称电子分频器。　　1、被动分频器　　被动分频器是一种音箱内置分频器，由电容和电感滤波网络构成，其特点是分频网络设置在功率放大器和扬声器之间。这种分频器把从功率放大器直接出的全频音频功率信号分为低音和高音或者低音、中音和高音，将分频后的信号按不同频段分配给各频段扬声器。在全频高、低音或高、中、低音主动分频音箱中，均由被动分频电路完成分频任务。　　被动分频的优点是：首先，结构简单、成本低，与音安装在一起，毋需调整，使用方便;其次，在系统连接方面较为容易，只要给功放输入全频信号，将功放与音箱连接在一起就可以实现全频放音;第三，需要的功率放大器少，一般一台功放可以带两只全频被动分频音箱，故系统成本较低。　　被动分频的不足是：首先，分频网络要承担加到扬声器上的很大功率和电流，所以要用较大体积的电感，而且由于电感的参数与扬声器阻抗有着直接关系，而扬声器的阻抗又是频率的函数，与标称值偏离较大，因此误差较大，计算较难;其次，功率放大器输出的功率音频信号通过电容和电感滤波器后，必然会由于电容和电感的非线性而造成失真，声音失真再所难免;第三，从功放输出的音频功率信号，每经过一个电容和电感器件都会造成功率信号的损失，所以被动分频的功率信号损失较大;最后，分频衰减率不能做得太高，一般最大12dB/倍频程，分频交叉区域的干扰偏大，这是因为被动分频器提高分频衰减率的途径是增加电容器或电感器，也就是滤波阶数，但是增加电容器或电感器的个数，就意味着随之增加信号失真和功率损失，提高分频衰减率的结果是带来了其他更多的问题。　　顾名思义，被动分频是一种&无奈&：的分频方式，功放输出的全频功率信号不得不要分频，不分频就会导致一系列问题，故只能被迫将功率信号分频处理。民用音箱为了降低系统成本，全部采用被动分频方式。专业音箱由于与民用音箱在要求、听音主体以及使用人员等方面存在着很大的不同，故除了被动分频方式音箱外，还有主动分频方式音箱。　　2.主动分频器　　主动分频器是一种将全频音频弱信号进行分频的设备，一般由有源电子线路分频系统构成，其特点是分频系统位于功率放大器前，将全频音频弱分频后，把低音、高音或低音、中音、高音信号分别送至各自功率放大器，然后由功放分别输出到低音、高音或低音、中音、高音扬声器，这种方法被称为主动分频，因工作在弱信号情况下，故可用小功率的电子有源滤波器实现分频。　　被动分频的音箱的各扬声器单元均设有自己的功率信号接口，有些高、低音分离式音箱可以有主动分频和被动分频两种连接方式，这类音箱的背后都设有主动分频(Active)与被动分频(Passive)转换开关，有些音箱上的这种转换开关还装有锁定机构，避免发生误拨动情况。当采用主动分频方式时，一定要将分频方式转换开关拨到&Active&一边，将高音功放接高音(Hi2h)输入、低音功放接低音(Low)输入。　　主动分频的优点很多，一是由于采用弱信号电子线路信号进行分频处理，故声音信号损失小、失真小，再现音质好;二是分频衰减率可以较被动分频做得更高，达到24dB/倍频程很容易，分频交叉区域较被动分频小得多，分频交叉区域中的高、低音单元声音之间的干扰基本上被克服了;三是可调性好，电声指标高。　　主动分频的不足没有一条是涉及音质方面的，其主要问题在于：一是成本高，投资大。由于主动分频方式高、低音每路分别要用独立的功率放大器，故使用功率放大器多，如一对二分配音箱要用两只功放推动;二是增加一台电子分频器，这就使得在连接和调整方面增加使用难度。　　前面已经介绍了，分频器有主动分频和被动分频两类。被动分频器固定安装在音箱内部，并不需要音响师对它进行调整，而主动分频方式则存在着电子分频器的正确使用、合理连接以及调整等多方面的问题，所以本文仅对主动分频器在使用中应该注意的几个主要问题加以讨论。
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浅谈功率分频和电子分频的玩法
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双线分音是一个大的概念，有广义的，也有狭义的，或者说分为功率分频和电子分频。其首要的条件是音箱必须具备2对接线端子（针对二分频音箱而言，三分频可推而广之）。第二个条件，音箱内高低频分频器必须各自独立，且2个分频器各自对应一对接线柱。
具备以上2个条件后，就有几种玩法。
1、采用2对喇叭线，从功放输出端子开始，分别将2对线接在音箱的2对接线端子上，将2对接线端子上的铜片去掉，然后通过各自的分频器接到高、低音喇叭上；这种玩法要比采用1对喇叭线（即最普通的接法）效果好，对线材的要求相对较低，在线材的选择上可考虑高、低频的特性而来。
2、其余不变，将分频器从音箱中取出，放在功放输出端子附近（一般认为从功放输出端子采用30cm的线与分频器连接），再采用2对线与音箱2对接线柱连接，接线柱与喇叭直接连接；线材中流动的是已经被分频过的电流，但需注意高低频分频器与音箱接线柱不能接错。外观也不太美观，但有人说这样接分频器会干扰功放，导致功放自激而烧机，不过实际上没有任何问题。
3、其余同第二种，采用2个功放，各接高、低频分频器，理论上要比第二种更佳。
以上3种玩法，再怎么折腾，终究要面对功率分频器，那么电子分频的情况如何呢？
所谓电子分频，是在功放前，采用阻容加放大电路将音频分隔开，再通过各自的功放（2声道需4路功放）放大，直接连接喇叭，祛除分频器，好处是不言而喻的。分频电路相当重要，频率下降斜率的问题、相位的问题，如果解决不好，同样没有靓声。
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音箱分频器公式的应用
导读：本篇提供的分频设计公式只有在以下这些条件符合时，才可以得到各类滤波器的特性所代表的声学响应：滤波器连接在响应平坦零相移阻抗的负载上；扬声器单元响应越过分频频率，延伸至分频器截止带的1.5~2个倍频程之外，并具有比较平坦的响应。
以上提供的分频设计公式只有在以下这些条件符合时，才可以得到各类滤波器的特性所代表的声学响应：
1、滤波器连接在响应平坦零相移阻抗的负载上。
2、扬声器单元响应越过分频频率，延伸至分频器截止带的1.5~2个倍频程之外（对于低通滤波器而言为上方的频率，对于高通滤波器而言为下方的频率），并具有比较平坦的响应。
3、不论是高通扬声器单元或是低通扬声器单元，都辐射自同一个的声平面将声音辐射出来。
如果在分频器的设计时不能符合以上任意一个条件，就无法得到预期中的结果。在这个情况下，只有两个解决方法：
第一个办法就是反复试验。此时，以公式计算的结果仅能提供一个大致的估算范围，因此，必须不停的重新测量并调整滤波网络参数，不断反复，直到得到所需的响应为止。事实上，这也是制造商最常用的一种设计技术，因为你要处理的变量仅有很小的更改空间。使用一种快速或实时测系统是非常重要的，比如高速FFT分析仪、连续正弦波扫描器、或高质量实时分析仪（RTA），可以几乎马上给出反馈信息。
另一种方法就是利用基于计算机的分频电路优化软件。目前这类软件已经越来越流行，而且也越来越有效。用于扬声器的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）软件，包括分频器优化软件将在第9章讨论。
应用以下原则，可以使设计方面的问题最小化：
1、关于上述第一个条件，其实不是只有平坦的阻抗才能达到你所期望的扬声器响应。不过，平坦的阻抗比较容易达成这个目标。除此之外，平坦的阻抗特性对于功放的输出较为友好，同时对于扬声器单元整体阻尼也较为有利。
将扬声器单元的阻抗从典型的负载改成幅度比较平坦的，需要使用共轭滤波器（Conjugate Filter）并根据扬声器的具体参数调整。除非你打算完全以不断试验的方式设计分频器，否则，最好在开始设计分频器时，先进行频扬声器单元的阻抗校正。
2、至于第二项条件，并非所有扬声器单元都具有合适的响应延伸特性，因而单元的指向性、低频的延伸、分类频率以及分频器斜率的选择更为重要。首要考虑的是，根据分频器目标响应的斜率，延伸量的标准可以放宽一些。相对于一阶滤波器，四阶滤波器不需要那么高的扬声器单元响应延伸就可达到平坦的轴向与离轴响应。
指向性的问题可通过加入指向性及低频延伸可以互补的扬声器单元来解决。如果使用的球顶高频扬声器的分频点不能低于2kHz，那么，用12英寸的低频扬声器单元与之配成一个2路分频系统就不是个好主意。
因为12寸扬声器单元的指向性会在离轴响应造成一个大谷。如果把同样的12英寸扬声器单元与6英寸中低频扬声器、3英寸的球顶中频扬声器单元以及0.75英寸的高频扬声器搭配就不成问题了。
10英寸低频扬声器单元也很少用于组成2路分频，虽然已经有相当成功的商业应用。它与4英寸中频扬声器、1英寸高频扬声器搭配就比较理想，分频点可设定在750Hz~1KHz，以及4~5KHz两个位置。如果元件和分频点频率比较合适，1.5~2个倍频程的延伸量很容易用于3路或4路扬声器系统。
不过，设计二路扬声器系统时，由于扬声器单元指向性或是低通衰减的原因，不在一个变化的频率范围内考虑扬声器单元的分频通常是不可能的。
在指向性或是低通响应开始衰减的位置，考虑到一般2路扬声器（4~8英寸低频扬声器单元，0.5~1.5寸高频扬声器单元）使用扬声器单元的高频衰减特性和指向性，期望2KHz或3KHz的分频频率之外得到1.5~2个倍频的延伸似乎是不太现实。如果分频器工作于扬声器单元离轴与轴向响应产生明显变化的范围时，除了反复试错之外别无选择，或者用分频器计算机优化软件来解决这种设计问题。
举例来说，假使高频扬声器单元所用的高通滤波器分频频率是2KHz ，而其响应自1.2KHz附近开始衰减，那么，分频器的传输函数必须设计成与扬声器单元的传输函数相结合，得到目标响应。
神奇的是，平坦的响应总是可以从不同的方法得到。每一种分频网络问题都有多种不同的解决方案，有些是可接受的，而有些则不然。
利用计算机优化软件，你会发现，利用简单的C/R（电容/电阻）组成共轭滤波器，也可能设计成一个二阶滤波器，同样的电路结构也可以优化得到二阶、三阶或四阶响应。显然，你不须要使用与目标响应斜率相同阶数的滤波器才能得到所需的衰减斜率。
事实上，在设计2路扬声器时几乎从来不需要这么做。优化软件同样也为非标准电路结构的实验开辟了一个新途径，比如将一阶低通滤波器与设计在比分频频率高一个倍频程的并联L/C/R陷波滤波器相结合。
当扬声器单元的转输函数为一种方程的结果时，可以设计一个看起来非对称的分频器。2路分频系统常常设计成一阶低通与三阶高通的组合。这时，一阶低通结合了低频扬声器单元的二阶响应而得到三阶声学响应，但高频扬声器单元的响应可能在较高的频率处分频，因而需要一个三阶电路来得到三阶响应。
3、由扬声器单元水平偏置导致的响应问题（条件3）通常不是理想化的，所以不易通过使用高阶滤波器而得到校正或降到最低。有个很好用的技巧可以帮你观察最终的分频器设计是否调整妥当，以及高低通部分的相位是否正确：
简单地将高通部分的极性反接，再测量一次。如果分频器设计正确，也就是说响应比较平坦，而且扬声器单元相位和衰减幅度得到适当的调整，那么，你将可以在分频频率处看到一个对称的深谷。有时虽然通过调整滤波器参数得到了表面上看起来平坦的响应，但是事实上分频器仍然没有设计好。如果是这样的话，你或许可以听到指向性性能不规则和结像力不好的迹象。
除了考虑阻抗曲线、指向性和扬声器单元排列等设计准则之外，其他一些考虑在于判断什么样的分频频率可以得到最佳的性能。使分频网络落在特定频率范围之外似乎对成功的设计有帮助。
虽然任何准则都有例外，3路分频器的中低音分频点在200~350Hz，中高音分频点在2~3.5 kHz时可以工作得最好。换句话说，也就是要避免使用工作于350Hz~1.5kHz范围中的分频网络。
如果让10~15英寸的低频扬声器单元工作在200~350 Hz范围以上（当然，要视分频斜率而定），会造成男声听起来过于饱满，同时也很难找到可以低失真地工作于2kHz以下的锥形或球顶类型的高频扬声器单元。
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