分频器设计

        我们知道，分频器相当于音箱中的“大脑”，对音质的好与坏有至关重要的作用。分频器是指将不同频段的声音信号区分开来，分别给于放大，然后送到相应频段的扬声器中再进行重放。在高质量声音重放时，需要进行电子分频处理。

分频器原理

        从电路结构来看，分频器本质上是由电容器和电感线圈构成的LC滤波网络，高音通道是高通滤波器，它只让高频信号通过而阻止低频信号；低音通道正好相反，它只让低音通过而阻止高频信号；中音通道则是一个带通滤波器，除了一低一高两个分频点之间的频率可以通过，高频成份和低频成份都将被阻止。在实际的分频器中，有时为了平衡高、低音单元之间的灵敏度差异，还要加入衰减电阻；另外，有些分频器中还加入了由电阻、电容构成的阻抗补偿网络，其目的是使音箱的阻抗曲线心理平坦一些，以便于功放驱动。

分频器原理

分频器的分类

1、功率分频器

        位于功率放大器之后，设置在音箱内，通过LC滤波网络，将功率放大器输出的功率音频信号分为低音，中音和高音，分别送至各自扬声器。连接简单，使用方便，但消耗功率，出现音频谷点，产生交叉失真，它的参数与扬声器阻抗有的直接关系，而扬声器的阻抗又是频率的函数，与标称值偏离较大，因此误差也较大，不利于调整。

2、电子分频器

        将音频弱信号进行分频的设备，位于功率放大器前，分频后再用各自独立的功率放大器，把每一个音频频段信号给予放大，然后分别送到相应的扬声器单元。因电流较小故可用较小功率的电子有源滤波器实现，调整较容易，减少功率损耗，及扬声器单元之间的干扰。使得信号损失小，音质好。但此方式每路要用独立的功率放大器，成本高，电路结构复杂，运用于专业扩声系统。

分频器

分频器的基本参数

一般来说，分频器包括三个基本参数。

第一个，就是分频器的分频点，这个应该不用多说。

第二个，就是所谓分频器的“路”，也就是分频器可以将输入的原始信号分成几个不同频段的信号，我们通常说的二分频、三分频，就是分频器的“路”。

第三个，就是分频器的“阶”，也称“类”。

        一个无源分频器，本质上就是几个高通和低通滤波电路的复合体，而这些滤波电路的数量，就是上面所说的“路”。但是在每一个滤波电路中，还有更精细的设计，换句话说，在每一个滤波电路中，都可以分别经过多次滤波，这个滤波的次数，就是分频器的“阶”。

        一阶分频器也是感容分频的结构，而二阶分频器中的每一路都经过了两次滤波，这个“两次滤波”才是“二阶”的真正含义！

        实际上，“二阶分频器”这样的说法也并不规范，因为“阶”并非是针对整个分频器的，而是针对其中的某一“路”的，所以严格的说法应该是“双路分频器，高低频皆采用二阶滤波”，因为虽然并不多见，但高频采用二阶滤波而低频采用一阶滤波这样的设计也是有的。

        除了一阶分频和二阶分频外，无源分频器还有三阶、四阶乃至六阶分频。采用高阶分频的好处在于其滤波衰减斜率更大，分频效果更好，而且也有利于设计分频补偿电路（因为并不是“分”得越彻底越干净的分频器就是好分频器，理论上说，分频后的两个信号曲线在叠加之后，与原曲线完全一致，这才是真正的好分频器），但高阶分频的功率损失大，特别是相位影响大，设计不好声音就会乱了套。所以不是越高阶的分频就越好。

        市场上的2.0多媒体音箱，使用电容或阻容分频的居多，使用分频器的极少，而使用二阶分频的更少。如冲击波SB-2000使用的是一阶分频器，而使用二阶分频的，则只有惠威T200A、M200，漫步者S2000、1900TIII等寥寥而已。（注：还有不少高档音箱采用的是二阶分频）。

分频器的设计

        高保真的音箱多数都是由两只或两只以上的扬声器单元构成,要高质量的还原20Hz~20kHz全频段的音频信号,必须借助优质分频器的协助.由于各自音箱的扬声器单元不同,分频器也就不能简单的代用,必须按照具体扬声器单元的特性进行制作.总结出一套较为完善的设计、制作、调试方法,只要求制作者备有一张内含20Hz~20kHz纯音频测试信号的《雨果金碟》、一个话筒信号放大电路、一只话筒和一块数字万用表,而不需要专门的测试仪器.
业余制作音箱,建议选择两分频的方式.

输入和输出部分都清晰可见的应用分频器

一、分频点频率f的选择

         两分频音箱的分频点,可以在2~5kHz之间进行优化选择.一般把分频点频率f选在低音单元自上限起一个倍频程以下,高音单元自下限起一个倍频程以上的范围内.

二、分频器与功率的分配

         构成音箱的高、低音单元,各自的标称功率是不一样的,而在实际节目信号的功率谱中,高频、低频信号的比例也是不一样的,因此将各种信号统计平均后,就得到了图1所示的模拟信号功率谱.将图1的功率谱进行计算,就得到了图2所示的功率分配曲线.在选择分频点时,一定要考虑功率的分配问题,使高音单元留有一定的余量.

三、分频方式的选择

        分频方式虽然有6dB/oct型、18dB/oct型、3dB降落点交叉型及12dB/oct型、6dB降落点交叉型等数种,但综合考虑它们的优缺点,建议使用12dB/oct型.

四、分频网络

         设计分频网络时,如把负载单元加入RC阻抗补偿电路,作为恒阻抗进行设计,这样当然是最好.但笔者查阅大量书刊资料后,发现RC阻抗补偿电路的计算方法有多种,而得出的RC值也不相同,让人不易选择,只好按频点电阻法来进行设计.

         首先,用连接,测出高、低音单元在分频点处的阻值(注意不要用单元标称阻抗代替,否则误差会很大,然后进行右上表中的计算和按图将LC元件连接,即告初步制作完成.高、低音单元的灵敏度不平衡,可用电阻衰减调节(1997年《电子报》第15期有专门文章介绍),制作时建议使用优质聚丙烯电容,优化设计空芯电感,将元件用热熔胶固定在印制板上,电感可用棉线或塑料扎扣带加强固定,用搭棚焊的方法连接,做成高、低音通道各自独立的分线分音方式.

五、调试方法

         根据声压级平方反比定律,点声源在自由空间中,距离增加一倍,声压级衰减6dB.利用这一定律,就可以进行下面的实际操作.

         把音箱体和扬声器单元装好,不接分频器,用《雨果金碟》测试信号,按正常的放音方式,用固定音量2~3W,重复播放分频点处频率f,用图4自制的简易声压测试仪,在2m处测试声压,调节话筒音量电位器使数字万用表读数,为一容易记忆的整数,记下备用.然后,接入分频器低通网络,将声压计放在1m处,测试读数与上次应相同,否则,按读数大(小)增大(减小)电容量,直到读数相同(这时分频点频率f衰减6dB).然后,将信号重新直接输入低音单元,将测试信号调节成高于分频点频率f的倍频程信号,用声压计在4m处测试声压,记下读数备用.最后,接入分频器低通网络,将声压计放在1m处,读数与上次相同,否则,稍加微调(这时倍频程频率f衰减12dB),这样,低音网络就调试完毕.高音网络重复以上操作步骤,调节电感,注意第二步输入低于分频点频率f的倍频程信号.这样,一套高质量的分频器就制作和调试完成.


结语

           附件中是一个分频器设计知识的文档，有需要的朋友可以下载参考!