pcmsc 发表于 2009-1-29 21:08

最近研究这东西《三分频扬声器系统分频器电感的精确设计》(转)

(转)三分频扬声器系统分频器电感的精确设计
1 引言
    扬声器系统的分频器分为前级分频和功率分频2类。前级分频是前级电路中由电子元件产生的分频,再由各自的功放分别驱动高﹑中﹑低音扬声器系统,如图(1a)所示,属于小信号有源分频。而功率分频则是由电感、电容、电阻元件构成的位于功放与扬声器之间的无源分频电路,如图(1b)所示。


    采用功率分频的扬声器系统结构简单、成本低,而且又能获得很高的放音质量,因而在现代高保真放音系统中应用最为普遍。其性能的好坏与扬声器的各项指标以及分频电路、电感元件的性能、精度有密不可分的关系,精确计算电感参数便是成功的关键。
2 对分频器电路、元件的要求
(1)电路中电感元件直流电阻、电感值误差越小越好。而且为使频响曲线平坦最好使用空心电感。
(2)电路中电容元件损耗尽可能小。最好使用音频专用金属化聚丙烯电容。
(3)使各扬声器单元分配到较平坦的信号功率,且起到保护高频扬声器的作用。
(4)各频道分频组合传输功率特性应满足图2所示特性曲线的要求(P0为最大值,P1为对应分频点f1、f2的值)。分频点处的功率与功率最大值之间幅度应满足P1(=0.3~0.5)P0的范围。
(5)整个频段内损耗平坦,基本不出现“高峰”和“深谷”。


3 分频电感电容参数值的计算
下面以三分频分频器为例说明其参数的计算,如图3所示。

(1)计算分频电感L1,L2,L3,L4和分频电容C1,C2,C3,C4。
    为了得到理想的频谱特性曲线,理论计算时可取:C1=C4,C3=C2,L1=L3,L4=L2,分频点频率为f1,(f2见图2),则分频点ω1=2πf0,ω2=2πf2。并设想高、中、低扬声器阻抗均相同为RL。每倍频程衰减12 dB。

(2)实验修正C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的值
    为精确起见,可用实验方法稍微调整C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的值,以满足设计曲线﹙见图2﹚的要求。即通过实验描绘频响曲线,从而得到C1,C2,C3,C4,L1,L2,L3,L4的最佳值。如果没有实验条件,这一步也可不做。求出电容电感的值后就可计算电感值了。
4 最佳结构电感的作用
4.1最佳结构电感的提出
空心分频电感(简称电感)的基本参数是电感量和直流电阻。一般来说,电感量不准会导致分频点偏离设计要求并可能影响扬声器系统的频响,大家都比较重视。然而其直流电阻不宜过大,否则会对音质产生影响。通常人们对此电阻在电路中的影响及其定量要求不甚了解,因此未引起足够重视,对此特作以下简要分析。
以图3的分频网络为例,由于低音单元的分频电感L2与负载R(L低音单元额定阻抗)相串联,因此若L2的阻抗过大,功放输出功率在其上的损耗将增大。同时,功放内阻对低音单元的阻尼作用也将大大减弱。前者影响功放的有效输出功率,后者对音质的影响却无可挽回。由于分频网络中L2的电感量最大,且随分频点的降低而增大,所以L2的直流电阻的影响相当突出。
至于高音单元的分频电感L1,因它未与负载串联,就不存在L2那样的功耗和阻尼问题。但是仍希望其阻抗尽可能小些。因为它与负载并联,起着旁路来自C1的残余低音频成分的作用。若阻值过大,就会影响高音分频网络对低音频的衰减陡度。
综上所述,电感直流电阻的数值在理论上是越小越好,实际应用中对电感直流电阻数值的要求,应从减小它对电路的影响方面去考虑。具体说又分2种情形,对与负载串联的电感(如L2),应从允许的功率损耗和有足够的阻尼两方面去考虑;对与负载并联的电感(如L1),则主要从具有足够的旁路作用去考虑。
对L2电阻影响功率损耗和L1电阻影响旁路作用的处理原则相同,即应使L1和L2的阻抗R远小于扬声器的额定阻抗R(L即R<<RL)。从数学上分析这相当于要满足条件:R≤RL 20,才能得到良好的阻尼特性。对于C3,C4,L3,L4组成的中音分频电路,则因需满足图2的频谱特性,已取C3="C2,C1=C4,L1=L3,L4=L2。故可不予分析,只照图连接即可。若是多个电感串联时,应把用以上方法确定的电阻均分到各个电感上去。
    综上所述,可得出这样的结论:对与负载串联的电感,一般按阻尼要求R≤RL/20确定其电阻值。例如,对8Ω负载,L2的电阻不应高于0.4Ω;对4Ω负载则不应高于0.2Ω。对与负载并联的电感按R≤RL/10确定其阻抗值。例如对8Ω负载,L1的电阻不应高于0.8Ω;对4Ω负载,则不应高于0.4Ω。按这样的要求可能许多著名的扬声器系统都达不到指标。
对同一电感量,其绕组结构可任意多。因此空心电感线圈必然存在一个最佳结构尺寸,它应使电感量L对其电阻R之比L/R达到最大值。即可找出一套合理绕制空心电感线圈的经验计算公式,与其它方法得出的结构尺寸相比,相同的电感值具有最小的阻抗值。
其实电感结构是否最佳很容易从其外形判别。如果绕组截面大致呈正方形,且绕组内径为绕组宽度(即绕组高度)的4倍,那么基本上属于最佳结构。
结构最佳的电感线圈应该用料省、体积小,并可使电感量和电阻同时满足预先给定的数值。
由于对每一电感值和电阻值均有一个最佳结构尺寸,因此应舍弃传统的计算方法求取、制作电感。因为传统方法不经测试修正难以满足最佳要求。
下面介绍改用经验公式的计算方法,此方法能满足最佳要求。而且它对一些特殊结构尺寸的电感计算精确度也很高。

4.2最佳结构电感的计算
设所需电感量为L(μH),其阻抗值为R(Ω),先求出绕组的结构参数

    参数b是绕组的高度(宽度),决定了绕组的内径和外径。所以求得b后即可按图4制作绕组骨架,其中骨架外径适当加大10%左右,然后求取

其中,N为绕组匝数,d为导线铜芯直径,i为导线总长度,w为导线总重量。

    根据铜芯直径d从线规表中选取对应的标称直径,由导线总重量可选购足够用量的高强度漆包线。
采用该计算方法绕制的电感经与实验对比,误差一般小于5%,绕制后是否测量已无关紧要了,基本上能满足直接应用的要求。
由于以上绕制方法中,实际使用导线铜芯直径D总是选得比计算直径d大一些,从而造成绕制后的电感量总比计算值低些,显然,加长绕制导线长度,即多绕几匝就可使实际电感量更接近计算值。实际绕制导线的总长度可由
k=0.4[(D/d)-i]   (6)
I(=i+k)i         (7)
求出。其中k为实际导线的加长系数,I为实际绕制导线总长度,把长度I全部绕入骨架即可。D为实际导线直径。
如计算1 mH、电阻值为0.8Ω的空心电感线圈的最佳结构尺寸及绕制参数。将数值代入式(1)~式(5)得

    骨架的中心轴外径取2b=24 mm,骨架两夹板间距为b=12 mm,骨架夹板外径取4b=48 mm,(实际制作时可加大10%)。计算结果如下
b=12 mm;2b=24 mm;N=181.5匝;d=0.75 mm;i=20.52 m;w=81 g。
如果采用导线直径实际为D,则用k=0.4(,I(=i+k)i进行修正。采用该方法计算出L1,L2,L3,L4的值,照图装配即可。
作为计算验证,笔者按Hi-Vi S8 plus扬声器系统分频器的参数制作了一个家用扬声器系统。其中2只0.55 mH和0.18 mH的电感按上述结果计算制作,实测电感值为0.565 mH和0.187 mH。误差不超过5%。说明此法绕制的电感量准确。通常该计算法即使没有电感表测量,电感误差也不超过5%。
将该计算法与以往的图表法比较,还可体会出该方法的优点:用料省、体积小、不需绘制图表、误差小。

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:09

学习这个文章,受益匪浅!

转过来,希望对雏鸟有所帮助!

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:14

音箱分频器的电容与声音的重要关系(转)

电容器和电感器组成LC网路为分频线路,其公式是    F(分频频率)=2π√(LxC)
    所以要分类点的分频频率精确,电容器的电容值也相对的要精确,因此用于分频线路上的电容器其误差值都较准确,如±20%±10%±5%甚至于±2%±1%都有。
    信号(SIGNAL)与电容器极性(POLARITY):
    因为功率放大器所输出的是信号电压(也可称为交流电),所以用于分频线路上的电容器必须是"无极性"(NON-POLARIZED)。
    信号(SIGNAL)与电容器耐压(WV):
    为了承载功率放大器所输出的信号电压,而用于分频线路上的电容器其耐压值必须要高于功率放大器所设计的输出信号电压PP(PEAK-PEAK)值,一般都高出30%-40%当作安全值(也不须要求过高的耐压值以免增加无谓的成本)·绝大部份功率放大器所输出的信号电压都不超过30VAC,所以用耐压值100V就可,当然耐压值400V更加保险。
    承载功率(POWER)的大小和电容器的耐压值没有影响,而是和电容器的可承载涟波电流(RIPPLECURRENT)即损失角值(DISSPATIONFACTOR)有关。
    信号功率(POWER)与电容器的损失角:
    上言电容器的承载功率大小和损失角值有关连的,损失角值越低则承载功率越大,损失角值越高则承载功率越小。
    何谓损失角(DISSPATIONFACTOR-又简称DF)?信号通过电容器之相位角度与-90度之夹角称为损失角(DISSPATIONFACTOR-又简称DF)·标准电容器其相位角为负90度(损失角为零,ESR阻抗值也是为零),且DF值越低,ESR阻抗值也越低。
    如信号通过标准电容器其相位角为负90度,所以电容器相位角越接近-90度则其损失角值越低,也因此承载功率也越大,若假设有标准电容器,因其相位为-90度,也就是说损失角值为零,ESR阻抗值也是零,如此便可承载无限大的功率。
    音质(TONE)与电容器的损失角:
    损失角值的高低和电容器的等级串联内阻值(ESR)成正比,损失角值越低则内阻值越低,损失角值越高则内阻值越高,是故音质好坏和损失角质高低成反比,损失角值越低则内阻值越低,因此音质越好,损失角值越高则内阻值越高,因此音质越差。
    频率响应(FREQUENCYRESPONSE)与电容器的损失角:
    同一只电容在不同的频率下工作,它的损失值及容量值是不相同的,通常而言工作频率越高损失角值会越大(容量值则会越小),变化率的大小和此电容量的损失角值的高低成正比,损失角值越低变化率越小,损失角值越高变化率越大,所以说频率响应与电容量的损失角值是息息相关的,损失角值越低的电容器,因其在各种频率工作时其损失角值及容量值的变化率较小,如此频率响应会越平(可通过越宽的频率),损失角值高的则相反。
   大部份的分频用电容器可指定其测试频率在120HZ或1KHZ下要求所能容许的最高损失角值(例如10%5%4%3%1%…),但是为了要使频率响应更平以求尽善尽美(一般都是要使高频即高音的曲线不要被拉下),也可要求电容器指定其测试频率在于较高的频率下(例如于3KHZ6KHZ10KHZ甚至20KHZ,最好是和所设定的分频点相同的频率)
    声音传送速度(SPEEDYOFTRANSMISION)与电容器的损失角:
    如前述损失角值的高低和电容器的等级串联内阻值(ESR)成正比,是故除了音质的好坏和损失角值有关连,声音传送速度也和损失角值息息相关,损失角值越低则内阻值越低也因此传送速度也较快好,损失角值越高的则反之。
    电容器的好坏和音箱有很重要的关连,电容器就好似音箱的动脉,好的音箱分频线路就要有好的电容器-也就是说电容器的误差值要精确,耐压值要足够,损失角要低。

作者《阿里路路》

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:17

这两篇文章,及其值得学习!

基本可以掌握分频器的基本原理!本来我对分频器一头雾水,现在基本明白其中的奥妙!

但要设计好它!还需要不断的学习了。。。。。。。。


http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=153442

这些工具也连接过来,省的去找!

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:34

分频器作用及分频点的选择基础(转)

    分频器的作用:在一个扬声器系统里,人们把箱体、分频电路、扬声器单元称为扬声器系统的三大件,而分频电路对扬声器系统能否高质量地还原电声信号起着极其重要的作用。尤其在中、高频部分,分频电路所起到的作用就更为明显。其作用如下:
    合理地分割各单元的工作频段;
    合理地进行各单元功率分配;
    使各单元之间具有恰当的相位关系以减少各单元在工作中出现的声干涉失真;
    利用分频电路的特性以弥补单元在某频段里的声缺陷;
    将各频段圆滑平顺地对接起来。
    显然,分频电路的这些作用已被人们所认识和接受。
    分频点的选择:
    1考虑中低单元指向性实用边界频率f=345/d(d=单元振膜有效直径)。通常8”单元的边界频率为2k,6.5”单元的边界频率为2.7k,5”单元为3.4k,4”单元为4.3k。也就是说使用上述单元,其分频点不能大于各单元所对应的实用边界频率。
    2从高音单元谐振频率考虑,分频点应大于三倍的谐振频率。也就是说从高音单元的角度出发,通常分频点应大于2.5k。
    3考虑中低音单元高端响应Fh,通常分频点不应大于1/2Fh。实际上,二分频音箱上述条件很难得到同时满足。这时设计者应在这三者中有一个比较好的折中选择。但必须强调的是,第一个条件即实用边界频率应该优先满足。
    4三分频的情况下,通常应将两个分频点隔得愈远(应在三个倍频程以上),组合后的系统响应会变得愈好。否则,将会出现复杂的干扰辐射现象。
    5低音与中音的分频点应考虑人声声像定位的问题。应使人声的重放尽可能由中音单元来承担,以避免人声的声像定位音色发生过大的变化。这一点往往容易被设计者所忽视。通常这一分频点应为200-300Hz。

jt1000027dsl 发表于 2009-1-29 21:40

玩三分频是很难,谢谢,收藏了
高,中,低频率对接起来不容易
到DJ家里玩过,同一首歌,在他手里{调三次音调,家用功放,有高中低音调}
让我听到三种不同的细节:sa :sa 调音师也很牛

okra 发表于 2009-1-29 21:50

ignore it!

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:54

回复 #7 okra 的帖子

忽略了它!那就真的很好玩了!

:21sffs

pcmsc 发表于 2009-1-29 21:55

回复 #6 jt1000027dsl 的帖子

你说的对!

琢磨着看吧!不琢磨也不行了。。

okra 发表于 2009-1-29 21:58

别上火,我是诚恳的.
那是个错误的方向.

hl8999696 发表于 2009-1-29 21:59

靠!分频了?

pcmsc 发表于 2009-1-29 22:01

回复 #10 okra 的帖子

谢谢,认真学习一下!

毛毛 发表于 2009-1-29 22:19

原帖由 okra 于 2009-1-29 21:58 发表 http://bbs.hifidiy.net/images/common/back.gif
别上火,我是诚恳的.
那是个错误的方向.

那么正确的方向应该从什么开始呢,菜鸟在箱楼混了一段时间,不得要领,不知重点不知方向从那里开始?:4sda
诚恳的请教o版

pcmsc 发表于 2009-1-29 22:32

回复 #13 毛毛 的帖子

http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=153442

计算机辅助设计!

不过,我个人感觉还是要掌握些原理!不然还是一头雾水!比如相位的效正,电感电容的作用等等!这些计算机不会告诉你!

有了原理为基础,再用CAD,应该就比较爽点!不会再是知其然。。。。。

Julien 发表于 2009-1-29 22:39

http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=43418&highlight=%B2%BB%B2%E2%C1%BF

。。。手动算不了。。。

毛毛 发表于 2009-1-29 22:39

回复 #14 pcmsc 的帖子

谢谢

hya1951 发表于 2009-1-29 22:46

原帖由 毛毛 于 2009-1-29 22:19 发表 http://bbs.hifidiy.net/images/common/back.gif


那么正确的方向应该从什么开始呢,菜鸟在箱楼混了一段时间,不得要领,不知重点不知方向从那里开始?:4sda
诚恳的请教o版
O板不好意思直说,还用了英文,避免打击LZ发帖的积极性,该技术的计算方法完全把单元作为一个理想模型,实际情况哪有这么简单,曲线变化无穷,该公式是计算机辅助设计普及以前一种粗略的业余计算方法,还好意思说精确设计,众位版主呕心沥血推广计算机辅助设计,推广测量套件,我等竟然浑然不知,还要学这种早已过时的东西,版主们岂不要伤心死.

pcmsc 发表于 2009-1-29 23:21

回复 #17 hya1951 的帖子

哈哈,你说的对!

这些文章的益处在于教会你知道原理!

我想就连我都知道去买套件回来调整!谁也不至于般个公式去作箱子哦!

原理了解清楚还是很重要的!

superxo 发表于 2009-1-29 23:30

好!作为入门,必看:lol :lol :lol

起码得知道分频的原理!!!



只是在实际做箱中,就不能参考这些了:lol :lol :lol
当年把这些公式背得滚瓜烂熟,曾以为HI-END不过如此:lol :lol :lol
可惜做出来的箱子,是LO-END和HI-YY-end:4sda :4sda :4sda

hongyu8126 发表于 2009-1-29 23:55

这就叫树掿死,人掿活!入门知识一定要了解,但不能千篇一律,HIFI也一样,要灵活应用!谢谢楼主的分享!
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