小钳子 发表于 2004-3-22 17:24

对于分频器的设计,本人觉得实在有太多的误区存在----IMXP

正如下面讨论的一阶乎?三阶乎?
前几个月写了一些相关的文章并投到《现代音响技术》上,特放上来供大家争论。
正文如下(无图片,要看全文请下载打开)
一、 分频电路简介:
在扬声器系统的设计中,由于采用的扬声器单元的物理特性所限,单一的扬声器单元难以覆盖整个可听频带,目前虽然出现了某些全频带扬声器,但一方面由于其价格昂贵而难以普及,另一方面由于其狭窄的高频指向性和受限的低频输出能力等等,使更多厂家和设计者喜欢使用两个或以上的单元,让它们工作于不同频段,然后设计出合适的分频器,让各单元协调发声。
分频器其实就是滤波器,它能输出相关频段内的信号,并尽量减少带外信号的干扰。在实际使用中分被动分频器和主动分频器,前者由于结构简单、成本便宜而被广泛使用,本文主要针对被动分频器进行讨论。
在电子技术领域,有几类滤波器的衰减特性是被预定义好的,应用于分频电路的设计中的主要包括Butterworth和Linkwitz类的,下图1a、图1b是几类常用的滤波器的电压滚降特性(低通):


除Linkwitz类外,其余方式的-3dB点被称为截止频率,在分频器设计中,通常也称分频点。Linkwitz类滤波器是为了解决采用偶次阶数的Butterworth分频器在合成的时候会出现3dB左右的峰而提出的,在分频点的电压降落为6dB。
在被动分频电路中,假如设定的负载为纯电阻,则可以根据衰减特性推导出电路结构和各元件的参数,很多文章和书刊都介绍了计算的标准公式,这里不再重述。

二、 实际扬声器单元的阻抗特性和分频电路工作情况:
实际上,由于动生阻抗的存在和其它原因,电动扬声器单元的阻抗不会在各频率下都呈纯阻性,而呈复杂的、非线性的变化。低音单元在装箱后与不装箱时其阻抗特性也有区别。图2和图3分别是装在倒相箱上的Vifa P17WJ-00-08低音单元和PL27TG-35-06高音单元的阻抗曲线,它们的标称阻抗分别为8欧姆和6欧姆。


可以看到,单元的阻抗模值随频率的变化而变化,阻抗-相位曲线(图中的虚线)也并非保持在0度,通常单元阻抗峰值左边附近呈感性,阻抗峰值右边附近呈容性。
假如按照书本上介绍的公式取值,在这样复杂变化的负载下,其电压滚降特性与目标相应会相差很远,而且变得几乎不可估计。图4是按标称阻抗计算出的用于上述单元的2阶Linkwitz滤波器,接上扬声器负载后,电压滚降特性图5、6:


图5中4KHZ附近的误差最大,接近8dB。

图6中由于高音单元的谐振频率较低,离分频点较远,因此分频点附近的误差不算很大,但10K附近出现较大误差。
因此有人提出,应使用分频点处的阻抗模值来代替计算公式中的负载电阻以获得正确的滚降特性。但此种想法没有考虑到分频点附近的阻抗并不保持恒定,也随频率变化而变化,因此单以一点为参考的话,分频点附近的衰减特性也得不到保证。
我们来看看具体的例子。使用相同的低音单元,设分频点为3KHZ,读得此时阻抗模为13.24欧姆,则图4中2阶低通Linkwitz滤波器参数为:L1=1.405MH,C1=2.003UF,考察其电压滚降特性如下图7:

可见在分频点3KHZ处,刚好等于理想值的-6dB(但相位无法保证),分频点附近的特性同样无法保证。1500HZ处误差约4dB,5KHZ处误差接近6dB。
另一部分人提出为了稳定其阻抗,应使用阻抗补偿电路以获得理想的衰减特性。我们先分析其补偿的原理:
设某一负载的阻抗Z等效为一纯电阻R和电感L的串联,则其阻抗为频率的函数,阻抗Z=R+jωL。有另一阻抗补偿网络由电阻R和C串联组成,并令C=L/R2。则该网络和负载Z并联后总的等效阻抗呈纯阻性并恒等于R(证明从略)。
问题好象很简单,如果单元的阻抗完全等效为一个纯电阻和纯电感的串联,我们只要求得的电感值就可以求出了,然而实际上由于各种原因的影响不但等效的的电感分量随频率变化而变化,连等效的电阻分量也是非线性变化的(可以从图2中的阻抗模/相位—频率曲线验证),因此就算使用阻抗补偿网络,也难以完全达到目的。
举个例子,低音单元厂家的标称音圈电感0.55MH,取等效的电阻为8欧姆,计算得RC阻抗补偿网络参数如下:
R=8 OHM C = L/R2 = 0.55*10-3/64 =8.594UF
单元在并联此补偿网络后,总的阻抗曲线如下图8,可见就算使用阻抗补偿网络,也不能完全把阻抗变化的因素去掉。(另:可适当调整补偿网络的参数以得到更佳的效果)

而采用补偿网络后,接合图2的低通网络得到的电压衰减特性如下图9,可以看到,使用补偿网络后的确能降低通常按公式计算的分频网络由于扬声器单元负载的复杂性引起的影响,要注意的是并非能完全地排除影响。

三、 单元的声压特性和其它影响:
上面仅针对单元的电特性进行了分析。而实际上扬声器是电-力-声转换器件,最终产生的是声音并被人耳听到,因此系统的分频器设计必须以声音特性为最终目标。由于单元在有限频带内的频响也存在许多峰谷,再加上障板效应的影响(详见笔者的《关于障板形状对单元频率响应影响的分析》一文,因此通常装箱后,单元频响在有效频带内的波动会很大。下图10为上述低音单元安装在类无限大障板的频响图(厂家提供),而该单元装在箱体内进行的频率响应见图11。(图11测量条件:采用L

yongsheng 发表于 2012-11-10 15:43

我们抛开公式,但说频响高音低音总有一个点相交(如果能测量更好)下一步通过分频器和频响曲线调整交点俩侧是相位重合就好,我是这样简单认为的。还要通过分频器去调整整体的平衡但分频点不变。

薄荷 发表于 2012-11-11 08:50

8年前的帖子挖出来,强!

cslyd 发表于 2012-11-11 11:53

资料不在早晚 有用就好
页: [1]
查看完整版本: 对于分频器的设计,本人觉得实在有太多的误区存在----IMXP