经典实例浅谈两单元两阶书架箱分频设计（ATC SCM12和SCM20书架箱）

aomei · 发表于 2016-3-21 20:25

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 21:22 编辑

本文意在抛砖引玉，和大家共同学习两单元两阶分频器的设计方法。有些人把分频器看得非常神秘，好像非常高深莫测似的；有些人则秘而不宣；有些人则大谈特谈顶级书架箱的制作，高大上的喇叭单元、顶级的分频元件，吊足胃口，但是就是不谈分频器的设计和电路图；有些人想学又难于找到资料......我这里就浅谈两单元两分频的设计方法，保证有章可循，浅显易懂，全部用数据说话。

atc scm20书架箱，一代名箱，与其后出的atc scm12书架箱，两者的分频器电路图和元件参数都一模一样，我们先来看看其单元配置：
1、中低音单元是自行设计制造的著名馒头中低音单元，通过实测，直流电阻约为4.7欧姆，标称音频阻抗约为6.2欧姆（约为直流电阻的1.3倍），灵敏度约为86db，当其接入分频器装箱后，由于串入的电感有大约0.22欧姆，导致书架箱的实际灵敏度约为83db；
2、高音单元是vifa d26或d27，标称音频阻抗是6欧姆，灵敏度是89db，要与馒头中低音单元匹配灵敏度，需要衰减6db的灵敏度。

补充内容 (2016-3-22 15:54):
查高音喇叭d27得知，其灵敏度应为91db而非89db，特此修正，故灵敏度正确的衰减量应是91-83=8db

aomei · 发表于 2016-3-21 20:26

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 21:24 编辑

上述公式仅供参考，实际使用中需要根据单元的特性以及单元相互间的水平及垂直距离而调整。根据前文已经提到，由于要考虑到相位设计，以及考虑到分频点附近幅频响应曲线的上升或下降，并不是一定是高低通用同阶滤波器的。
并且即使用同阶的高低通滤波，也要根据需要进行灵活的调整。以二阶分频来说，即使单元的相频响应、幅频响应极佳，不需要考虑的话，也需要根据经验对上述公式进行适当的修正，要修正高低通滤波的交叠点，比如巴特沃斯分频点。如果不考虑单元本身的特性，那么按公式计算出来的是-3dB点高低通交叠。而目前国际通行的做法是采用-6dB交叠的，也即把低通滤波的频率移低1.3倍，这样前述之公式变为：

对于二阶的其它分频器也存在这个问题，并且Q值越高移动越大，对L-R分频器，可以不移，相当于1，对
于Bessel分频器此值为1.1，而Butterworth分频器，此值是1.3，而对于Q=1的Chebychev分频器来说此值为1.5。

补充内容 (2016-3-22 00:22):
不知怎么搞的，上传的图片居然是全黑看不清楚，请看下面6楼再上图片。

幸福老大 · 发表于 2016-3-21 20:44

楼主注册10年了还是论坛游民，可见楼主确实很谦虚！好学习！顺便祝贺楼主论坛10周岁生日快乐！

e54995 · 发表于 2016-3-21 20:54

好久不见楼主了

三条A · 发表于 2016-3-21 21:16

占坑学习。

aomei · 发表于 2016-3-21 21:33

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 21:43 编辑

aomei 发表于 2016-3-21 20:26
上述公式仅供参考，实际使用中需要根据单元的特性以及单元相互间的水平及垂直距离而调整。根据前文已经提到 ...

上述公式仅供参考，实际使用中需要根据单元的特性以及单元相互间的水平及垂直距离而调整。根据前文已经提到，由于要考虑到相位设计，以及考虑到分频点附近幅频响应曲线的上升或下降，并不是一定是高低通用同阶滤波器的。
并且即使用同阶的高低通滤波，也要根据需要进行灵活的调整。以二阶分频来说，即使单元的相频响应、幅频响应极佳，不需要考虑的话，也需要根据经验对上述公式进行适当的修正，要修正高低通滤波的交叠点，比如巴特沃斯分频点。如果不考虑单元本身的特性，那么按公式计算出来的是-3dB点高低通交叠。而目前国际通行的做法是采用-6dB交叠的，也即把低通滤波的频率移低1.3倍，这样前述之公式变为：
QQ图片20160321213411.png

在本文中，中低音单元按Butterworth分频器设计，Q值=0.707，按-3dB高低通交叠（因为中低音单元往高频方向延伸较差）；高音单元按Bessel分频器设计Q值=1.1，按-6dB交叠进行设计（因为高音单元往中低频方向延伸较好）。
对于二阶的其它分频器也存在这个问题，并且Q值越高移动越大，对L-R分频器，可以不移，相当于1，对
于Bessel分频器此值为1.1，而Butterworth分频器，此值是1.3，而对于Q=1的Chebychev分频器来说此值为1.5。

aomei · 发表于 2016-3-21 22:35

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 22:42 编辑

aomei 发表于 2016-3-21 21:33
上述公式仅供参考，实际使用中需要根据单元的特性以及单元相互间的水平及垂直距离而调整。根据前文已经 ...

1、先计算中低音单元电感、电容的数值，前面已经说过，中低音单元的Q值取0.707，阻抗Z=6.2欧姆，圆周率π=3.14，按分频点-3db交叠设计，分频点fc取值=2800hz，根据前面的公式：
电感L=Z/（2πQfc）=6.2/（2×3.14×0.707×2800）=0.0004987H=0.4987mH，实际可以取值L=0.5mH；
电容C=Q/（2πfcZ）=0.707/（2×3.14×2800×6.2）=0.000006485f=6.485uf，实际可以取值C=6.8uf；

2、再计算高音单元电感、电容的数值，同理，前面已经说过，高音单元的Q值取1.1，高通阻抗Z取值=7.2欧姆（高音单元的阻抗是6欧姆，通过T型衰减电路之后既可以降低高音单元的灵敏度，又可以同时调整匹配分频器高通部分的阻抗，在这里将高通阻抗Z取值7.2欧姆），圆周率π=3.14，按分频点-6db交叠设计，即取值=分频点1.3倍fc=1.3×2800hz，根据前面的公式：
电感L=Z/（2πQ1.3fc）=7.2/（2×3.14×1.1××1.3×2800）=0.0002863H=0.2863mH，实际可以取值L=0.3mH；
电容C=Q/（2πZ1.3fc）=1.1/（2×3.14×7.2×1.3×2800）=0.000006683f=6.683uf，实际可以取值6.8uf。

shehuachang · 发表于 2016-3-21 22:46

支持。

aomei · 发表于 2016-3-21 22:49

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 23:40 编辑

aomei 发表于 2016-3-21 22:35
1、先计算中低音单元电感、电容的数值，前面已经说过，中低音单元的Q值取0.707，阻抗Z=6.2欧姆，圆周率 ...

分频器的设计还包括单元的阻抗补偿，以及各单元灵敏度不同而加入的衰减网络等。
首先谈阻抗补偿，这包含两个方面，一是由于音圈电感影响造成喇叭阻抗随频率上升，为了保证滤波器足够的衰减斜率而对音圈电感用RC电路补偿，另一是由于高低音单元在谐振频率处有一个阻抗峰值。
其中以音圈电感的补偿较为常见，其电路如图。
其中R、C值由下式确定：

其中Zmin为喇叭阻抗的最低点，Rdc为喇叭的直流电阻，Lv为喇叭的音圈电感，单位为亨利。

1、在这里，只对中低音单元采用RC阻抗补偿电路，因为中低音单元在低频工作时，阻抗较大，馒头中低音单元在低频的阻抗约为8欧姆，根据前面的公式可以得知：
R=Zmin=1.25×8欧姆=10欧姆；
C=Lv/（R×R）=0.64mH×(10^-3)/（8×8）=0.00001f=10uf.(Lv可以通过实测得知约为0.64mH，也可以参考大多数同阻抗同尺寸的中低音喇叭的音圈电感值)。

2、对高音单元进行衰减6db、同时稳定匹配高频阻抗Z设定为7.2欧姆（高音单元自身的标称阻抗=6欧姆），采用对称型T型衰减电路，如下图示中高通分频部分中的R4、R5与R2组成T型衰减电路，因R4=R5，故称之为对称型T型衰减电路，好处和优点有三个：一是大家熟知的可以衰减高音单元的灵敏度，可以与中低音单元保持同等的灵敏度；二是可以设定所需要的高通整体阻抗，从而稳定高通阻抗，不让分频点随高频变化而飘忽不定；三是对称型的T型衰减电路高低频衔接非常好、且中频浓厚、音乐韵味好，音像定位准确。

atc scm20分频器电路图以及高音T型衰减电路

在这里，通过计算，可以得知R4=R5=3.3欧姆，R2=6.8欧姆。
分频器高通部分的整体阻抗Z=R4+R2×（R5+R高音阻抗）/（R2+R5+R高音阻抗）=3.3+6.8×（3.3+6）/（6.8+3.3+6）=7.227欧姆！针对标称6欧姆高音单元衰减6db灵敏度的T型衰减电路中三个电阻值就是如上所述。至于T型衰减电路设计，大家可以百度或者参考如下链接：
http://wenku.baidu.com/link?url= ... CnM3LBMJMYcA5A26BIO

至此、分频器的电路设计已经全部完成，是不是很简单，很科学。欢迎大家继续补充和讨论！

补充内容 (2016-3-22 13:54):
正确的T型衰减电路计算公式如下链接：

补充内容 (2016-3-22 13:55):
http://wenku.baidu.com/view/66e9 ... 30.html?from=search

补充内容 (2016-3-22 17:34):
请参考第2页21楼，有T型衰减电路的精确计算方法！

补充内容 (2016-3-22 21:03):
分频器高通部分的整体阻抗Z=R4+R2×（R5+R高音阻抗）/（R2+R5+R高音阻抗）=3.3+6.8×（3.3+6）/（6.8+3.3+6）=7.227欧姆！这个公式计算出来的电阻7.227欧姆，只是一个接近于直流电阻的概念，而非音频范围内的平均阻。

补充内容 (2016-3-22 21:04):
分频器高通部分的整体阻抗Z=R4+R2×（R5+R高音阻抗）/（R2+R5+R高音阻抗）=3.3+6.8×（3.3+6）/（6.8+3.3+6）=7.227欧姆！这个公式计算出来的电阻7.227欧姆，只是一个接近于直流电阻的概念，而非音频范围内的平均阻抗

aomei · 发表于 2016-3-21 23:42

本帖最后由 aomei 于 2016-3-21 23:48 编辑

aomei 发表于 2016-3-21 22:49
分频器的设计还包括单元的阻抗补偿，以及各单元灵敏度不同而加入的衰减网络等。
首先谈阻抗补偿， ...

至此，如果弄懂了上文所述，大家再设计分频器，不再是难事，可以不再求人！

再给大家一个分频器图纸，是atc scm10的分频器图纸。据说灵敏度是80db（未求证，如果是是这样，则高音单元T型衰减电路的灵敏度衰减了惊人的9db）：
atc scm10分频器电路图.jpg

牛牛5911 · 发表于 2016-3-22 00:05

这个很棒,学习下.

aomei · 发表于 2016-3-22 00:08

aomei 发表于 2016-3-21 23:42
至此，如果弄懂了上文所述，大家再设计分频器，不再是难事，可以不再求人！

再给大家一个分频器图纸 ...

atc scm12书架箱分频器欣赏

aomei · 发表于 2016-3-22 00:10

本帖最后由 aomei 于 2016-3-22 00:16 编辑

atc scm20书架箱以及分频器欣赏

yanguobo · 发表于 2016-3-22 09:24

顶楼主！
经常看到有人说花了几年时间不眠不休，日以继夜的计算调整，才做好一对分频器。
这些独家绝技，必须高度保密，准备传男不传女的，确实太高大上了。

莹佳一科技 · 发表于 2016-3-22 09:38

不错的学习贴..

低碳生活 · 发表于 2016-3-22 12:19

这个尤物真是我的梦中情人

fufei · 发表于 2016-3-22 12:38

顶楼主，看来的要好好学习这个帖子了。

那天没有夕阳 · 发表于 2016-3-22 14:02

求教楼主：
我想用电分制作三分频，为了保护高音及尽量让高、中、低的阻抗一致，这样便于高中低平衡的调整。我在音箱内加如下电路可以吗？如果要换成T型衰减，R4和R2分别应该是多少？

aomei · 发表于 2016-3-22 14:49

本帖最后由 aomei 于 2016-3-22 15:36 编辑

aomei 发表于 2016-3-21 22:49
分频器的设计还包括单元的阻抗补偿，以及各单元灵敏度不同而加入的衰减网络等。
首先谈阻抗补偿， ...

分频器高音单元灵敏度衰减——T型衰减电路计算公式

还是用atc scm20书架箱的分频器来举例：在前面，已经说过，这个分频器是采用对称型T型衰减电路，故输入阻抗Z1=输出阻抗Z2=设定的7.2欧姆（大致和低音单元一致）
1、计算衰减量A：高音单元的灵敏度是89db，低音单元接入分频电路后的灵敏度是83db，故高音单元灵敏度衰减量A=高音灵敏度-中低音单元接入分频后的灵敏度=89-83=6db；
2、根据上面的公式，α=10^(A/10)=10^(6/10)=10^0.3=2

补充内容 (2016-3-22 15:57):
查高音喇叭d27得知，其灵敏度应为91db而非89db，特此修正，故灵敏度正确的衰减量应是91-83=8db

所以，本楼的计算数据不准确！请看21楼！

mfkkhnip · 发表于 2016-3-22 14:58

支持，，学习~~

[音箱资料] 经典实例浅谈两单元两阶书架箱分频设计（ATC SCM12和SCM20书架箱）

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