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发表于 2018-12-2 18:48 | 显示全部楼层
最近准备改进模拟电分的电路,查找该论坛相关高人的资料和学习了他们的想法,结合自己的消化,有一些想法和认识不知是否可行,特发贴验证。

主要目的:
1.希望能在指定的听音位置附近,在分频点附近(大约正负1倍频程内),尽量使两单元的相位差为0;
2.验证自己的想法,抛砖引玉,同时希望能多收集建议和意见以及更好的改进方法。

讨论条件:
1.分频点设计为2Khz;
2.两单元安装位置如图所示中心相距15cm;
3.为了方便理解,假设两单元均无物理相位差(即给的电相位是多少,振膜中心就立刻发出多少相位的信号);
4.两单元发声中心前后相距2.5cm,高音在前,中低在后;


1.JPG

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 楼主| 发表于 2018-12-2 18:50 | 显示全部楼层
相位对齐有没有可行性,有没有意义?
分析由于听音位置的改变会引起两单元之间有多少距离差:如果听音位置稍移动就引起较大距离差,那么,控制两单元相位关系就没有意义,因为由于人为的移动,相位会变得不可控。如果距离差较小,折算为相位差小于90度,应该是很有意义的。
如图所示,A为高音,B为低音,C为最佳听音位。
为了方便理解,假设两单元发声位置处在同一水平位置上(如图)。
AB中心点到C之间距离为2m,AC=BC=200.14cm。不难理解,如果人耳处在C点的位置上水平方向前后左右移动,AC始终=BC;
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 楼主| 发表于 2018-12-2 18:53 | 显示全部楼层
另一种情况:听音点在垂直方向上移动。假设C向下或向上垂直移动25cm到D点(最佳听音位置上+-25cm,要求可能比较苛刻,但正常听音时基本能控制到这个范围内)。由直角三角计算软件得到,两单元距离差S=202.6-200.76=1.84cm;
3.JPG

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 楼主| 发表于 2018-12-2 18:54 | 显示全部楼层
S=202.6-200.76=1.84cm距离差意味着什么?我们来换算成相位差看看;
假设分频点为2K,看看正负一倍频程时1.84cm对应的相位差,声速V以345m/s计算:
1Khz时,波长=345/1000=34.5cm;1.84cm对应相位差=(1.84/34.5)x360度=19.2度;
2Khz时,波长=345/2000=17.25cm;1.84cm对应相位差=(1.84/17.25)x360度=38.4度;
4Khz时,同样,1.84cm对应相位差=76.8度;也就是4K时,信号要跑大约1/4个周期才能跑完1.84CM这个距离。
由此可见,高频端虽然影响较大,但这个距离差在一倍频程内引起的最大误差也是小于90度的。所以,自己认为相位校准是有一定的意义的,至少能在一定程度上减小相位差。

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 楼主| 发表于 2018-12-2 18:56 | 显示全部楼层
相位校准思路的前提条件:
以两分频,分频点为2Khz为例:
为保证最后的合成频响平直,电路如下图,参考了论坛里朋友chri88回贴里的建议,每组4阶滤波器由两个Q值为0.841的二阶滤波器串联而成,得到总Q值为0.707的4阶高通滤波器和4低通滤波器。这样,每组4阶滤波器的-3DB处对应的频率都为2Khz,单元的合成频响就是一条直线,解决了普通4阶减法分频器和林奎瑞利4阶滤波器造成的合成曲线下陷-3DB的问题,在此再次感谢!这种滤波器有个特点,是分频点处保证合成曲线平直的同时,高,低通处的相位差正好相差360度(至于这个360度会不会影响听感,请高人回答)。如果不考虑这个360度相位影响,同时单元无物理相位差和安装的距离差,这种滤波器就非常适合直接用在这里。
(如果用林奎瑞利4阶滤波器,通过适当改变-6dB的位置,分频点处也可以得到平直的频响。但是这时高低通的相位会相差大约5,60度。这个相位差,配合全通移相电路作适当补偿后也是非常优秀的)。
必须先明确一点,后面的推论,是建立在假设高通和低通的相位相差是360度时,并不影响听感(即高低通相差360度时,和相差0相位差是一样的听感)的基础上进行的。这里感谢zenglj的贴子让我明白存大这个360度相位差,即高音信号会比中低先一个周期的时间发出信号。
如果这个360度差值影响听感,以模拟电分的方式,应该怎样设计电路,请高人回答。
4.JPG

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:00 | 显示全部楼层
这种滤波器的高通和低通频响:
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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:06 | 显示全部楼层
分别为高通和低通的相位:高通和低通相差360度后,相位曲线重合在一起。

高通相位

高通相位

低通相位

低通相位

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:11 | 显示全部楼层
基本思路:
1.由前面的结论可得,可以认为高、低通滤波器之间无电相位差;
2.由于两单元水平方向上相差2.5cm,分频点附近处的相位差就要加入一个全通移相电路进行微调其中一个单元的相位;
3.假设听音位置在最佳点不变,假设单元无物理相位差;(现在的目的就变成校准两单元的距离差造成的相位差);
4.两单元相差2.5cm,折算成分频点附近各频率下对应的相位差分别如下:
1Khz: (2.5/34.5)x360度=26.1度;
1.5Khz对应39.1度; 2Khz对应52.2度;3Khz对应78.3度;4Khz对应104度;
因为高音单元在前,也就是说,如果高音单元在1Khz时,滞后26.1度发出信号,则到达最佳听音点处的相位差会为0;如果高音单元在4Khz时,滞后104度发出信号,则到达最佳听音点处的相位差也会为0;以此类推。
也就是说,如果我们想办法让高音滞后的相位差分别符合以上规律,那么就可以让两单元的相位在最佳听音位置处得到基本接近于0的相位差。
这就是我的基本思路。
5.很庆幸的是,其中有一种全通移相电路基本可以做到我需要的这个规律的的相位补偿。这里,必须特别感谢wzy728发的一个电子分频装机资料的一个贴子,上面的全通移相的思路启发了我。但有些地方可能没有完全理解透彻,请你多指导。
6. 全通滤波器加在高通电路后面,适当调整这个电路的转折频率,使两单元在分频点附近的相位差值符合以上各频率处的计算结果,那么就可以比较好的解决相位差这个问题。如果单元存在物理相位差,可以通过合适的测量后,把单元的物理相位差通过这个全通滤波器补偿进去,以使听音位置上的相位差最小。

整体电路

整体电路

全通移相电路

全通移相电路

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:16 | 显示全部楼层
移相电路的频响是一条直线,相位特性是逐渐延滞后180度。
11.JPG

相位特性

相位特性

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 renwoai 于 2018-12-2 20:06 编辑

低通和加了移相电路的高通,在2Khz处的相位差相差=180-127.6=约52度;即高通落后低通约52度,基本等于前面计算出的补偿值;

低通相位

低通相位

加了移相电路的高通

加了移相电路的高通

2K处,上为高通,下为低通

2K处,上为高通,下为低通

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 renwoai 于 2018-12-2 20:05 编辑

低通和加了移相电路的高通,在3Khz处的相位差相差=109.5-36.5=约73度;即高通落后低通约73度,基本接近前面计算出的补偿值78.3度。

3Khz处低通相位

3Khz处低通相位

3Khz处加了移相电路的高通相位

3Khz处加了移相电路的高通相位

3K处,上为高通,下为低通

3K处,上为高通,下为低通

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:47 | 显示全部楼层
低通和加了移相电路的高通,在4Khz处的相位差相差=77.4+15.8=约93度;即高通落后低通约93度,基本较接近前面计算出的补偿值104度。

4Kz低通相位

4Kz低通相位

4Khz处加了移相电路的高通相位

4Khz处加了移相电路的高通相位

4Khz处相位,上为高通,下为低通

4Khz处相位,上为高通,下为低通

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 楼主| 发表于 2018-12-2 19:56 | 显示全部楼层
再看看1Khz处,低通和加了移相电路的高通,在1Khz处的相位差相差=105.3-78=约27度;即高通落后低通约27度,非常接近前面计算出的补偿值26.1度。
23.JPG

1K处加了移相电路的高通相位

1K处加了移相电路的高通相位

1K处相位差,上为高通,下为低通

1K处相位差,上为高通,下为低通

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 楼主| 发表于 2018-12-2 20:03 | 显示全部楼层
到此为止,当高音超前中低音安装位置超前2.5CM时,加入了全通移相电路后,从1K到4K这段都得到了比较好的相位对齐。单元本身存在的相位差,也可以通过适当测量后,用这种全通移向电路进行合理调整进行补偿。
到底进行相位补偿了有没有好的效果,就仁者见仁了。。
我只是提供了一种解决这个问题的方法。

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发表于 2018-12-2 21:39 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 zenglj 于 2018-12-2 21:41 编辑

顶一下这个思路。使用全通滤波器修正相位没有问题,如果想精确修正,建议使用贝塞尔四阶滤波器。以前用LC分频器的时只能通过减小低通的阶数,比如降低1~2阶,可以超前45~100度,来达到相位对齐。因为低音喇叭多数带天然滚降,这个办法也是合适的。其实有源滤波器也可以使用减少阶数的办法实现这种对齐,原理也类似,这需要把扬声器声滚降特性一起考虑进来。

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发表于 2018-12-2 21:46 | 显示全部楼层
全通滤波器另外一个用途是修正大于180度的相位差。比如以前有个减法滤波器。认真分析下来。它的确修正了传统四阶分频器高低通道360°的相差。只是很多电路分析软件不会区分0°和360°的差异。所以减法滤波器并没有被重视起来

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 楼主| 发表于 2018-12-2 22:04 来自手机端 | 显示全部楼层
zenglj 发表于 2018-12-2 21:39
顶一下这个思路。使用全通滤波器修正相位没有问题,如果想精确修正,建议使用贝塞尔四阶滤波器。以前用LC分 ...

之前看了你那个贴的论述,理解上更清晰了!贝塞尔四阶是指用做高通和低通?还是用于移相部分?如果移相,应该是180度左右的相移。但是它本身不属于全通,不能做相移吧。大概怎么用?
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发表于 2018-12-2 22:05 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2018-12-2 22:14 来自手机端 | 显示全部楼层
zenglj 发表于 2018-12-2 21:46
全通滤波器另外一个用途是修正大于180度的相位差。比如以前有个减法滤波器。认真分析下来。它的确修正了传 ...

我不知道用对没有,转折频率大约是3.9k。只用了全通从0度开始,转到-90度前面这一段,从-90到-180这段由于已经超出了高频段的一倍频程外,这里,中低的声音已经非常小了,不会构成影响了,就没有管再高频段的相位了。

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发表于 2018-12-3 00:32 来自手机端 | 显示全部楼层
本帖最后由 zenglj 于 2018-12-3 00:43 编辑

我们用的分频器一般是林奎滋瑞利滤波器。可以合成比较平坦的响应曲线。贝塞尔滤波器的公式不同,计算出来是另外一种参数,不过结构是一样的。贝塞尔(Bessel)滤波器具有最平坦的幅度和相位响应。带通(重叠倍频区域)的相位响应近乎呈线性。。
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