业余制作分频器一法[转帖]

狂之又狂

发烧友在制作音箱时，分频器大多选用市售成品，但市场上出售的分频器良莠不齐，质量上乘者多在百元以上，非初级烧友所能接受。价格在几十元以下的分频器质量难以保证，实际使用表现平庸。自制分频器可以较少的投入换取较大的收获。笔者经实践，摸索出业余制作分频器的方法，将自制的分频器用在音响系统中表现不俗。
    一、备料
    根据设计的分频器原理图，备齐以下材料：
    １. 电感骨架　依据电感线圈的要求，选择合适的非金属骨架，如焊锡丝、密封用生料带的塑料骨架以及其它木质、胶质骨架等。
    ２. 漆包线　选用粗细合适、质量上乘的漆包线若干（笔者选用的是从汽车启动机开关中拆下的漆包线）。
    ３. 阻容件　根据电路要求选择容量、阻值和功率合适的电容、电阻，分频电容最好选用进口或国产优质ＣＢＢ电容，电阻以大功率水泥电阻为首选。
    ４. 粘合剂　此剂可选用市售“立得牢”等强粘度胶。
    ５. 硬币、螺栓　螺栓选择直径４ｍｍ左右的铜质品，其长度则根据电感骨架的高度而定。
    ６. 敷铜板　根据分频元器件的多少，选择大小合适的优质敷铜板，线路走向则根据设计要求用美工刀刻制。
    ７. 透明胶带一盘。
    二、制作
    １. 绕电感　将粘合剂瓶顶、底中间各钻一直径略大于漆包线的小孔（因液体粘稠，故不会从孔中流出），在两孔各穿一段塑料胶管之后，把漆包线从两胶管中穿过，以保漆包线通过两孔时不被刮伤，然后一人将漆包线一端拉紧，另一人就可拿漆包线的另一端在骨架上绕线，绕时双手不可接触漆包线，因漆包线在通过粘合剂时已均匀地敷上了一层粘合剂，可用手捏住骨架两端使之旋转，待电感圈数绕足之后，将多余的漆包线剪掉，固定好外引出线，待线上的粘合剂凝固以后，用透明胶带在线圈上紧绕几层。
    ２. 元器件安装　根据电感线圈及阻容件在板上的位置，用小钻在板上打好孔，在硬币中间钻一比铜螺栓直径略大的孔，将铜螺栓依次穿过硬币、线圈和电路板，然后再垫上弹簧垫片，用螺母紧固，将线圈、电容和电阻的引线刮净上锡后焊在相应的位置上，最后在板上焊接好进出线。
经过以上操作，一只质优价廉的分频器便制作完工，剩下的就是你体验成功的喜悦了。

音乐虫子

狂之又狂

１．低频扬声器不适合重放中高频
    低频扬声器进入中频段，音盆发生分割振动（像好多碎块同时发声互相影响），瞬态特性变坏，造成音质劣化，另外由于折环共振（频响出现峰谷）、多普勒失真（低频调制中高频出现颤音）、指向性劣化（偏离中心轴声压迅速变化且不平坦）、谐波失真（产生新的频率成分）等等一系列棘手的问题，提高低频扬声器的高频响应范围是非常困难的，即使是最好的扬声器也只能作出有限的改进。
　　对于８英寸以上的扬声器其分频点取在１０００Ｈｚ以下才能发挥最好的效果，见下表。无论如何，１０英寸以上扬声器取高达３ｋＨｚ的分频点是不适合的。
　　对于６．５英寸以下的扬声器，一般宜尽量取高分频点，设计成二分频模式。先进的音盆设计也确实可以改善中高频特性，其中很有效的一个措施就是采用大音圈和大防尘帽。前几年“美之声”二分频监听音箱很受欢迎，惠威的“杜希”系列二分频书架箱也有很好的口碑，其根本原因就是因为它们的低音单元都采用了大音圈和大防尘帽技术，而且防尘帽与音盆是一体的，强度很高。这时又可以对上述公式的ｆ作向上的修正，这样在６．５英寸扬声器上应用４～５ｋＨｚ的分频点也可以获得良好的效果。但是另一方面，６．５英寸扬声器的低频响应不太理想。
　　２．中高音扬声器的特点
　　高保真的中高音扬声器大多是球顶振膜的，球顶振膜可以获得宽的重放频带、良好的指向特性和瞬态特性，从而获得好的音质，但效率低，容易因过载而烧毁。常见的振膜直径２厘米左右的高音扬声器，最好取４ｋＨｚ以上的分频点。
　　３．分频点的选择
　　选择分频点时应该尽量避开人耳最敏感的频段，这个频段就是１～４ｋＨｚ，特别是２～３ｋＨｚ。
　　一个典型的优良的三分频系统，推荐８英寸低音取１ｋＨｚ、１０英寸低音取８００Ｈｚ～１ｋＨｚ、１２英寸低音取７００～８００Ｈｚ的分频点。中高音间取４～８ｋＨｚ的分频点比较合适，中高音各承担２～３个倍频程的重放频段。
　　４．分频器的设计与调试
　　分频器的设计不仅要根据计算公式，更重要的是实际调试。最好有一套信号发生、记录系统，可以直观地看到频率响应曲线，调试时做到心中有数。条件不足时可以用“雨果发烧碟（一）”或“ＭｙＤｉｓｃ”中的测试信号播放，根据试听感受作相应的调整，不过需要有足够的经验技巧。另外需要指出，理论上的分频衰减速率应用在具体的扬声器上会发生很大的变化，如果选点好，元件取值调整适当，一阶、二阶分频都可能获得数十分贝／倍频程的衰减率，而且有用频段的响应很优异，这正是分频设计的精髓所在。

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一谈到音箱，不少人会认为喇叭越多越好，分频越多越高级。其实这是一种误解。分频只是在单个喇叭重放频率范围满足不了要求的不得已情况下采取的一种方法。
　　实用的音箱分频器是一种组合式滤波器。如二分频器就是由一个高通滤波器和一个低通滤波器组成。三分频则又增加了一个带通滤波器。滤波器在分频点附近呈现一种有一定斜率的衰减特性。通常把相邻曲线降衰相交叉处叫做分频点。在分频点附近有一段重叠的频带，在这一段频带内，两只喇叭都有输出。理论上要求滤波器的衰减率越大越好。但是衰减率越大，元件越多，结构复杂，调整困难，且插入损耗亦越大。一般常用－６ｄＢ和－１２ｄＢ的分频器。常用的－１２ｄＢ／倍频程的分频器在分频点外的１倍频程内，喇叭仍然有相当的能量；而在１．５倍频程内，喇叭的声音仍然可闻。这样，在分频点附近相当宽的一段频带内，将由两只喇叭共同发声。如果喇叭的响应是平滑的，分频器的衰减性特也是理想的，那么这一过渡过程也将是平滑的；但如果喇叭响应出现峰谷，或者分频器的互补性特不理想，则这一过渡过程会出现振荡，严重者使音像大乱。同样道理，三分频音箱将出现两个过渡过程。尤其要注意的是，绝对不能让两个过渡过程重叠，否则后果不堪设想。尽管提琴的分频趋于理想，一位高手在拉琴时仍会设法避开仅存的同音谐振，以求得更加纯真的音效。所以在两分频能满足重放频率覆盖的情况下，就不要用三分频。一般来说，如果低音单元的重放频率上限达到６ｋＨｚ，就不必再使用中音单元。例如：一只上品１０英寸低音单元的重放频率范围是３０Ｈｚ～６０ｋＨｚ，一只上品高音单元的重放频率范围是１．５ｋＨｚ～２０ｋＨｚ，这时用二分频组合就很好，分频点可选在３ｋＨｚ。如果再插入一只重放频率上限为８ｋＨｚ的中音单元就无必要了，多一个分频点就多了一份失真，成本又增加不少，分频越多，选择喇叭的难度也越大。其中得失是显而易见的。

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提要：本设计是把电子元件的集中参数Ｒ．Ｃ．Ｌ转换成频率信号ｆ，然后用单片机计数后再运算求出Ｒ．Ｃ．Ｌ的值，并送显示，即是把模拟量近似转换为数字量（频率ｆ是单片机很容易处理的数字量）。这种数字化处理，一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由于指针读数引起的误差。
    一、系统原理与结构
    系统框图结构如图１所示。由单片机选择通道，向模拟开关送两位地址信号，取得振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或是把数据进行处理后，送数码管显示相应的参数值。
    二、测量Ｒｘ的ＲＣ振荡电路
    如图２所示，它是一个由５５５电路构成的多谐振荡器电路。其振荡周期为：
    Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＝（ｌｎ２）（Ｒ４＋２Ｒｘ）Ｃ８，故此：Ｒｘ＝ｌ／［（２ｌｎ２）Ｃ８ｆ］－Ｒ４／２为使振荡频率保持在１０Ｈｚ～１００ｋＨｚ频段（单片机计数的高精度范围），需选择合适的Ｃ８和Ｒ４值，同时要求电阻功耗不能太大。在第一个量程选择：Ｒ４＝２００Ω，Ｃ８＝０．２２μＦ；第二个量程选择：Ｒ４＝２０ｋΩ，Ｃ８＝１０００ｐＦ。这样在第一量程中，Ｒｘ＝１００Ω时（下限）ｆ＝１６．４ｋＨｚ；在第二量程中，Ｒｘ＝１ＭΩ时（上限）ｆ＝７１４ｋＨｚ。因为ＲＣ振荡的稳定度可达１０（的－３次方），而单片机频率最多误差一个脉冲，所以由单片机测量频率值引起的误差在１％以下。量程转换原理为：单片机在第一个频率的记录中发现频率过小，即通过继电器转换量程。再测频率，计算出Ｒｘ值。在电路中采用了稳定性良好的独石电容，所以被测电阻的精度可达１％。
    三、测量Ｃｘ的ＲＣ振荡电路
    测量Ｃｘ的ＲＣ振荡电路与测量Ｒｘ的振荡电路完全一样，若将图２中的Ｒ４和Ｒｘ换成Ｒ１、Ｒ２。Ｃ８换成Ｃｘ，且Ｒ１＝Ｒ２，则ｆ＝１／［３（ｌｎ２）Ｒ１Ｃｘ］。两量程中的取值分别为：第一量程Ｒ１＝Ｒ２＝５１０Ω；第二量程：Ｒ１＝Ｒ２＝１０ｋΩ。这样取值使电容挡的测量范围很宽。在电路中采用精密的金属膜电阻，其值的变化能够满足１％左右的精度，使得电容的精度也可以做得较高。
    四、测量Ｌｘ的电容三点式振荡电路
    如图３所示，在电容三点式振荡器中，Ｃ１、Ｃ２分别采用１０００ｐＦ和２０００ｐＦ的独石电容，其电容值远远大于晶体管极间电容，所以极间电容可以忽略。根据振荡频率公式，对于１０μＨ的电感其频率约等于１．９２ＭＨｚ。由于单片机采用６ＭＨｚ晶振，最快只能计几百ｋＨｚ的频率，因为在测电感这一挡时，只能用分频器分频后送单片机计数。电路的稳定性主要取决于电容，在此电路中采用性能较好的独石电容，这样使得电路的误差精度可以保持在５％以内。
    五、单片机对Ｒ．Ｃ．Ｌ振荡频率的处理
    由电路原理可知，仪表的精度只与校准用的电阻、电容、电感和精度成比例，而与所用的电阻、电容的标称值精度无关。因为Ｌ＝Ｋ／ｆ2，只需用标准电感Ｌ测出频率ｆ，就可以求得常数Ｋ，而无需知道Ｃ原来的精度值。单片机每次计算出频率值后先判断量程是否正确，然后通过浮点计算求出相应的参数。浮点运算采用二十四位，三个字节的长度，第一字节最高位为数符，低七位为阶码，第二字节和第三字节为尾数。因此采用这种计算方法后计数误差降低到最低限度。
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狂之又狂

经过实验，根据分频器设计时都是按恒阻抗法计算的原理，采用了先用标准电阻代替扬声器对分频网络进行调试，使之符合其标准衰减斜率，然后去掉电阻，接上扬声器并加上阻抗校正网络再重新进行调试的方法获得成功，实际试听感觉不错。
　　例如，我们要自制一个如图１所示的分频器，先用图表法绕好线圈Ｌ１和Ｌ２，可多绕几圈以便调节。按图２连接，从ＡＢ端输入分频点频率的功放信号电压，调节Ｌ１、Ｃ１及Ｌ２、Ｃ２，用万用表 测量Ｃ、Ｄ端和Ｅ、Ｆ端电压使之符合分频点的衰减特性。然后按图３所示加入阻抗校正网络和接入扬声器进行调试，调节Ｒ１、Ｃ３及Ｒ２、Ｃ４使之符合分频点的衰减特性即可。对三分频而言也采用此方法调试，只是高频段可不加校正网络。
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狂之又狂

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狂之又狂

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。
　　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。图2表示20Hz～20kHz的总功率规一化为100％，把20Hz至某频率f所占功率为总功率的百分数，应用举例如下。
　　如分频点为2?5kHz的二分频系统，由图2的横座标2?5kHz到曲线相交，从纵座标读出百分数，则20Hz～2.5kHz的功率比例为87％，2?5kHz～20kHz的功率比例为13％。当总功率为100W时，则低音功率W低=100×87％=87W，高音功率W高=100×13％=13W。
　　使用上面的功率分配关系时，还请注意扬声器单元的功率标准。一般产品标注是额定最大正弦功率（RMS），而有的制造厂为了商业目的，标注峰值功率或称为音乐功率，但数值一般却是RMS功率的2～4倍。
　　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，用图3所示电路连接，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。<img src="attachments/dvbbs/200410191554240780.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/200410191554240780.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />

狂之又狂

音箱分频器中电感线圈的接法对音质音色影响极大。使用的一对倒相式音箱，电感线圈接法是外圈入里圈出（如图），音色均衡圆润。曾使用里圈入外圈出接法，结果低音全无。
<img src="attachments/dvbbs/2004101915513565098.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2004101915513565098.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />

森林木

<img src="attachments/dvbbs/200410191554240780.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/200410191554240780.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
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weah

高手就是高手，，[转帖]都非常丰富，准确
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狂之又狂

lgzjs

以下是引用lgzjs在2005-6-13 17:53:00的发言：
能说说怎样测电感吗，最好有图表

是呀，最好有线圈电感计算软件

拖拉机

好文章！

lgzjs

能说说怎样测电感吗，最好有图表

okk

<>还是用LSPCAD设计好,可以下载到的.</P>

lyj13579

强顶了，有用！

Michael-Chow

新手学习了

yu1984630

我有分频计算软件，拿出来和大家共享！！！呵呵