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配件丨音响分频器分频点的调整方法

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配件丨音响分频器分频点的调整方法

发布日期:2020-03-20 00:00 来源:http://www.hxdgyx.com 点击:

长期以来,人们对分频器有一些错误的认识,不知道分频器是什么和在多功放扩声系统中怎么使用。过去,只有专业设计人员才能更改处理器的设置,而今天,可设置的DSP 处理器则允许普通用户调整其参数。可不幸的是,在音响系统中,仅对厂家的推荐设置做微小的改变,就可能对其系统性能产生巨大的影响。

  

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 分频器

 什么是分频器?

 分频器可定义为:将输入的电信号分离成两路单独的信号,且使每一路信号的带宽均小于原始信号的带宽,这种由一对或多对滤波器构成的装置就称为分频器。也可称为“频率分配网络”。

 分频器通常由高通(低切)滤波器(简称为HPF)和低通(高切)滤波器(简称为LPF)组成。滤波器是一种频率选择器件,可以通过被选择的频率而阻碍其他的频率通过。滤波器通常有以下三个参数:截止频率,网络类型,斜率。截止频率是指滤波器的响应在低于它的最大电平时跌落到某点的频率,通常为最大电平的0.707 倍或0.5 倍,或下降3dB 或6dB时的频率。

  

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 三分频器设计框架

 网络类型是指滤波器的频率响应曲线在截止频率附近的形状,近些年来,人们设计了很多种类型的滤波器,常见的滤波器类型有:巴特沃夫,林克威兹,贝塞尔等,图一为各种滤波器的的频率响应曲线,斜率定义为滤波器的频率响应曲线中下降到截止频率时的倾斜程度,单位为dB/倍频程,通常斜率为每倍频程6,12,18 和24dB。也可以称为‘滤波器斜率’或‘滤波器阶数’,滤波器阶数每增加一阶,则其斜率增加6dB/倍频程,也就是,一阶滤波器有6dB/倍频程的斜率,二阶滤波器则有12dB/倍频程的斜率。那么,24dB/倍频程的巴特沃夫滤波器就相当于4 阶的巴特沃夫滤波器。

  

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 两路喇叭分频器

 由于喇叭单元不会有相同的声级、全频带的输出,分频器必须用于全频范围的扬声器系统。低频单元用来再现低频信号,高频单元用来再现高频信号,分频器将适当的频率信号传输到适当的喇叭单元。

 通常分频器分为主动式和从动式,总体上说:从动式分频器分离功放后的音频信号(扬声器电平),常被做在扬声器内部。而主动式的分频器,则分离放大器放大之前的音频信号(线路电平),通常是独立的电子装置,位于信号源与放大器之间。信号经过分频器最终流入对应的喇叭单元,喇叭单元用来再现声音频谱的适当部分。当分频器被设计好后,各个喇叭单元的信号可以叠加,并能精确的再现原始的输入信号。分频器还将影响一些其他的参数,如:功率,带宽,这些都必须在设计时加以考虑。

  

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 两分频器

 相位

 在某个特定的频率处,如果两个信号的频率响应有相似的幅值和斜率,信号将会加在一起,形成一个新的信号。我们可以通过相位响应来解释两个信号在相位的不同或时间上的不同。

 如果两个滤波器的相位响应相似,他们输出的信号将会相加;反之,则会相互削减。我们在上面讨论的不同类型和斜率的滤波器都有其独特的相位响应曲线,如图1所示。

 分频点通常定义为两个分频器的响应(一般由一个LPF 和一个HPF 组成)互相交叉处的频率,可能是两个电子分频器(从动或主动式)电学特性上的分频点,或者是两个声学滤波器上的分频点。任何喇叭单元实质上都是一个滤波器,每一个都有他们内部所固有的高通和低通滤波器,以及固有的截止频率,斜率,网络类型。

  

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 分频器

 人们经常会问:“对某个系统来说分频点是什么?”其实他们想知道的是对这个系统来说总体声学分频点在哪里?一个系统的总体声学分频点取决于这个系统中电子滤波器与喇叭单元频率响应的数学组合,当一个电子滤波器添加到一个声学滤波器系统时,他们的频率响应将叠加,形成一个全新的响应曲线。如图4 中例子所示。

 两个不同单元之间的声级/灵敏度差异,及高频器件的相位滞后都是显而易见的。高频部分很可能被固定在一个长喉管的号筒上,因此产生相对于低频扬声器的延迟,为了更好地使系统重现信号,最新发展的分频器要求能够平滑频率响应曲线。按图6 所示的处理后得到图7所示的结果。

  

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 音响三分频器

 我们可以注意到在整个频率响应曲线中,平坦的部分是从50Hz到20kHz(-3dB),高频部分和低频部分的相位响应在分频点附近有相似的斜率,且相位差不超过90度。这是通过给低频部分的延时使它校准于高频部分。我们应该意识到这仅仅是一种可行的分频方案,还有很多其他的方案也同样可行。可以看到在图7中1.3kHz的声学分频点和在低频部分的截止频率为944Hz的低通滤波器,及高频部分的截止频率为2053Hz的高通滤波器没有任何相关性。

 此外,它也不对应于原始状态下单元的分频点,也不对应于电子滤波器的分频点。

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