說說音頻電路的「電子分頻」

2021-02-15 電子工程專輯

一般人常說的電子分頻,多是指模擬方式的分頻,分有源、無源兩種,實際這種電子分頻也可以叫前級分頻,數字、軟體、DSP等方式的分頻這裡不做探討,這裡只討論模擬分頻器(濾波器);為方便討論,下面將傳統接喇叭的分頻器稱為功率分頻器。

電子分頻的優勢:

1 電子分頻一般是在前級進行的,因此來說,功放部分直驅揚聲器單元,其阻尼特性(控制能力)、頻響範圍、功率需求都優於傳統的功率分頻方式,特別是控制力方面改善非常明顯,音箱的彈性、力度、衝擊力和透明程度可以明顯提高。

2 因為需求功率變小,功放級的失真可以明顯降低---反過來說,原功率分頻方式改為電子分頻後,可以採用一些小功率的機器(功放)來分別推動高、低音單元,這一點很重要!首先來說同樣的機型或者IC在中小音量下表現也往往優於大功率狀態;其次在一些大型場館用的擴聲音箱上,如果採用功率分頻方式,帶來的插入損耗及對功放的功率需求增加往往是災難性的,這個不多說了;在一些特殊應用場合更顯其必要,如使用電池供電的可攜式設備電量有限、供電電壓較低無法獲得更大功率輸出等。

3 分頻精度高,幅頻特性好。很多人為電子分頻的元件精度更容易控制,因此電子分頻方式精度更高。實際功率分頻方式的阻、容、感元件離散性完全可以通過篩選來控制,電子分頻方式下一樣要有阻容元件,無非是以有源器件做模擬電感而已。電子分頻方式精度高的真正原因是揚聲器阻抗特性非線性(非恆阻),採用功率分頻方式容易出現頻率漂移,無論揚聲器負載特性或阻抗曲線如何變化,對分頻點都不會造成變化;功率分頻方式的分頻點很容易受負載阻抗影響(揚聲器阻抗)。

電子分頻的常見誤區

1 電子分頻沒有相位偏移:電子分頻和功率分頻,基本框架的電路結構或者說交流等效電路是一樣的,無論是電子分頻還是功率分頻,相位偏轉都是必然存在的,相位不偏轉如何實現分頻?這是分頻的基礎,區別僅僅是在功放之前還是之後罷了。

2 電子分頻檔次高:功率分頻和電子分頻只是形式不同、調整手法不同,各有千秋,沒什麼高下之分,市場價幾百元的有源音箱採用電子分頻方式的也很多。在一些有源音箱、汽車音響中採用電子分頻方式,反而能夠明顯降低成本。

3 電子分頻對揚聲器性能要求高。對揚聲器性能要求高的理由是功放直通揚聲器,音色依賴揚聲器自身特性。其實設計電子分頻方式,所謂的幅頻特性、相頻特性和阻抗補償與常規功率分頻方式無異,做的好效果是一樣的,只是很多人僅僅使用巴特沃茲或林奎茲濾波器簡單的構成基礎高、低通濾波器,完全不考慮揚聲器特性,因不能達到預期效果而苛責於揚聲器,實際上這是對電路了解不夠深入造成的。

設計電子分頻的幾點注意事項

1 音箱分頻不僅僅是簡單確定一下分頻點這麼簡單,一般來說高音靈敏度往往比低音高3分貝以上,因此要求電子分頻方式的高、低音功放調整音量控制達到高低音平衡,但是業餘條件下往往缺乏測試手段,人耳受環境、節目源等因素影響較大,難以得到精準的測試結果,對揚聲器參數缺乏必要的了解,這種情況下很難得到正確或預期的設計效果。

2 分頻器除起到分頻、平衡高低音的作用外,還要調整音箱的幅頻特性、相頻特性、阻抗校正、抑制中小口徑單元中頻爬坡現象等等,優秀的設計師還可以通過調整功率分頻器分頻電感的線徑、阻容值等離散參數來影響揚聲器T/S小信號參數、以獲得期望的音色,這也是同樣採用KEF的B110單元,但Rogers、雨後初晴、KEF、思奔達幾家的LS 3/5A味道相差很大的原因所在。網上經典名箱分頻器圖紙很多,但是仔細看就能發現,基本上沒有一款其分頻網絡高低音通道的阻容值取值一致。

改造電子分頻如果想要保持原有音色、並在此基礎上增加透明度、解析力和控制力,必須詳盡分析揚聲器單元和原有功率分頻器參數與特性,採用現有成品或通用型電子分音器取代原有功率分頻器,是無法有針對性的做出相應的幅頻與相頻特性補償的,也很難取得原有音色,這一點需要慎重考慮。

做電子分頻很成功的一個例子是altec lansing,號角箱的鼻祖之一,altec lansing的有源音箱全部是電子分頻方式的,無論是選用什麼口徑、什麼振膜材料的揚聲器,最終出來的都是其固有的音色,讓人一聽就知道是「altec lansing」的聲音!

幾句題外話

1 無論是電子分頻還是傳統的功率分頻,分頻器都是非常考驗設計者功底的,優秀的設計師可以用各種不同揚聲器獲得自己滿意的音色,或者用同一隻揚聲器得到不同的音色。

2 電子分頻和功率分頻一樣,必須對揚聲器特性有深入了解,做最合適的修正與補償,否則都無法達到滿意的效果。常見論壇有人隨意找不同品牌的高、低音揚聲器,然後隨意找個功率分頻器裝上去一樣,很多玩電子分頻的愛好者或自搭線路,或找現成的電子分頻器成品(僅僅能調整分頻點和各通道靈敏度)使用,這樣做的最終結果與期望值相去甚遠。

這也是電子分頻方式的功放不流行的主要原因,無論設計多精密、補償多複雜的電子分頻式功放,在不確認所使用的揚聲器的情況下,是完全不能達到預期效果的,而反過來說,針對某款特定揚聲器做了完美補償的電子分頻功放,市場面就太窄了,這樣的產品在商業上來說是失敗的。

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