無(wú)源分頻器的設(shè)計(jì)

無(wú)源分頻器的設(shè)計(jì)概述選定合適的分頻頻率后，需要通過(guò)分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)頻段的分割與銜接。一般的全頻音箱都采用內(nèi)置的無(wú)源分頻器進(jìn)行分頻。無(wú)源分頻器主要采用電感和電容器元件，利用其不同的特性形成高通及低通濾波器完成對(duì)頻段的分割。電感的特性-低通濾波器電感的特性：電感線圈對(duì)于頻率較低的信號(hào)允許其通過(guò)而阻止較高頻率的信號(hào)通過(guò)。電感線圈串接在信號(hào)通道里，形成低通濾波器。通過(guò)改變電感線圈的電感量，可以選擇允許通過(guò)的信號(hào)頻段。電感的類型對(duì)低音效果的影響較大，分頻器常用的電感有空心電感和鐵芯電感。鐵芯電感成本較低，但大功率狀態(tài)下容易產(chǎn)生磁飽和導(dǎo)致低頻音質(zhì)變差?？招碾姼袥](méi)有鐵芯，要獲得足夠的電感量需要更多的匝數(shù)，使用的銅線較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致電感自身直流電阻變高，損耗功率并降低阻尼系數(shù)，若要降低電阻，需要采用較粗的線徑，導(dǎo)致成本高。電容的特性-高通濾波器電容的特性：電容器對(duì)于頻率較高的信號(hào)允許其通過(guò)而阻止較低頻率的信號(hào)通過(guò)。將電容器串接在信號(hào)通道里，則形成高通濾波器。通過(guò)選擇不同的電容量，可以選擇讓不同頻段的信號(hào)通過(guò)。分頻器要使用無(wú)極性電容實(shí)際應(yīng)用中，電容器的要使用耐壓250V-400V的，以免在大功率狀態(tài)下電容被擊穿導(dǎo)致單元無(wú)聲或損壞。電容量的誤差率有10%和5%，越小好，但誤差越小，價(jià)錢越高。無(wú)源分頻器的種類無(wú)源分頻器按階數(shù)分一階、二階、三階、四階等幾種。階數(shù)越高，分頻斜率越高，分頻越干凈。但階數(shù)越高，相位失真越大，容易讓人感覺(jué)聲音“怪”。設(shè)計(jì)分頻器，如果單元特性較好，盡量使用低階分頻器。在專業(yè)擴(kuò)聲產(chǎn)品上一般常用的為二階或三階分頻器。根據(jù)音箱的單元配置情況，無(wú)源分頻器一般分二分頻和三分頻兩種。分頻器的Q值分頻器按濾波器的Q值劃分，常用的有l(wèi)inky-Raliy、ButterWorth和Bessel三種。ButterWorth的Q值最高，約為0.707,linky-Raliy最低，Q值約為0.5，Bessel的Q值約為0.6。Q值越高，分頻曲線形成的交叉區(qū)凹陷寬度越窄，反之越寬。ButterWorth和Bessel分頻曲線在分頻頻率上的衰減量為-3分貝，linky-Raliy分頻曲線在分頻頻率上的衰減量為-6分貝。一階二分頻器分頻電路如圖電容量和電感量的計(jì)算電容量C=1000000/(2π*f*Z)單位：微法（μF）電感量L=（Z*1000）/(2π*f)單位：毫亨（mH)其中f為分頻頻率值，Z為單元阻抗值，π為圓周率數(shù)值3.14。如單元阻抗8Ω，分頻頻率2000Hz,分頻電容電容量計(jì)算：C=1000000/（2*3.14*2000*8）=10μF電感量計(jì)算L=（8*1000）/（2*3.14*2000）=0.64mH一階分頻電容電感量分頻頻率（8歐姆）Hz電容量

μF電感量mH1000201.3120016.71.0150013.30.851800110.72000100.64220090.58250080.528007.20.453000注意：6.816歐姆減半4歐姆加倍0.4216歐姆加倍

4歐姆減半二階二分頻器分頻電路如圖電容及電感量計(jì)算C=Q*1000000/(2π*f*Z)

L=Z*1000/(2π*Q*f）Q值在0.5-1.0之間選擇其中：ButterWorthQ=0.707BesselQ=0.6Linky-RailyQ=0.5采用ButterWorth，Q值較高，可以降低使用電容和電感的容量和電感量，降低成本。二階分頻電容電感量分頻頻率（8歐姆）Hz電容量

μF電感量mH1000141.8120011.61.515009.31.218007.71.0200070.922006.30.825005.60.7280050.643000注意：4.716歐姆減半4歐姆加倍0.616歐姆加倍

4歐姆減半二階三分頻器分頻電路如圖電容電感量計(jì)算C1=Q*1000000/(2π*f1*Z1)C2=Q*1000000/(2π*f1*Z2)C3=Q*1000000/(2π*f2*Z2)

C4=Q*1000000/(2π*f2*Z3)

L1=Z1*1000/(2π*Q*f1）L2=Z2*1000/(2π*Q*f1）L3=Z2*1000/(2π*Q*f2）L4=Z3*1000/(2π*Q*f2）其中f1為低頻與中頻的分頻頻率，f2為中頻和高頻的分頻頻率。Z1為低音單元阻抗，Z2為中音單元阻抗，Z3為高音單元阻抗。三階二分頻器分頻電路如圖電容量電感量計(jì)算：L1=Z*1000/(4π*f）L2=(3*Z)*1000/(8π*f)C1=2*1000000/(3π*f*Z)C2=1*1000000/(3π*f*Z)其中3C2為該電容的電容量是C2電容量的3倍3L1為該電感的電感量是L1電感量的3倍。三階分頻電容電感量分頻頻率HzL1mHL2mHC1μFC2μF10000.640.9626.513.312000.530.8221115000.420.6317.78.818000.350.53157.520000.320.48136.522000.290.4412625000.250.3810.65.428000.230.359.54.730000.210.328.84.416歐姆加倍4歐姆減半4歐姆加倍16歐姆減半衰減網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實(shí)中高音單元的聲壓級(jí)往往會(huì)高于低音單元。為了讓高音和低音單元的聲壓級(jí)協(xié)調(diào)，需要對(duì)高音做衰減處理。常用的衰減網(wǎng)絡(luò)為L(zhǎng)型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)。衰減網(wǎng)絡(luò)使用的電阻與衰減量的計(jì)算方法：R1=(K-1)*Z/KR2=Z/(K-1)Z為單元阻抗值K=10的G/20次方G為需要衰減的分貝數(shù)值例：如需要衰減3分貝，單元阻抗8歐姆。則K=10的0.15次方=1.41,計(jì)算得出：R1=2.32Ω,R2=20Ω使用金屬電阻的效果優(yōu)于水泥電阻，但成本較高。衰減網(wǎng)絡(luò)阻值計(jì)算衰減量（dB)K值R1算法R2算法R1阻值R2阻值11.128*0.118/0.120.886721.268*0.218/0.261.683131.418*0.298/0.412.322041.588*0.378/0.582.961451.788*0.448/0.783.521062.08*0.58/14872.248*0.558/1.244.46.582.528*0.68/1.524.85.392.828*0.658/1.825.24.4103.168*0.688/2.165.443.7調(diào)整分頻器交叉衰減量常用的ButterWorth分頻器在分頻頻率上的信號(hào)衰減量是-3dB，有時(shí)，為了一些要求（比如感覺(jué)中頻過(guò)強(qiáng)，需要衰減），可以將分頻點(diǎn)上的衰減量調(diào)整為-6dB。此時(shí)要將低通濾波器的分頻頻率降低1.3倍左右，把高通濾波器的分頻頻率提高1.3倍左右。針對(duì)低通濾波器（低音通道）上的電容量和電感量在原計(jì)算基礎(chǔ)上增大1.3倍，而把高通濾波器（高音通道）上的電容和電感量減小1.3倍。高音保護(hù)電路概述音箱中的高音單元因自身功率小，振膜輕薄、脆弱的原因，在輸入功率過(guò)大時(shí)，相對(duì)于低音單元容易導(dǎo)致?lián)p壞。針對(duì)一些操作人員控制能力不高的應(yīng)用場(chǎng)合，為保證音箱中高音單元不容易損壞，可以在分頻器電路上增加高音保護(hù)裝置。常用的高音保護(hù)裝置一般有采用利用燈泡分流或PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)元件分流保護(hù)等措施。注意：因燈泡或PTC元件點(diǎn)亮或斷開(kāi)均需要一定的時(shí)間，無(wú)論用什么保護(hù)方式，對(duì)于瞬間出現(xiàn)的大信號(hào)均無(wú)法啟動(dòng)保護(hù)。燈泡保護(hù)燈泡一般采用24V50W的汽車燈泡或照明用的碘鎢燈泡。電阻阻值=單元阻抗值的1-3倍電阻功率=燈泡功率值/3例如，單元阻抗8歐，燈泡功率50W，電阻則選擇8-24歐姆17W-20W的規(guī)格。用燈泡與分流電阻并聯(lián)的方式，在保護(hù)期間聲音不會(huì)中斷。但這種方式由于在保護(hù)時(shí)燈泡點(diǎn)亮，容易給人不適感。PTC保護(hù)保護(hù)裝置的電阻值=單元阻抗值1-3倍，電阻功率=單元功率÷3PTC元件根據(jù)單元的功率和阻抗計(jì)算出電流值，選擇對(duì)應(yīng)電流的品種。如：高音單元功率為30瓦，阻抗8歐，滿載時(shí)電流=根號(hào)下（功率/阻抗）=1.9A，那么可以選擇保護(hù)電流電流為1.8-2A的PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)。注意：采用PTC的方式，在其啟動(dòng)時(shí)，高音的音量會(huì)逐漸減弱，并要經(jīng)過(guò)一段恢復(fù)時(shí)間待PTC元件恢復(fù)導(dǎo)通，單元才會(huì)正常發(fā)聲。如直接串接PTC元件不加分流電阻保護(hù)，可能會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)保護(hù)時(shí)無(wú)聲的現(xiàn)象。實(shí)操進(jìn)行單元測(cè)試根據(jù)單元頻響范圍測(cè)試得到的結(jié)果，確認(rèn)銜接區(qū)在銜接區(qū)的頻率范圍內(nèi)，使用電子分頻器尋找最佳分頻點(diǎn)。按照選定的分頻頻率，使用二階分頻器butterworth形式計(jì)算電容量和電感量，搭建一個(gè)分頻器電路。根據(jù)試聽(tīng)感覺(jué)和測(cè)試結(jié)果計(jì)算并設(shè)置衰減電路。用SIA測(cè)量分頻器特性。連接分頻器，測(cè)量音箱頻響曲線和相位曲線并試聽(tīng)。選擇一個(gè)合適的分頻器在高音和低音通道上，可以使用同階分頻電路也可以使用不同階的分頻電路。建議首先使用同階分頻電路，常用的是二階分頻電路。使用同階分頻電路，單元之間的相位干擾比較好控制，而采用不同階的分頻電路，如果有相位干擾，相對(duì)比較難控制。當(dāng)然，事情都不是絕對(duì)的，在掌握分頻器的電路原理之后，可以嘗試不同的方式，以達(dá)到最佳效果為最終目的。本課程使用最常用的二階分頻器教學(xué)。制作分頻器根據(jù)選定的分頻頻率搭建一個(gè)分頻器

例如：確定分頻頻率為2000赫茲，使用2階分頻。分頻器電路如圖：測(cè)試分頻器制作好分頻器在使用之前首先進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法:分頻器加上假負(fù)載。分頻器低音輸出接聲卡IN1，高音輸出接聲卡IN2，聲卡輸出OUT1接功放輸入，功放輸出接分頻器輸入。進(jìn)入SIA頻譜測(cè)量模式，選擇粉紅噪聲信號(hào)。開(kāi)始測(cè)量，頻譜顯示的兩個(gè)濾波器的交叉點(diǎn)即為分頻頻率。注意：分頻器輸出接聲卡輸入端要串接一個(gè)1000歐姆電阻，以防輸出電壓過(guò)高損壞聲卡。測(cè)量準(zhǔn)確后，將分頻器與喇叭相連接。相位及頻響曲線測(cè)量有時(shí)因?yàn)橐粝浣Y(jié)構(gòu)或高音號(hào)角的原因，高音和低音單元之間可能存在相位差異，可以通過(guò)改變高音單元的極性調(diào)整。并利用SIA軟件進(jìn)行相位曲線測(cè)量，調(diào)整高音單元正接或反接，使整個(gè)音箱的相位曲線連貫不要出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。同時(shí)用SIA測(cè)試整個(gè)音箱的頻譜或頻響