一文带你了解分频器、分频点和设置的规则

日期：2023-01-11

分频器

一文带你了解分频器、分频点和设置的规则
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。

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较大电平时跌落到某点的频率，通常为较大电平的0.707 倍或0.5 倍，或下降3dB 或6dB时的频率。

什么是分频点？
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。
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。

分频器的设置
任何分频器的设计都是努力将两个或多个不同频带的喇叭单元结合起来，并具有平坦的响应转换以得到全音频的扬声器系统。分频器的设计就是将部分频率重叠的喇叭单元，结合后不产生新的尖峰或深谷，而且在相位响应方面也非常顺畅。这里所说的相位，是分频网络斜率相关联的参数，不同的Q值具有不同的相位。例如奇数阶的Butterworth滤波器的高通/低通滤波器的相位具有恒定90度反相的特性，而偶数阶的分频器，其相位的相对关系是同相的或180度反相(这时只要将高音的相位反过来就可以了)。
在汽车音响里，套装喇叭所带的被动式分频器已经由品牌设计;在这里我们讲的分频器设置，是基于被动式分频设计里，可以作为参考用作主动式电子分频的设置。

A、分频器阶数的选择
不同阶数的分频网络，有不同的特点。
一阶的Butterworth分频器是完全符合最小相位的标准的，它在所有的频带上产生零相位响应，同时具有平坦的振幅响应，这对喇叭本身的要求较高，在汽车音响里较少应用。
二阶的分频网络是目前业界应用最广泛的分频网络，但由于要保证良好的相位，频响以及群延迟响应，正接的极性相位为180度反相，所以在分频设计中一般反接高音，这样可以达到理想的效果。
三阶或四阶的分频网络是较高衰减斜率的分频网络，它们的衰减量比较大，在被动式的分频网络里，通常应用较少。只有在三分频的被动式分频器中，作为中高音部分的分频网络，有些品牌应用这样的高阶。
相应地，在主动式电子分频的阶数选择里，通常高音，中音和中低音的分颁衔接点，选择高阶的分频网络，许多人推荐选择用四阶，是因为四阶网络没有相位差，有更好的相位响应。

B、分频点的选择
两路两分频系统的中低音/高音的分频点的选择，除了要遵循关干中低音，高音的特性选择外，一般地，在汽车音响中由干两分频系统的单元距离较远，分频点官低不宜高，这可以尽量避免中低音的指向性，并目避免中低音喇叭在高频的分割振动而产生的失真，话合的分频点一般在2K-4KHz。具体的分频点还要与单元本身的特性来考虑，如它的离轴响应(指向性):谐振频率点等。
三路三分频扬声器系统中要设詈中低与中音的分频点，高音与中音的分频点。
由干三分频喇叭的重晷频率多，可以选择各种不同的分频点的设计，因此在汽车音响的三分频网络设计里，有着各种不同的流派:有的追求音像的精准定位，有的追求声音的真实听感，有的两者蒋顾。
通堂的选择原则是:中音喇叭与中低骊唢叭的分频点在保证良好音质时,分频点尽是低，使电多的声音从中频喇叭发出。
通常锥盆中音的选择可以为250Hz至400Hz，越低，使人声的大部分基音从中音发出来。
中音和高音喇叭的分频点选择要看改装方式,如果两个单元安奘在一起,分频点的选择可以更低一些,使听感更细腻，解析力更高。
如果中音喇叭与高音喇叭的安装距离较远，为保证良好的声像定位和听感，分频点需要适度拉高，如到5kHzc以上，这时让中昔喇叭完成所有音乐和人声的其频部分，定位清断而精准。
高音此时更多的是泛音的道染。另外在汽车音响的玲听环境中，脸听者是典型的近场聆听，所以在分频器的设计中，应以偏轴15-30度的响应曲线来进行设计，这时可得到胶住的整体效果。

C、扬声器系统的音响性中心
在分频器的设计中，上述许多的理论分析全部是将单元的辐射特性看作完全一致的，也就是说它们在空间中完全是在相同的点，相同的时间中辐射出来的，显然这并不符合汽车音响的扬声器系统的工作方式。
由于喇叭单元本身的特性，当喇叭单元之间的距离越远，辐射曲线的裂辨状响应越严重。唯一的解决方法是将单元之间的距离尽可能靠近，同时高音与低音单元之间的距离不可超过分频点的频率的波长，这在两分频的汽车音响系统里是不可能完成的改装，这也是为什么三分频相对于两分频有越来越大的优势。
在两分频的扬声带系统中，只能是使分频点尽可能低;而在三分频的系统中，应尽量使中音与高音单元安装在同一水平面或平行面上，而且尽量靠近。
扬声器系统的音响性中心，是指系统辐射中央的真正位置，对这个位置的理解，有助于使分体式扬声器的整体响应得到最佳的效果。在汽车昔响中由于空间狭小，与家用音响对比来说，中心位詈较难确定。
但是作为对其技术原理的理解，可以方使我们在改装汽车音响时，注意与其原则相吻合，在汽车音响改装基础部分，我们会详细介绍喇叭单元的摆位。

分频器中的电子元件
A、电感
电感在扬声器系统的分频器中，一般使用两种形式的电感:空芯电感和铁芯电感。铁芯电感是使用变压器中的薄铁片或其他形式的铁氧体物质，通常只用在需要电感值较高但无法由空芯电感获得低直流电阴的场合中使用。
由于铁芯电感具有磁饱和而在大电流的情况下造成失真，所以铁芯电属于一种妥协的产物。
空芯电感不存在磁饱和的现象，但是由于大电感值时绕结要多，体积相对要大，成本也相对要高，但必须采用较粗的绕线，以保证不会出现电阻增加的现象。

B、电容
选择电容的材质通常是由损失因数和价格而决定的，这也意味着中/高音域不超过20uF的电容可采用高品质的聚丙烯电容如Macfe麦卡非电容或者是MKP电容)，其它绝大部分的应用中则使用无极性的电解电容。
在分频器应用中，电容最关键的因素还有容差的问题，容差越小的电容，分频器的一致性就越好。