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音箱分频器公式的应用 [复制链接]

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以上提供的分频设计公式只有在以下这些条件符合时,才可以得到各类滤波器的特性所代表的声学响应:

1、滤波器连接在响应平坦零相移阻抗的负载上。

2、扬声器单元响应越过分频频率,延伸至分频器截止带的1.5~2个倍频程之外(对于低通滤波器而言为上方的频率,对于高通滤波器而言为下方的频率),并具有比较平坦的响应。

3、不论是高通扬声器单元或是低通扬声器单元,都辐射自同一个的声平面将声音辐射出来。

如果在分频器的设计时不能符合以上任意一个条件,就无法得到预期中的结果。在这个情况下,只有两个解决方法:

第一个办法就是反复试验。此时,以公式计算的结果仅能提供一个大致的估算范围,因此,必须不停的重新测量并调整滤波网络参数,不断反复,直到得到所需的响应为止。事实上,这也是制造商最常用的一种设计技术,因为你要处理的变量仅有很小的更改空间。使用一种快速或实时测量系统是非常重要的,比如高速FFT分析仪、连续正弦波扫描器、或高质量实时分析仪(RTA),可以几乎马上给出反馈信息。

另一种方法就是利用基于计算机的分频电路优化软件。目前这类软件已经越来越流行,而且也越来越有效。用于扬声器的计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAE)软件,包括分频器优化软件将在第9章讨论。

应用以下原则,可以使设计方面的问题最小化:

1、关于上述第一个条件,其实不是只有平坦的阻抗才能达到你所期望的扬声器响应。不过,平坦的阻抗比较容易达成这个目标。除此之外,平坦的阻抗特性对于功放的输出较为友好,同时对于扬声器单元整体阻尼也较为有利。

将扬声器单元的阻抗从典型的负载改成幅度比较平坦的,需要使用共轭滤波器(Conjugate Filter)并根据扬声器的具体参数调整。除非你打算完全以不断试验的方式设计分频器,否则,最好在开始设计分频器时,先进行频扬声器单元的阻抗校正。

2、至于第二项条件,并非所有扬声器单元都具有合适的响应延伸特性,因而单元的指向性、低频的延伸、分类频率以及分频器斜率的选择更为重要。首要考虑的是,根据分频器目标响应的斜率,延伸量的标准可以放宽一些。相对于一阶滤波器,四阶滤波器不需要那么高的扬声器单元响应延伸就可达到平坦的轴向与离轴响应。

指向性的问题可通过加入指向性及低频延伸可以互补的扬声器单元来解决。如果使用的球顶高频扬声器的分频点不能低于2kHz,那么,用12英寸的低频扬声器单元与之配成一个2路分频系统就不是个好主意。

因为12寸扬声器单元的指向性会在离轴响应造成一个大谷。如果把同样的12英寸扬声器单元与6英寸中低频扬声器、3英寸的球顶中频扬声器单元以及0.75英寸的高频扬声器搭配就不成问题了。

10英寸低频扬声器单元也很少用于组成2路分频,虽然已经有相当成功的商业应用。它与4英寸中频扬声器、1英寸高频扬声器搭配就比较理想,分频点可设定在750Hz~1KHz,以及4~5KHz两个位置。如果元件和分频点频率比较合适,1.5~2个倍频程的延伸量很容易用于3路或4路扬声器系统。


不过,设计二路扬声器系统时,由于扬声器单元指向性或是低通衰减的原因,不在一个变化的频率范围内考虑扬声器单元的分频通常是不可能的。

在指向性或是低通响应开始衰减的位置,考虑到一般2路扬声器(4~8英寸低频扬声器单元,0.5~1.5寸高频扬声器单元)使用扬声器单元的高频衰减特性和指向性,期望2KHz或3KHz的分频频率之外得到1.5~2个倍频的延伸似乎是不太现实。如果分频器工作于扬声器单元离轴与轴向响应产生明显变化的范围时,除了反复试错之外别无选择,或者用分频器计算机优化软件来解决这种设计问题。

举例来说,假使高频扬声器单元所用的高通滤波器分频频率是2KHz ,而其响应自1.2KHz附近开始衰减,那么,分频器的传输函数必须设计成与扬声器单元的传输函数相结合,得到目标响应。

神奇的是,平坦的响应总是可以从不同的方法得到。每一种分频网络问题都有多种不同的解决方案,有些是可接受的,而有些则不然。

利用计算机优化软件,你会发现,利用简单的C/R(电容/电阻)组成共轭滤波器,也可能设计成一个二阶滤波器,同样的电路结构也可以优化得到二阶、三阶或四阶响应。显然,你不须要使用与目标响应斜率相同阶数的滤波器才能得到所需的衰减斜率。

事实上,在设计2路扬声器时几乎从来不需要这么做。优化软件同样也为非标准电路结构的实验开辟了一个新途径,比如将一阶低通滤波器与设计在比分频频率高一个倍频程的并联L/C/R陷波滤波器相结合。

当扬声器单元的转输函数为一种方程的结果时,可以设计一个看起来非对称的分频器。2路分频系统常常设计成一阶低通与三阶高通的组合。这时,一阶低通结合了低频扬声器单元的二阶响应而得到三阶声学响应,但高频扬声器单元的响应可能在较高的频率处分频,因而需要一个三阶电路来得到三阶响应。

3、由扬声器单元水平偏置导致的响应问题(条件3)通常不是理想化的,所以不易通过使用高阶滤波器而得到校正或降到最低。有个很好用的技巧可以帮你观察最终的分频器设计是否调整妥当,以及高低通部分的相位是否正确:

简单地将高通部分的极性反接,再测量一次。如果分频器设计正确,也就是说响应比较平坦,而且扬声器单元相位和衰减幅度得到适当的调整,那么,你将可以在分频频率处看到一个对称的深谷。有时虽然通过调整滤波器参数得到了表面上看起来平坦的响应,但是事实上分频器仍然没有设计好。如果是这样的话,你或许可以听到指向性性能不规则和结像力不好的迹象。

除了考虑阻抗曲线、指向性和扬声器单元排列等设计准则之外,其他一些考虑在于判断什么样的分频频率可以得到最佳的性能。使分频网络落在特定频率范围之外似乎对成功的设计有帮助。

虽然任何准则都有例外,3路分频器的中低音分频点在200~350Hz,中高音分频点在2~3.5 kHz时可以工作得最好。换句话说,也就是要避免使用工作于350Hz~1.5kHz范围中的分频网络。

如果让10~15英寸的低频扬声器单元工作在200~350 Hz范围以上(当然,要视分频斜率而定),会造成男声听起来过于饱满,同时也很难找到可以低失真地工作于2kHz以下的锥形或球顶类型的高频扬声器单元。
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好资料还不少啊
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3#

楼主:这资料非常不错,值得一看。
专研电路板。。。将电路板DXP烧到极点。。。
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