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谁是音箱中的大脑?_音箱分频器原理

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-28 10:02:43

第1页音箱中的核心部件——分频器 和其他电子产品相比,音箱的结构并不算多么复杂,不过设计音箱的难点在于各部件之间的匹配,其中单元与电路之间的匹配显得尤为重要。一般来说,如果不是采用全频单元的音箱,那么电路部分就一定要包括分频器,这样可以将不同频段的信号分别送到对应的单元进行转化。 分频器 分频器的设计直接决定了各个单元回放声音的频率范围,因此就像音箱的大脑,它来指挥单元的工作,理论上最好的分频器应该是分频之前与之后产生的曲线完全一致,但事实上是不可能做到的,因此两条曲线越接近,证明分频器的设计越合理。 各个负责不同频段的单元,箱体内部一定需要分频电路 以上我们只是简单描述了一下分频器的作用,很多抽象的概念并不便于直观了解这个音箱中的重要部件,下面的文章里我们将结合实际为您介绍一下分频器的设计原理和不同分频器之间的区别。 目前我们常见的音箱中的分频方式分为两种,分别是功率分频和电子分频,两种方法的最终目的是相同的,不过设计原理和分频过程稍有区别。 第2页常见的分频器有哪些 功率分频器: 在音箱电路中,从信号流程来说,功率分频器位于功率放大电路之后,对已经放大的信号进行分频,一般采用电感和电容作为分频器电路元件,因此根据两种元件的英文缩写,又叫做LC分频电路。LC分频电路利用电容通高频阻低频和电感的通低频阻高频特色,将高低频分开,传送给不同的扬声器。 功率分频器 功率分频器设计相对简单,容易安装,适用范围广,可用于任何音箱,无论有源音箱还是无源音箱。不过功率分频器也不够完美,因为分频器部分本身也要消耗功率,这会对输出到单元的功率产生影响。另外,功率分频器的调音也无法做到精确和直观,经验基本上决定了分频器的水平。 电子分频器: 电子分频器置于功率放大电路的前端,对未放大的信号进行分频,在调音方面能够更直观,调校起来比较方便,而且本身不存在消耗功率的问题,这可以使得功放电路更精确地为单元输出功率。一直以来相对高端的音箱才会用电子分频,不过现在也有一些多媒体音箱在采用这种技术。 使用电子分频技术的多媒体音箱 和功率分频器不同,电子分频部分一般都集成在功放电路板上,不会单独出现,因此留给玩家的发挥空间不多。电子分频电路一般由运放芯片和电阻等元件组成,构建成本较低,不过由于分频后要为每一路信号单独做功率放大,因此在功放电路方面会提升一定成本。 小结: 以上是我们常见的两种分频器,虽然设计思路有所不同,不过目的都是为了将信号按不同的频率范围分开,分别传送给音箱的不同单元。因此分频器的好坏,还要通过最终单元的播放来检验,也就是说如果没有单元存在,分频器就变得毫无意义。对于多阶分频器的设计,其难点在于分频点的选择,而如何选择则要看与单元的匹配程度,至于如何选取才更为理想,这个过程是很难被量化的,因此我们除了在硬件本身上衡量分频器的质量,更要从实际听感出发来衡量分频器和音箱整体的设计水平。 好音箱不是由一个元件决定的,但每一个部分都不能成为短板,这正是我们熟悉的木桶原理。接下来一段时间,我们将继续为大家带来和音箱相关的分析类文章,敬请关注。分享到:

音箱二分频,三分频怎样区别?

音响分频器的作用是,按照喇叭的高、低音分别连接各自的电路,发挥出各自的优势。一般分频器有两分频器和三分频器。两分频器电路图原理如下:

两分频器由低音电感线圈与电容器组成。低音是利用电感线圈的感抗阻尼高音音频通过,使低音畅通无阻(图中的L)。而高音喇叭串接一个电容器的目的,是利用电容器的容抗,阻低频、通高频原理实现的(图中的C)。

第7课:分频器的使用方法

实用的音箱分频器是一种组合式滤波器。如二分频器就是由一个高通滤波器和一个低通滤波器组成。三分频则又增加了一个带通滤波器。滤波器在分频点附近呈现一种有一定斜率的衰减特性。通常把相邻曲线降衰相交叉处叫做分频点。在分频点附近有一段重叠的频带,在这一段频带内,两只喇叭都有输出。理论上要求滤波器的衰减率越大越好。但是衰减率越大,元件越多,结构复杂,调整困难,且插入损耗亦越大。一般常用-6db和-12db的分频器。常用的-12db/倍频程的分频器在分频点外的1倍频程内,喇叭仍然有相当的能量;而在1.5倍频程内,喇叭的声音仍然可闻。这样,在分频点附近相当宽的一段频带内,将由两只喇叭共同发声。如果喇叭的响应是平滑的,分频器的衰减性特也是理想的,那么这一过渡过程也将是平滑的;但如果喇叭响应出现峰谷,或者分频器的互补性特不理想,则这一过渡过程会出现振荡,严重者使音像大乱。同样道理,三分频音箱将出现两个过渡过程。尤其要注意的是,绝对不能让两个过渡过程重叠,否则后果不堪设想。尽管提琴的分频趋于理想,一位高手在拉琴时仍会设法避开仅存的同音谐振,以求得更加纯真的音效。所以在两分频能满足重放频率覆盖的情况下,就不要用三分频。一般来说,如果低音单元的重放频率上限达到6khz,就不必再使用中音单元。例如:一只上品10英寸低音单元的重放频率范围是30hz~60khz,一只上品高音单元的重放频率范围是1.5khz~20khz,这时用二分频组合就很好,分频点可选在3khz。如果再插入一只重放频率上限为8khz的中音单元就无必要了,多一个分频点就多了一份失真,成本又增加不少,分频越多,选择喇叭的难度也越大。其中得失是显而易见的。

这节课我来给大家讲解一下数字音频处理器里的分频器的作用和使用方法。

分频器(Xover/Crossover) ,大家对它应该不陌生吧。

在全频音箱里一般都有分频器,把输入的全频信号分成高音和低音信号,再给对应的高音和 低音喇叭。

而数字音频处理器中的分频 器功能,一般来说,在我们使用超低音音箱的时候,都会用到这个功能。

大家对分频器的认识,可能主要集中在利用分频器分出我们需要的频段的信号比如低音信号,再给对应的功放和音箱。

是这样吧?

这也是对分频器这个功能最基本的认识。

但是,今天要给大家讲的,分频器功能不单单可以根据我们的需要分割出相应频段的音频电信号,它的设置也是与系统安全有关的。

那么,分频器与系统安全相关的作用又在哪里体现呢?

下面开始讲解。

搞音响的朋友一般都知道,音箱有个技术指标叫频率响应范围,简称 频响范围 ,英文是Frequency Response Range

比如当前我打开的这只音箱的技术规格表,显示它的频响范围指标是: 69-18000Hz,这个指标是什么意思呢?

Frequency Response (1 watt @ 1m) +3 db 69 Hz to 18 kHz

大家是不是普遍理解这个指标的意思就是告诉用户,这只音箱能够发出的声音的频率范围是从69Hz到18000Hz啊。

对,没错!这是频响范围的一个意思。

那么,频响范围除此之外,还有什么意思呢?

从另一个方面讲,大家都知道,音箱是个电声能量转换设备,通过内部安装的喇叭,把输入进去的电信号转换为声音。

那么,音箱的频响范围,简单来说,就指的是这个音箱可以正常进行电声能量转换的电信号的频率范围。

也就是说,通过频响范围指标,我们可以知道音箱里的喇叭能把输入进来的频率是多少的电信号正常转换为声音。

那么,音箱对于输入的频率值超出其频响范围的电信号,能不能把它们转换为声音?

答案是不能的。

但是,能量是守恒的, 音箱对输入的频率值超出其频响范围的电信号无法转换为声音,那么这些频率值超出音箱频响范围的电信号的电能进入嘲叭后,就几乎完全转换成了热能。

比如我们这只音箱,你把频率低于69Hz或频率高于18000Hz的电信号输入进去,这部分电信号就无法转变为声音,而是把这部分电信号的能量转换为热量了。

电能转换为热能就转换为热能呗,这不稀奇啊,所有的电热器具都是这样的啊。

但是,对于音箱来说,电信号在喇叭里不断制造热量,那可就变成了安全隐患了,为什么呢?

首先,大家都知道音箱内部结构是个相对封闭的空间,空间封闭意味着什么?有热量的话,散热散不出去,对吧。

那么,比方说当前这只音箱,频响范围是69-18000Hz

如果给音箱输入的全音频电信号没有经过任何处理,因为全音频信号的频率范围是20-20000Hz,那么这个信号里就包含了超出音箱频响范围的电信号成分,这些电信号进入喇叭后,就会在喇叭里不断制造热量。

喇叭发热的源头是在内部的音圈,而音圈,是用导线在骨架上一图一圈绕出来的一个线圈。

音圈绕好之后,为了防止线圈松散,还要刷上胶水固定。胶水是一种化学品,在温度升高的情况下,胶水会出现融化的现象。

如果给音箱的信号不做处理,就可能含有频率超出音箱响范围以外的电信号进入喇叭音圈,并转换为热量。

而音图产生的热量因箱体封闭无法及时散发出去,就会导致音圈的温度不断升高。

当温度升高到一定程度时,固定音圈的胶水就会融化。

固定音圈的胶水融化后,音圈的导线就会出现松散(散圈或擦圈)甚至脱落的现象。一旦音圈散圈或者脱落,就会卡在喇叭的磁路里无法运动,喇叭就会损坏了。

大家可能也遇到过这种情况,就是我们平常的纸盆喇叭,你用手去按它的纸盆的时候,纸盆是上下能动的。但是有些坏了的喇叭,你去按它的纸盆,却按不动了,卡死了。

这种情况就是喇叭音圈松散或者脱落以后,卡在磁路的缝隙里无法动弹,从而导致的喇叭损坏。

这种情况搞演出的相对碰到的比较少,因为一场演出一般持续的时间比较短,热量不会聚集太多。

但是很多做娱乐的,尤其是量贩式KTV就经常会碰到。

例如,有些量贩式KTV出于成本的考虑,往往会使用一些配备小口径低音喇叭比如8寸10寸低音喇叭的全频音箱。

口径小的喇叭本身的低频表现力就比较差,低音听起来往往比较弱,感觉不丰满。

所以,在调试的时候,为了获得更好的低频表现,往往会在前级里面用均衡器提升低频部分,对低音进行加强。

这样一来,对于小口径低音喇叭来说,就等于是雪上加霜了。低频信号加强,喇叭发热量大大增加,损坏的几率就会大大提高,而且一坏就是大面积损坏,不是只坏一个两个的。

所以说,如果给音箱输入了频率值超出了音箱的频响范围的电信号,这种情况就是一个安全隐患。

以前,可能有些人没有意识到这个问题,也没有去做相应的预防措施。但是,意识到了,是不是就要想办法解决啊?

那么针对这个问题的解决方案是什么呢?

那就是:在功放之前使用电子分频器(Crossover/Xover)或使用数字音频处理器里面的分频功能。

使用分频器,可以按照音箱的频响范围指标,分割频段,保留音箱可以正常转换为声音的电信号频率部分,切除音箱不能转换为声音的电信号频率部分。让音箱应有的电声转换能力充分发挥,并消除安全隐患,减轻喇叭负担,提高安全性。

在使用分频器之前,先来了解一下分频器的工作原理。

分频器是用什么手段来根据需要分割信号频段呢?

它是通过高通和低通两个滤波器电路配合起来使用,按照我们的需要,来分割信号频段的。

高通滤波器(HPF),它可以允许频率较高的信号通过,切除频率较低的信号,所以有个大家更熟悉的名字,叫"低切" (Low Cut)用于设置输出信号的下限频率。

我们听听它的效果。

大家听到了吧,它可以把低音去掉,只保留了频率比较高的中高音发出。

低通滤波器 (LPF),它可以允许频率较低的信号通过,切除频率较高的 信号,也叫"高切 (Hi Cut) ,用于设 置输出信号的上限频率。

再听听它的效果。

听到了吧,它可以把频率高的中高音去掉,只保留频率比较低的声音发出。

接下来介绍分频器的使用方法。

因为目前的电子分频器基本已经淘汰了,就不介绍 本课程中就以数字音频处理器中的分频器功能(Xover/Crossover)为例,进行讲解。

首先,要了解一下我们所使用的音箱的频响范围,这个在音箱的说明书的技术规格表里都可以查到。 比如上课所用这只音箱,它的频响范围指标是: 69---18000Hz

打开数字 音频处理器控制软件,可以 看到配有 Xover分频器的功能模块。

比方说,当前音箱信号是通过OUT1输出通道进行控制的,就点开OUT1的页面,找到分频器选项(高通/低通)。

把高通/低切/HPF对应的频率值,设为69Hz。

把低通/高切/LPF对应的频率值,设为18000Hz。

设置好以后,经过分频器输出的信号频率范围就和音箱的频响范围一致了。

另外,数字音频处理器的分频功能里面,还有一些扩展的功能,可以帮助我们根据使用场合的特点进行选择和设置,让音箱可以发挥得更符合使用特性要求。

主要的扩展功能有分频斜率的选择和分频模式的选择,就是在图中看到的数字和英文,数字为斜率,英文是分频模式。

下面分别讲解一下。

首先说斜率。

这些斜率是什么意思呢?

我用大家能看到的物体来描述一下斜率,比如我买了一条鱼回来,今晚我要吃鱼头炖豆腐,我就要用刀把鱼头剁下来。

那么如果我切血头的时候,下刀下得很正的话,一刀下去,头是头肉是肉,分得很干净。

但是,如果我下刀的时候,不是正着下的,而是斜着切的,那么会出现什么情况?

一刀下去,血头是切下来了,但是还带着半块血身子,这是不是就等于分割得不干净了吧。

所谓斜率,就是描述我拿刀切鱼头时,这把刀的角度。

斜率高,刀的角度就正,结果分割的就干净;

斜率低,刀的角度就歪,结果就分不干净。

处理器中的分频器一般提供 6dB/12dB/24dB/48dB 等几种斜率的选择。 数值越大,斜率越高 ,数值越小,斜率越低。

下面听听用同一个分频点,换不同斜率,有什么区别。

就用这只低音音箱来演示吧。 大家听出来了吧,斜率数值小,低音音箱里还有明显的中音,这就是不干净了。斜率数值越大,低音音箱里就剩下纯纯的低音了,这就是分的比较干净了。

一般处理器里最高的斜率是48,大家听,用它分得最干净,音箱发出来的基本上是纯纯的低音。

但是,是不是分得越干净就一定越好呢?这可不一定。如果说要分得干净,我们一刀两段,你是你,我是我,不沾亲不带故,这样最干净。

但是,我们在做分频时,经常还会遇到低音音箱和全频音箱的组合,或者一只音箱里有高中低音喇叭的组合,这就牵扯到音箱与音箱,喇叭与喇叭之间相互衔接的问题了。

如果分得太干净了,音箱与音箱或喇叭与喇叭之间,就可能会 出现衔接不好,声音脱节的现象。

所以,要在分得干净和正常衔接两者之间找平衡点。

既要分得比较干净,也不至于脱节。

那么这个平衡点就是,最常使用的斜率是: 24。

而48的斜率可以用来收拾一些声音不干净的音箱。

在数字音频处理器中的分频功能里,还有一个扩展的功能选项,就是分频模式或者叫滤波器类型的选择。

一般有三种模式: Bessel, ButterWorth和Link-Riley

这三种不同的模式代表了三种不同的滤波器电路。

因为大家都是搞产品使用的,不是搞研发,我就不说这三种滤波器电路的区别,只是介绍一下它们在 使用上的特点

Bessel (BES/BS) :贝塞尔型 ,分频时衔接性好,但分割不干净,主要用于要求不高的专业场合或民用音响。

Butter Worth (Butr/Bw) :巴特沃斯型 ,分频时损耗小,比较硬朗,主要用于户外音响系统或演出系统。

Link-Riley (Linkwitz-Riley/LR) :林克兹-瑞利 ,分频时损耗大,比较柔和,主要用于室内音响系统。

介绍完分频器的各项设置功能之后,归纳一下数字音频处理器中的分频器功能的使用流程:

1、根据当前音箱的频响范围指标或厂家提供/推荐的分频频率,在分频器中分别设置好高通滤波器的频率和低通滤波器的频率。

2、选择合适的分频斜率。

3、根据音箱的使用场合(室内/室外)选择合适的分频模式(滤波器类型)

通过这节课的讲解,大家对分频器的作用和使用方法是不是有了新的认识?

前面这两节课讲解的压限器和分频器的功能,都是和系统安全相关的。

对于我们从事音响工作的人来说,要想圆满完成任务,达到让客户满意的工作目标,首先要解决系统安全问题,确保系统中的设备特别是音箱不要损坏,才能够顺利完成任务。

同时,要想获得良好的效果,就需要把系统中可能出现的各种烦人的问题都解决掉。如果把不好的事情都解决了,那就只剩下好的事情了,整体的效果自然就会得到改善。

休息一下,下一节课,就来讲讲搞音响的人都比较烦的一件事情的解决方法,什么事情?

那就是:话筒啸叫!

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