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堆喇叭怎能少了它——小谈音箱里的分频器

如果音箱里有超过一只以上不同频率的扬声器单元时,那今天的主角就是必不可少的存在,尤其是现在普遍由高音和低音扬声器组成的音箱产品,分频器非常重要。需要特别强调的是,对于同轴扬声器,尽管形态上是独立的一只扬声器,但其内部是由高、低两种甚至更多的扬声器振膜实现不同频段振动组成,因此分频器也是必不可少的。但对于由单个(或者全都是同一型号)全频带扬声器单元组成的音箱来说,分频器则不是必须的。

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今天小灵和大家来聊聊这个链接不同扬声器的必要存在——分频器。不管是高音扬声器还是低音扬声器,其频响曲线都不会是平坦的,让它们一起协调工作,并不是简单对接就可以的。

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两分频音箱中高音、低音扬声器的频响曲线组合示意


高音、低音扬声器都会在两头衰减,低音的频响上限衰减点可能与高音下限衰减点可能重合或者交错,造成有较大的频率段重合,无法组合成一条平直的频响曲线。此时,必须借助其他组件来帮助扬声器完成组合实现更好的效果。这个组件的名称就是分频器。


分频器的工作原理比较简单,它将原始的信号进行处理,分割成若干频段,频段的数量视设计需求,双分频设计就分割为两段,三分频就是分割为三段,专业点的称呼就是“两路”、“三路”。简而言之,分频器的作用就是“切”出一段最适合对应扬声器播放的频段并分配给该扬声器,以实现多扬声器的协同工作和优化组合。

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分频器的工作原理可以有多种实现方法,因此分频器有多种形态多种类型的设计。常见的主要有功率分频器电子分频器两大类。


功率分频器

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功率分频器的基本电路形式


这类分频器在信号流程中,位于功率放大器之后,所以被称为功率分频器。它主要使用的元件为电感和电容,因此又称为感容分频器。电感和电容均有滤波作用,分别实现低通、高通,实现频率分割的最终目的。


功率分频器最简单的形态为电容分频,即在高音单元后串联一枚电容,实现分频。这种分频装置简单,难以实现精确分频。而稍微复杂的设计,则是在每一路中均使用电容与电感来实现更精确的频率分割。设计可以是灵活的,也有一路采用感容滤波,一路使用电容滤波。

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微型音箱的分频器


分频器在分割频率时,并无法实现“一刀切”的效果,分割后的频段也存在衰减特性,衰减曲线的斜率一般用dB表示,例如6、12、24dB。斜率大小一般与滤波次数有关。通常情况下,高档音箱的设计,更倾向于使用高斜率的分频器设计。


功率分频器安装简单,可以用于所有类型的音箱,包括无源和有源的。但它也存在缺点,它本身消耗功率。它的调音也缺乏直观的手段,因此调整并不方便,调音师需要足够丰富的经验与技术才能实现优秀的分频效果。

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大多数家用音箱的分频器


另一方面,功率分频器需要消耗不少铜材,随着全球铜价上扬,分频器本身的物料成本也在大幅攀升,于是让另一类分频器技术——电子分频开始进入到普通消费者的视野。


电子分频器

所谓电子分频,指的是信号分频,它在流程中位于信号输入到功放之间的位置,它将音源输入的信号进行频率分割,然后传到功放系统。假设双分频的音箱,使用电子分频,双声道信号将被分成四路,因此后端的功放需要四声道才能完成完整的输出。电子分频一般被集成到功放电路板中,因此电子分频器很少有独立的形态展现,它的电路也没有很特别的特征,主要也是由运放、电容电阻等常见元件组成。

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电子分频的基本电路形式


电子分频在技术上存在一些优势,它没有明显的功率损耗,调音手段更加直观。在铜材暴涨的时代背景中,电子分频还具有低成本的优势。但电子分频器通常与功放系统集成,这也导致了可玩性变差。

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电子分频电路更多存在于有源音箱中


数字分频器

从技术角度来说,功率分频器和电子分频器都无法做到可视化的精确控制,而另外一种基于数字信号处理技术的纯数字分频器已经出现,它在技术上存在一些独到的优势,而且可干预性很强。


它的输入流程是这样:模拟输入->模拟数字转换->DSP分频处理->输出到四路功率放大器。这个流程有个ADC过程,实际上是有损的,好处在DSP分频环节,DSP可以通过设置和代码来调整分频点,它能更加方便的控制分频点,曲线的平滑度以及分割频率的斜率。也非常有利于降低音箱的综合成本。

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数字分频技术的易控特性,使得扬声器的性能能够得到更大程度的发挥。


分频器的优劣

分频器的优劣之争是很多人关心的,谁的动态更好、谁的频响更平直等等。这与某些厂商的刻意引导有关,以显示自家的分频技术如何优秀。但实际上,这没有意义

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分频器的价值不在于用的什么技术,而是在与扬声器的配合度,分频器离开扬声器就变得毫无价值。它是针对性开发的组件,针对特定的扬声器和扬声器组合而特定开发,它不具有通用性,用户不能拆下A音箱的分频器放到B音箱里使用,因此单纯讨论分频器的优劣是毫无意义的事情。真正应该关心的,是分频后的效果。


不同的分频器是存在成本差异的,包括物料成本和时间成本。物料成本很容易理解,时间成本指的是调试。对于厂商而言,数字分频器可以降低调试成本改善调试结果,这也是数字分频器能够让有源音箱音质大幅进步的逻辑所在。


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