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再深入一点了解——分频器还有相位问题

昨天我们说了分频器对于多扬声器单元音箱而存在的必要性,表明了多单元音箱如果没有分频器合理切割各个单元的工作频率就会引起声音的絮乱。然而分频网络还有更重要的另外一点却被各个厂家宣传时被刻意忽略的,那就是关于分频网络的“相位”。关于这个点,网上能比较通俗说清楚的文字还是比较少的,那么小灵就做一次搬运工,整理了一下关于分频器相位的文字,做成今天的推送和大家聊聊吧。

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多单元的设计,不管是音箱还是耳机,理想化的结果都是多单元能够相互完美配合,但这种情况基本只存在于设计师的脑海或者PPT,现实总会被“相位”问题搅乱

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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


从昨天推文的分频原理上说起吧。以双分频为例,分频器把完整的信号分成高、低两组频率段,分别交给高低音扬声器来完成工作。高低音扬声器会有个交叉的区域,这个区域内的频段信号,高低音扬声器都会同时做出反应。假设某个多单元的音箱或者耳机的分频点在3kHz,那么输入一个3kHz的信号,高低音会同时发声。复习了这个知识点,下面我们可以开始讲解“相位问题”了。

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波形相位差演示


波循环一周的相位为360度当相位180度时,与原始波形为互为反相,互为反相的波可以完全抵消为零。在分频器的设计当中,高低两组频率或多或少的会产生相位差,那么这些相位差可能产生什么结果呢?做个试验来模拟一下。

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创建一个-20dB的正弦波


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-20dB的正弦波的信息


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复制一份-20dB的波与原波叠加


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复制一份-20dB的波与原波叠加,产生了一个约-14dB的新波


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复制一份-20dB的波,并裁剪掉最前面的-0.003毫秒,用于产生与原波的相位差约43度,波幅dB值不会变


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将裁剪掉0.003毫秒的波与原波叠加


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将裁剪掉0.003毫秒的波与原波叠加,产生的是一个约-15dB的新波


两组合并测试得到的结果并不一样,有相位差的产生了能量损耗,得到的新波要低1dB。在分频器的设计当中,出现这种情况就意味着声音在损耗,而且波形也会失真,不够原汁原味,优秀的设计,一定是高低频交汇处的中频饱满无凹陷的,因为能量得以最大程度的保持。

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分频手段的改进,主要围绕降低分频器的相位而发展,但展示手段往往就是一条频响曲线。凹陷的频响曲线,可能是出现分频瑕疵,那么平直的频响曲线是否代表好声呢并非如此,因为相位凹陷的曲线同样可以补平,但失真的波形是补不回的。分频器的相位差问题很少被人提及,一是难以克服,二是难以理解,说一大堆技术介绍往往还不如几句忽悠开启脑补来得直接。

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至于分频器为什么会产生相位差,什么样的技术会降低相位差?小灵先卖个关子,等小灵下次整理资料再和大家侃了~~


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