淺析常見的分頻器問題

分頻器是一種可以將聲音信號(hào)分成若干個(gè)頻段的音響設(shè)備。我們知道，聲音的頻率范圍是在20Hz—20kHz之間，祈望僅使用一只揚(yáng)聲器就能夠保證放送、20Hz—20kHz這樣寬頻率的聲音是很難做到的，因?yàn)檫@會(huì)在技術(shù)上存在各種各樣的問題和困難。所以，在通常情況下，高質(zhì)量的放音系統(tǒng)，為了保證再現(xiàn)聲音的頻率響應(yīng)和頻帶寬度，在專業(yè)范疇內(nèi)大都采用高低音分離式音箱放音，而采用高低音分離式音箱放送聲音時(shí)，就必然要使用分頻器。

高低音分離式音箱使用分頻器的原因

所謂高低音分離式音箱是指聲音的高頻部分由一只高音揚(yáng)聲器放音，低頻部分則由一只低音揚(yáng)聲器放音的音箱，而不是由一只揚(yáng)聲器完成整個(gè)音頻頻段放音的任務(wù)。在專業(yè)音箱中，高音單元一般為號(hào)角式揚(yáng)聲器，低音單元?jiǎng)t有直射式和氣流式等多種形式。不管是內(nèi)分頻還是外分頻，高低音分離式音箱都要采用分頻放音的方案，其主要原因有以下3個(gè)方面。

1．使各種揚(yáng)聲器都工作在最合適的音頻段

振膜尺寸和材料不同的揚(yáng)聲器，其最佳工作頻帶也不同。口徑越大的揚(yáng)聲器，則低頻特性就越好。所以，在其他條件相同時(shí)情況下，18英寸的低音效果肯定優(yōu)于15英寸的低音效果就是這個(gè)道理。

振膜材料的剛性和脆度越好、質(zhì)量越輕，放音的高頻特性就越好。很多高音揚(yáng)聲器采用鈦膜或銦膜作為振膜材料，就是為了提高其高頻特性；而低音揚(yáng)聲器的振膜一般采用紙、碳纖維、防彈布和橡皮(邊)等材料，以利于低音再現(xiàn)。

使用分頻器可以將高頻信號(hào)送到高音揚(yáng)聲器中，低頻信號(hào)送到低音揚(yáng)聲器中，高、低頻信號(hào)各行其道，盡可能大地利用了各自揚(yáng)聲器的工作頻帶優(yōu)勢(shì)，以保證不同工作頻段的揚(yáng)聲器充分發(fā)揮作用，使各頻率的放音特性更加均衡一致。

2。克服不同頻率聲音揚(yáng)聲器振膜振動(dòng)幅度不同所引起的切割失真

揚(yáng)聲器發(fā)音時(shí)，其振摸的低音振動(dòng)幅度大、高音振動(dòng)幅度小。從理論上講，揚(yáng)聲器紙盆的振動(dòng)幅度與再現(xiàn)聲音頻率的平方成反比，即同一揚(yáng)聲器振膜，在相同幅度的信號(hào)電壓作用下，頻率越低，振幅越大，也就是說，如果頻率增加10倍，振幅將減少10的平方倍，即100倍。

如果我們用一只揚(yáng)聲器產(chǎn)生很寬頻率范圍的聲音，由于振膜機(jī)械性能的限制，同時(shí)存在振幅非常寬的振動(dòng)變化是非常困難的，這就必將發(fā)生聲音切割失真的現(xiàn)象，使再現(xiàn)聲音質(zhì)量受到一定影響。

研究發(fā)現(xiàn)，切割失真對(duì)低音的影響最大，當(dāng)?shù)鸵魮P(yáng)聲器放送低音的同時(shí)，只要還有高音成分存在，就必然會(huì)導(dǎo)致切割失真，使低音出現(xiàn)發(fā)抖、發(fā)顫的現(xiàn)象。當(dāng)然，高音揚(yáng)聲器出現(xiàn)切割失真也會(huì)使高音出現(xiàn)嘶啞的聲音，只是影響沒有低音大而已。

3．減少同一音箱中的不同揚(yáng)聲器之間產(chǎn)生的聲音干涉現(xiàn)象

對(duì)于高、低音分離式音箱中的高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器來說，雖然它們的工作頻段不同，但是如果將全頻信號(hào)不加分頻地送人高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器，肯定會(huì)出現(xiàn)高、低音揚(yáng)聲器同時(shí)發(fā)出相同聲音的情況，當(dāng)不同揚(yáng)聲器的相同聲音相遇時(shí)，就很可能產(chǎn)生聲波互相干涉現(xiàn)象。

有一點(diǎn)聲學(xué)常識(shí)的人都知道，一旦出現(xiàn)聲音干涉現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)梳狀濾波效應(yīng)、駐波等一系列問題，這些問題均會(huì)不同程度地影響聲音的良好再現(xiàn)。

設(shè)置分頻電路后，高音和低音揚(yáng)聲器分別獲得自己最佳工作頻段聲音信號(hào)，它們之間發(fā)出聲音的頻率范圍幾乎不覆蓋，除音箱分頻點(diǎn)和分頻交叉區(qū)域還會(huì)存在少量干涉外，其余頻率聲音的干涉現(xiàn)象根本就不再存在了。

分頻點(diǎn)和分頻交叉區(qū)域會(huì)存在聲音干涉現(xiàn)象的原因很簡(jiǎn)單，由于分頻器的分頻衰減率不可能做得無窮大，在分頻交叉區(qū)域，尤其是在分頻點(diǎn)，高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器會(huì)同時(shí)存在對(duì)方頻段的聲音，這時(shí)出現(xiàn)聲音干涉現(xiàn)象在所難免。所以說，分頻器的分頻衰減率做得越高，分頻交叉區(qū)域就越小，揚(yáng)聲器問的聲音干涉就越小。

分頻器的分類

分頻器有兩大類：一類是被動(dòng)分頻器(PassiVeCrossover)，亦稱功率分頻器；另一類是主動(dòng)分頻器(ActiveCrossover)，亦稱電子分頻器。

1、被動(dòng)分頻器

被動(dòng)分頻器是一種音箱內(nèi)置分頻器，由電容和電感濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其特點(diǎn)是分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在功率放大器和揚(yáng)聲器之間。這種分頻器把從功率放大器直接出的全頻音頻功率信號(hào)分為低音和高音或者低音、中音和高音，將分頻后的信號(hào)按不同頻段分配給各頻段揚(yáng)聲器。在全頻高、低音或高、中、低音主動(dòng)分頻音箱中，均由被動(dòng)分頻電路完成分頻任務(wù)。

被動(dòng)分頻的優(yōu)點(diǎn)是：首先，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，與音安裝在一起，毋需調(diào)整，使用方便；其次，在系統(tǒng)連接方面較為容易，只要給功放輸入全頻信號(hào)，將功放與音箱連接在一起就可以實(shí)現(xiàn)全頻放音；第三，需要的功率放大器少，一般一臺(tái)功放可以帶兩只全頻被動(dòng)分頻音箱，故系統(tǒng)成本較低。

被動(dòng)分頻的不足是：首先，分頻網(wǎng)絡(luò)要承擔(dān)加到揚(yáng)聲器上的很大功率和電流，所以要用較大體積的電感，而且由于電感的參數(shù)與揚(yáng)聲器阻抗有著直接關(guān)系，而揚(yáng)聲器的阻抗又是頻率的函數(shù)，與標(biāo)稱值偏離較大，因此誤差較大，計(jì)算較難；其次，功率放大器輸出的功率音頻信號(hào)通過電容和電感濾波器后，必然會(huì)由于電容和電感的非線性而造成失真，聲音失真再所難免；第三，從功放輸出的音頻功率信號(hào)，每經(jīng)過一個(gè)電容和電感器件都會(huì)造成功率信號(hào)的損失，所以被動(dòng)分頻的功率信號(hào)損失較大；最后，分頻衰減率不能做得太高，一般最大12dB／倍頻程，分頻交叉區(qū)域的干擾偏大，這是因?yàn)楸粍?dòng)分頻器提高分頻衰減率的途徑是增加電容器或電感器，也就是濾波階數(shù)，但是增加電容器或電感器的個(gè)數(shù)，就意味著隨之增加信號(hào)失真和功率損失，提高分頻衰減率的結(jié)果是帶來了其他更多的問題。

顧名思義，被動(dòng)分頻是一種“無奈”：的分頻方式，功放輸出的全頻功率信號(hào)不得不要分頻，不分頻就會(huì)導(dǎo)致一系列問題，故只能被迫將功率信號(hào)分頻處理。民用音箱為了降低系統(tǒng)成本，全部采用被動(dòng)分頻方式。專業(yè)音箱由于與民用音箱在要求、聽音主體以及使用人員等方面存在著很大的不同，故除了被動(dòng)分頻方式音箱外，還有主動(dòng)分頻方式音箱。

2．主動(dòng)分頻器

主動(dòng)分頻器是一種將全頻音頻弱信號(hào)進(jìn)行分頻的設(shè)備，一般由有源電子線路分頻系統(tǒng)構(gòu)成，其特點(diǎn)是分頻系統(tǒng)位于功率放大器前，將全頻音頻弱分頻后，把低音、高音或低音、中音、高音信號(hào)分別送至各自功率放大器，然后由功放分別輸出到低音、高音或低音、中音、高音揚(yáng)聲器，這種方法被稱為主動(dòng)分頻，因工作在弱信號(hào)情況下，故可用小功率的電子有源濾波器實(shí)現(xiàn)分頻。

被動(dòng)分頻的音箱的各揚(yáng)聲器單元均設(shè)有自己的功率信號(hào)接口，有些高、低音分離式音箱可以有主動(dòng)分頻和被動(dòng)分頻兩種連接方式，這類音箱的背后都設(shè)有主動(dòng)分頻(Active)與被動(dòng)分頻(Passive)轉(zhuǎn)換開關(guān)，有些音箱上的這種轉(zhuǎn)換開關(guān)還裝有鎖定機(jī)構(gòu)，避免發(fā)生誤撥動(dòng)情況。當(dāng)采用主動(dòng)分頻方式時(shí)，一定要將分頻方式轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到“Active”一邊，將高音功放接高音(Hi2h)輸入、低音功放接低音(Low)輸入。

主動(dòng)分頻的優(yōu)點(diǎn)很多，一是由于采用弱信號(hào)電子線路信號(hào)進(jìn)行分頻處理，故聲音信號(hào)損失小、失真小，再現(xiàn)音質(zhì)好；二是分頻衰減率可以較被動(dòng)分頻做得更高，達(dá)到24dB／倍頻程很容易，分頻交叉區(qū)域較被動(dòng)分頻小得多，分頻交叉區(qū)域中的高、低音單元聲音之間的干擾基本上被克服了；三是可調(diào)性好，電聲指標(biāo)高。

主動(dòng)分頻的不足沒有一條是涉及音質(zhì)方面的，其主要問題在于：一是成本高，投資大。由于主動(dòng)分頻方式高、低音每路分別要用獨(dú)立的功率放大器，故使用功率放大器多，如一對(duì)二分配音箱要用兩只功放推動(dòng)；二是增加一臺(tái)電子分頻器，這就使得在連接和調(diào)整方面增加使用難度。



前面已經(jīng)介紹了，分頻器有主動(dòng)分頻和被動(dòng)分頻兩類。被動(dòng)分頻器固定安裝在音箱內(nèi)部，并不需要音響師對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，而主動(dòng)分頻方式則存在著電子分頻器的正確使用、合理連接以及調(diào)整等多方面的問題，所以本文僅對(duì)主動(dòng)分頻器在使用中應(yīng)該注意的幾個(gè)主要問題加以討論。