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浅析汽车音响分频器有关知识

所属分类：汽车音响 2014-4-28 16:30:10 推荐指数：

分频网络（Crossover Network),又称之为分音器或分频器

一、分频器的种类

按分频器中各单元的电路连接方式可分为：串联分频器和病例按分频器。现业界多采用病例按分频器，其优点是在于多路扬声器中，每一只都科士威独立的部分。如采用串联分频器，任一个零件都可能会影响到高通和低通的特性。
按电平高低可分为：高电平分频器和低电平分频器。高电平分频器也是我们通常说的被动式分频器，它是指经功率放大器放大的大功率信号，在经被动式分频器分频输出到特定的单元，低电平分频器有称之为主动分频器，它是由主动式的电子高通、低通滤波器组成，一般装置在主机或功率放大器的前级部分。
按重播频段可分为：高通、带通、低通分频器。
按分频器电子元件以及衰减的斜率可分为一阶、二阶、三阶和四阶分频器。

二、分频的原理

扬声器分频网络是由L/C（电感/电容）所构成的电路，并联式分频器设计主要采用三种基本的滤波形式，它们的响应特性:低通滤波器，将高频段衰减，通常运用于低音单元；带通滤波器，将高频段与低频段全部衰减，运用于中音单元；高通滤波器，衰减低频段，绝大部分运用于高音单元。
L/C组成的滤波器基本上只是利用电容与电感的反应特性作为衰减频率的电路，元件特性可由电抗的公式表示（交流阻抗）：Xc=1/2*3.141*Fc X1=2*3.141fL 电容的容抗与频率的增加成反比，单交流的频率降低，容抗相应增加。电感的感抗特性正好与电容相反，当频率增高时，感抗也跟着增加。
不同的滤波器Q值描绘出不同的衰减响应曲线：Chebychev(Q=1) Butterworth(Q=0.707) Bessel(Q=0.58) Linkwitz-Rily(Q=0.49)

三、分频器的设计

1、分频器阶数选择

分频网络设计特点：一阶的Butterworth分频器是完全符合最小相位的标准的，在所有的频带上产生零相位响应，同时具有平坦的振幅响应。此类型对扬声器要求非常高，扬声器本身分频点处的响应曲线要非常稳定。
二阶分频网络，包含二阶的Butterworth、Bessel、以及Chebychev等。二阶分频网络得到目前业界最广泛的应用。由于要保证良好的相位、频响及群延迟响应，正极的极性相位为180º反相。在相位测试时，当低音是正接时，高音的响应是反相，这时不需要调整高音的极性。
三阶或四阶分频网络是较高衰减斜率的分频网络，应衰减量大，在汽车音响当中极少用到。

2、分频点的选择

两分频系统中分频点的选择：宜低不宜高；适合的分频点一般在2k-3kHz段。
三分频网络中分频点选择：fH中音/高音的分频点;   fL中音/低音的分频点
A、3.4个八度音，即fH/fL=10.对于低音/中音/凸盆高音的组合来说，分频点可选择3kHz/300Hz;对于低音/小型锥盆或球顶中音/高音的组合来说，分频点可选择5kHz/500Hz.
B、3个八度音，即fH/fL=8.对于低音/中音/凸盆高音的组合来说，分频点可选择3kHz/375Hz;对于低音/小型锥盆或球顶中音/高音的组合来说，分频点可选择5kHz/625Hz.
   如果系统采用主动分频时，fL将会调整300Hz以下。
   在分频器设计中，应以偏轴15-30度的响应曲线来进行设计，这时可得到较佳的整体效果。

3、扬声器系统的音响性中心

唯一能使高/低音单元能从空间同一点辐射出来的扬声器只有同轴单元。
分体系统解决办法，将单元之间的距离尽可能靠近，同时高通与低通单元之间的距离不可超过分频点的频率的波长。在两分频扬声器系统中，由于中低音安装位置偏低，我们应尽可能是分频点尽可能低。三分频扬声器系统中，应尽量使中/高音单元安装在同一水平面上，而且尽量靠近。

四、分频器中常用到的其它电路

1、单元负载补偿电路

单元负载补偿电路是针对单元的阻抗响应曲线是随着频率而变化的响应特性，特别在单元的谐振频率点的突起，以及音圈电感造成的逐渐升高的阻抗效应。谐振的突起可由串联的LCR滤波器来校正。
所以以音圈形式单元都有因音圈感抗说造成的阻抗上升现象，为了使中音/低音单元在低通的分频电路上能适当操作，一般应用CR电路来等化上升的阻抗。也可使用在球顶高音上，不过不是用来协助分音器的工作，而是减少刺耳的感觉以及保证L型架构的分音器的正确工作。

2、单元的衰减电路

中音单元与高音单元通常比大多数低音单元的效率要高，为了使扬声器在整个频带上获得平坦的频率响应，必须调整不同单元的效率使它们接近相同的音量。最好的办法是以固定的L型衰减网络，以协调不同单元的灵敏度，以满足听感上的偏好。

3、响应型电路

由于单元的响应曲线出现不同的峰谷现象，可用等高网络与陷波电路两种电路来修正单元的响应。

A、等高电路：修正逐渐上升的频响特性。

B、陷波电路：也称为并联凹型滤波器，用来解决频响中宽的凸起现象。

四、分频器中的电子元件

1、电感

扬声器分频器中，常见的电感有空芯电感与铁芯电感两种。铁芯电感是使用变压器中的薄铁片或其他形式的贴氧化物，通常只用在需要电感值较高但无法由空芯电感获得低直流电阻的场合使用。铁芯电感具有磁饱和而在大电流的情况下造成失真，所以铁芯电感属于一种妥协的产物。空芯电感不存在磁饱和现象，由于大电感值时绕线要多，体积较大，成本高，所以必须采用较粗的绕线，以保证不会出现电阻增加的现象。电感可用万用表测量。
电感必须以耐龙线捆扎固定好，并浸入电线专用的固定漆中以稳定特性，否则容易出现散架现象，使电感值发生变化。电感固定于分频器电路板时，彼此应尽可能远离放置，同时每只电感安装的角度最好是90度安装，这样可以确保分频器在不同的频带上造成磁耦合现象。

2、电容

选择电容的材质通常是由损失因素和价格而决定的，意味着中/高音域不超过20uF的电容可采用塑胶薄膜电容（麦拉Mylar电容或PP电容），其它绝大部分的应用中则使无极性的电解电容。在分频器应用中，电容最关键的因素还有容差，容差越小，一致性越好。对于采用音质较差的无极性电解电容，有一个方法可以提升音质，那就是并联一个小数值的PP质或金属皮膜电容（0.1-1uF）。另外也可以采用多只低容量的电容并联所需的容量来使用，这样可以有效降低电容的内阻隔与内电感。

3、电阻

分频器应用的电阻多是白色水泥大功率电阻，电阻的功率越大，电阻体积越大。

五、主动式电子分频

低电平的分音器是由主动式的电子高通和低通滤波器所组成，装置于主机的前级放大器部分或功率放大器的前级放大部分，或专业的均衡器和前级分频器上。
主动式电子分频的优点：
1、低互调失真，因为放大器操作在更狭窄的带通频带上，而且低频过载的切削也会降低。
2、提高动态范围，
3、改善瞬态响应
4、对低音单元而言，可得到较佳的功放/扬声器匹配，同时也可避免分音器所引起的高音单元谐振。
5、稳定的阻抗负载可得到较佳的分频表现
6、与被动式分频器相比在主观上具有更佳的音质
7、单元之间的灵敏度不同的问题较易受到控制
8、相位、时间延迟、谐振以及不同的响应曲线容易受到控制

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