DIY音响(二)-分频器制作.doc

1、DIY 音响(二)- 分频器制作分频器在音箱系统中的作用用“举足轻重”一词来形容一点也不过分。然而这一个非常重要的问题却又是一个极易被一般爱好者所忽视的问题。我常常见到有些 DIYer 到器材店去买分频器时最关心的是几分频、几阶滤波，价格几许。好一些的情况也就是挑一下与自己的单元相同的品牌，注意一下电感的线径，电容的材质，分频点是多少。至于这只分频器的设计是否合理，是否适合自己的单元却很少见到有人会去关心，这很有些“买椟还珠 ”的感觉。在 DIYer 中还存在这样的一个看法：分频器的滤波阶数取高些好，理由是可以得到陡峭的衰减特性，因此单元之间的干扰就小。但事实上我们应该知道这样的一个常识：电抗

2、器件（或者说是惯性元件）对通过的交流信号有相移，每一阶最大的相移量达到 90 度。照此计算，一个四阶滤波器最终将产生 360 度的相移。如此一来，高低频单元的相位就必须衔接的非常好，否则稍一错位就会出乱子，出现一系列的峰谷。然而这还不算最糟的，更糟的是由于相位变化的剧烈带来了大量的相位失真。从这个意义上说，不用滤波器最好，但并不现实。既然必须采用滤波器，就我个人的看法，滤波的阶数应该是少些好。可是如果滤波阶数太少又得不到足够的衰减率，这对单元也是一个很大的折磨，这又是一个矛盾。一般来说，解决这个矛盾采用二阶滤波还是比较合理的。理由是：（1）由于标准二阶滤波衰减斜率为 12dB，在正常情况下是足

3、以应付；（2）由于最大相移为 180 度，因此比较容易实现相位对接，同时相位失真也在可忍受范围。一个设计、制作优良的分频器，应该是针对某一组单元度身定做的，没有一个放诸四海皆真理、那种万金油似的分频器。道理非常简单：每一款杨声器由于设计、制作上的差异，都有不同的特性。从声压特性、阻抗特性到相位特性都有所不同。设计一个分频器应该将这些因素综合考虑，使得各单元的优点得以充分发挥，缺点得以有效抑制，方可算得上是一个成功的设计。我们以往设计分频器选择器件参数时比较常用的方法是采用教科书上所介绍的，根据分频点、衰减斜率进行计算得到的。从理论上来说，这样没什么错。问题在于书上所介绍的方法基于一个并不存在的

4、条件：即所用的单元都是理想器件，这样的单元在本世纪肯定是造不出来的了，因此这样的条件无异于空中楼阁。我们目前所制造使用的单元都不是理想器件，如何解决这些问题是一个优秀的设计师所应具备的能力。而这也正是使许多“土炮友 ”感到困惑的地方，甚至一些业内混了很多年的“工程师”也在困惑。单元的不理想性主要体现在两个方面，分别是单元阻抗的非线性和声幅射的非线性。阻抗的非线性体现在它的非纯阻性，它的阻抗模与阻抗角都是频率的函数（见图 1） 。声幅射非线性的成因主要是由于非活塞振动所造成的，因为在非活塞振动区域的声幅射是由单元上个质点幅射的合成，由于各质点振动的幅度与相位都不一样，因此合成的声压与相位也都是很

5、复杂的频率函数（图 2） 。图 2说一千道一万，尽管知道了这些因素的存在，但要真正的解决这些问题仍然是困难重重。因为我们尽管知道单元有非线性的特点，但每一款单元的特性又是各不相同的。我们只有了解了每一款单元的具体特性才能够对症下药。我这样的一个观点不知大家是否同意：“曲线好的不一定是好音箱，曲线不好的一定不是好音箱” ，因此我们首要的任务就是先把曲线做好。而要做到这一点，首先必需了解所选用的单元特性，正所谓：“知己知彼，百战不殆 ”。就象乘热气球无法登月一样，获取这些资料必需借助一些必要的测量设备。由于扬声器单元阻抗的非线性即非纯阻特性，因此当分频器接入的时候将使滤波器的衰减特性偏离理论值很多

6、（参见图 3） 。在该例中实际的负 3 分贝频率要高出理论值一频程之多（不同的单元偏离也各不相同） 。为解决这一问题，多年前有人提出了所谓的“零失真分频器”的概念。这一概念的中心思想是利用 RC 回路的特性来补偿单元等效的 RL 特性，还有人给出了计算公式，这似乎是个不错的主意。可经分析发现这个公式并不能真正解决这个问题。原因在于给出公式人概念的混淆上，因为他们将 RL 与 RC 回路的特性都当成了纯阻特性来对待。稍有些电路常识的人都知道：RL 与 RC 回路不仅是阻抗模值随频率变化而变化，阻抗角也是在变化的，如果不将这些因素都考虑进去，计算结果的正确性可想而知了。图 3即使我们解决了由阻抗非

7、线性带来的麻烦，声压的非线性依然困扰着我们。一个典型的低频单元的声压特性如图 2。这是安装在Honey One 的实验箱体中测量出的曲线，92Hz 的谷点就是二级倒相特有的谷点。从图中我们可以看到自 200Hz 到 1200Hz 这一区间有一段约 6dB 的爬坡，这是小口径单元的一个共性。在高端即将下跌前（5.6kHz 处）出现了一个落差达 7dB 的谐振峰，这也是许多中低频单元所共有的一个特性，区别在于高度的不同，高者达十几分贝，而低者仅三五分贝。这个峰点被我们戏称之曰“鸡尾巴” 。一个单元如果“鸡尾巴” 太高将导致分频器设计的困难，至少对二阶滤波器是如此，因为它将直接干扰整体的曲线走向。因

8、此在选用这样的单元时宜采取慎重的态度，对付这个问题的办法一是增加滤波阶数以获得陡峭的衰减特性（但并不是个好主意，理由如前所述） ；二是降低转折点，但受到高频单元性能的牵制；三是干脆放弃这样的单元。如果我们获得了扬声器的阻抗、声压等一系列特性，就可以开始着手设计分频器了。以两阶滤波为例，很多人可能都认为两阶滤波的衰减特效都是 12dB/oct，其实这只是一种比较典型的情况，随着滤波器 Q 值的变化其衰减特性也在变化，简单的说就是当选用大电容小电感时特性就陡峭些，反之当选用大电感小电容时则特性就平缓一些。举一个极端的例子：当两阶低通滤波器的电容小到没有时，就成了一阶滤波器了，那么它的特性就成了 6

9、dB/oct 了！因此即使是两阶滤波器也有许多可供我们利用的特性，关键在于你是否了解它。有一对 15 寸同轴喇叭，分频点 500HZ。 这个扬声器的阻抗标称阻抗：8 欧同轴扬声器的高低音扬声器灵敏度是 105DB请教最简分频形式,就是 6dB/oct 的一阶分频器.低频扬声器低频段 20HZ，高频扬声器高段：22K低频扬声器上串联一只电感线圈,这只电感线圈的电感量是 2.55mH,高音扬声器串入一只高通滤波电容,这只电容的容量约为 40uF.低通电感可以用空心电感,空心电感有个巨大的好处是不怕铁芯磁饱和和铁芯的非线性影响,当然要用较大的线径以减少线圈直流内阻的影响.高音扬声器和低音扬声器的连接

10、以同相连接最好,不过,最稳妥的办法是按照试听后的结果好坏来决定.一阶分频最大的好处是:调整的难度大大降低,对于本例来讲,如果我们将低频扬声器的低通设置好以后,我们可以直接来调整一个高通部分电容容量的大小来对高通部分的分频点进行小范围的移动以求达到最好的听感(当然,是小范围的调整而不是将电容容量进行无节制的更改).如果能用听感对比的同时用声压测试设备来检测分频点处的频响峰谷进行配合,那肯定会更好一些.业余制作分频器发烧友在制作音响时，分频器大多选用市售成品，但市场上出售的分频器良莠不齐，质量上乘者多在百元以上，非初级烧友所能接受。价格在几十元以下的分频器质量难以保证，实际使用表现平庸。自制分频器

11、可以较少的投入换取较大的收获。笔者经实践，摸索出业余制作分频器的方法，将自制的分频器用在音响系统中表现不俗。一、备料 根据设计的分频器原理图，备齐以下材料：1、电感骨架 依据电感线圈的要求，选择合适的非金属骨架，如焊锡丝、密封用生料带的塑料骨架以及其它木质、胶质骨架等。2、漆包线 选用粗细合适、质量上乘的漆包线若干（笔者选用的是从汽车启动机开关中拆下的漆包线） 。3、阻容件 根据电路要求选择容量、阻值和功率合适的电容、电阻，分频电容最好选用进口或国产优质 CBB 电容，电阻以大功率水泥电阻为首选。4、粘合剂 此剂可选用市售 “立得牢”等强粘度胶。5、硬币、螺栓 螺栓选择直径 4mm 左右的铜质

12、品，其长度则根据电感骨架的高度而定。6、敷铜板 根据分频元器件的多少，选择大小合适的优质敷铜板，线路走向则根据设计要求用美工刀刻制。7、透明胶带一盘。二、制作1、绕电感 将粘合剂瓶顶、底中间各钻一直径略大于漆包线的小孔（因液体粘稠，故不会从孔中流出） ，在两孔各穿一段塑料胶管之后，把漆包线从两胶管中穿过，以保漆包线通过两孔时不被刮伤，然后一人将漆包线一端拉紧，另一人就可拿漆包线的另一端在骨架上绕线，绕时双手不可接触漆包线，因漆包线在通过粘合剂时已均匀地敷上了一层粘合剂，可用手捏住骨架两端使之旋转，待电感圈数绕足之后，将多余的漆包线剪掉，固定好外引出线，待线上的粘合剂凝固以后，用透明胶带在线圈上

13、紧绕几层。2、元器件安装根据电感线圈及阻容件在板上的位置，用小钻在板上打好孔，在硬币中间钻一比铜螺栓直径略大的孔，将铜螺栓依次穿过硬币、线圈和电路板，然后再垫上弹簧垫片，用螺母紧固，将线圈、电容和电阻的引线刮净上锡后焊在相应的位置上，最后在板上焊接好进出线。经过以上操作，一只质优价廉的分频器便制作完工，剩下的就是你体验成功的喜悦了。分频器电感接线有讲究：音箱分频器中电感线圈的接法对音质音色影响极大。使用的一对倒相式音箱，电感线圈接法是外圈入里圈出（如图） ，音色均衡圆润。曾使用里圈入外圈出接法，结果低音全无。分频器的业余制作方法：高保真的音箱多数都是由两只或两只以上的扬声器单元构成，要高质量的

14、还原 20Hz20kHz全频段的音频信号，必须借助优质分频器的协助。由于各自音箱的扬声器单元不同，分频器也就不能简单的代用，必须按照具体扬声器单元的特性进行制作。总结出一套较为完善的设计、制作、调试方法，只要求制作者备有一张内含 20Hz20KHz 纯音频测试信号的雨果金碟 、一个话筒信号放大电路、一只话筒和一块数字万用表，而不需要专门的测试仪器。业余制作音箱，建议选择两分频的方式一、分频点频率 f 的选择两分频音箱的分频点，可以在 25kHz 之间进行优化选择。一般把分频点频率 f 选在低音单元自上限起一个倍频程以下，高音单元自下限起一个倍频程以上的范围内。二、分频器与功率的分配构成音箱的高

15、、低音单元，各自的标称功率是不一样的，而在实际节目信号的功率谱中，高频、低频信号的比例也是不一样的，因此将各种信号统计平均后，就得到了图 1 所示的模拟信号功率谱。将图 1 的功率谱进行计算，就得到了图 2 所示的功率分配曲线。在选择分频点时，一定要考虑功率的分配问题，使高音单元留有一定的余量。20Hz20kHz 的总功率规划化为 100，把 20Hz 至某频率 f 所占功率为总功率的百分数。三、分频方式的选择分频方式虽然有 6dB/oct 型、18dB/oct 型、3dB 降落点交叉型及 12dB/oct 型、6dB 降落点交叉型等数种，但综合考虑它们的优缺点，建议使用 12dB/oct 型

16、。四、分频网络设计分频网络时，如把负载单元加入 RC 阻抗补偿电路，作为恒阻抗进行设计，这样当然是最好。但笔者查阅大量书刊资料后，发现 RC 阻抗补偿电路的计算方法有多种，而得出的 RC 值也不相同，让人不易选择，只好按频点电阻法来进行设计。首先，测出高、低音单元在分频点处的阻值（注意不要用单元标称阻抗代替，否则误差会很大） ，然后进行计算、将 LC 元件连接，即告初步制作完成。高、低音单元的灵敏度不平衡，可用电阻衰减调节（1997 年电子报第 15 期有专门文章介绍） ，制作时建议使用优质聚丙烯电容，优化设计空芯电感，将元件用热熔胶固定在印制板上，电感可用棉线或塑料扎扣带加强固定，用搭棚焊的

17、方法连接，做成高、低音通道各自独立的分线分音方式。五、调试方法根据声压级平方反比定律，点声源在自由空间中，距离增加一倍，声压级衰减 6dB。利用这一定律，就可以进行下面的实际操作。把音箱体和扬声器单元装好，不接分频器，用雨果金碟测试信号，按正常的放音方式，用固定音量 23W，重复播放分频点处频率 f，用简易声压测试仪，在 2m 处测试声压。调节话筒音量电位器使数字万用表读数，记下备用。然后，接入分频器低通网络，将声压计放在 1m 处，测试读数与上次应相同，否则，按读数大（小）增大（减小）电容量，直到读数相同（这时分频点频率 f 衰减 6dB） 。然后，将信号重新直接输入低音单元，将测试信号调节成高于分频点频率 f 的倍频程信号，用声压计在 4m 处测试声压，记下读数备用。最后，接入分频器低通网络，将声压计放在 1m 处，读数与上次相同，否则，稍加微调（这时倍频程频率 f 衰减 12dB） ，这样，低音网络就调试完毕。高音网络重复以上操作步骤，调节电感，注意第二步输入低于分频点频率 f 的倍频程信号。这样，一套高质量的分频器就制作和调试完成。