淺析常見的分頻器問題

分頻器是一種可以將聲音信號分成若干個(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送到高音揚(yáng)聲器中，低頻信號送到低音揚(yáng)聲器中，高、低頻信號各行其道，盡可能大地利用了各自揚(yáng)聲器的工作頻帶優(yōu)勢，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?？朔煌l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，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分為低音和高音或者低音、中音和高音，將分頻后的信號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，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，每經(jīng)過一個(gè)電容和電感器件都會(huì)造成功率信號的損失，所以被動(dòng)分頻的功率信號損失較大；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電子線路信號進(jìn)行分頻處理，故聲音信號損失小、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，如一對二分配音箱要用兩只功放推動(dòng)；二是增加一臺電子分頻器，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。