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汽车音响分频器的种类和原理

2018-10-16 18:55:47

在现有电声技术以及材料科学上,还不能做到一个扬声器单体全面重放整个音频范围(20Hz-20kHz)的声音,要做到将整个音频范围的完整重地重放出来,就要求采用多个不同的扬声器来分别重放高,中/低不同频段的声音。让不同的扬声器分别重播不同的声音频带,就要使用合适的分频网络。分频网络(Crossover Network),又称为分音器,或分频器,在实际的设计中,受到诸多变量的影响,所以是一个非常复杂的工作。在这一节里,我们主要介绍分频网络的基础知识,以及对扬声器分频点的选择。

一、分频器的种类

分频器按照不同的分类方法可以分为不同的种类:

按分频器中各单元的电路连接方式,可以分为:串联分频器和并联分频器。现在业界多采用的是并联分频器,其主要优点是在于多路扬声器中,每一只都可视为独立的部分。如果采用了串联式的分频器,任一个零件都可能会影响到高通与低通的特性。本文所讨论的分频器,都是并联式分频器。

按电平的高低来分,可以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,再经被动式分频器分频输出到特定的单元。低电平分频器又称为主动式分频器,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。

分频器的其它分类方法还有如按重播频带来分,分为高通,带通,低通分频器,按分频器的电子元件以及衰减的斜率可以分为一阶,二阶,三阶和四阶的分频器。

二、分频的原理

扬声器的分频网络是由L/C滤波器(电感与电容)所构成的电路,并联式的分频器设计主要采用三种基本的滤波器形式。它们是:低通滤波器,将高频段衰减,通常运用在低音单元;带通滤波器,将高频端与低频端全部衰减,一般应用在中音单元上;高通滤波器,衰减低频段,绝大部分运用在高音单元上。

L/C所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,这些元件的特性可由电抗的公式表示(也就是交流的阻抗):

Xc = 1/2πfc          Xl = 2πfL

上述的阻抗公式说明了电容或电感与频率的关系:电容的容抗与频率的增加成反比,当交流的频率降低,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。

滤波器通常可由三项基本特性描述:衰减的斜率,滤波器的谐振和Q值。斜率一般以每一个倍频程(八度)的衰减量为单位,如dB/Octave。当L与C由不同的电路形态组合之后,滤波器的斜率可以开成如图2-4-2所示每倍频程6,12,18,24dB的衰减量。超过24dB的衰减量的分频网络很少使用。这些衰减率同时可以利用斜率的阶数来表示,一阶为6dB/Octave,二阶为12dB/Octave,三阶为18dB/Octave,四阶为24dB/Octave的斜率。

当滤波器的阶数大于一阶时,滤波器的电路谐振频率就是电容与电感的电抗相等时,也就是分频点的频率。所以L和C的乘积是一个重要的参数,不同的L和C值组合,可以得到不同的响应。

滤波器的Q值与单元的Q值,以及单元装箱后的Q值具有相同的关系,Q值是描述分频点处的曲线变化的一个参数量。不同的滤波器Q值描绘出不同的衰减响应曲线,如图6-4-3所示。不同的响应曲线具有不同的特性,它是都以第一个发现这些响应特性的工程师命名,例如:Chebychev(Q = 1),Butterworth(Q = 0.707),Bessel(Q = 0.58), Linkwitz-Rily(Q = 0.49)。

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