高品质电子分频有源音响系统制作教程DIR [复制链接]

电子分频一直是我想要得，看完了心也有点动！谢谢搂主！

纠正一下上次所发内容写错一个地方，正确如下：
2．采用多单元喇叭组合工作，存在怎样使它们发出的声波合为一体的难题，于是有人把它当成电子分频的缺陷。
实际上，任何一个喇叭都具有一定的口径。人们可以根据波动理论把平面波源等效为无穷个子波源，按照波动衍射原理计算出一定距离位置接受到的声波强度分布状况。从光波的夫琅和费圆孔衍射分布图，很容易看清楚平面波源的孔经大小与波长对一定距离位置接受到的声波强度分布影响。参看图②,中间的圆亮斑称为零阶主极大区域，能量占到总输出能量的83.78%；第一个亮环斑称为一阶次极大，能量占总输出能量的7.22%；第二个亮环斑称为二阶次极大，能量占总输出能量的2.77%；第三个亮环斑称为三阶次极大，能量占总输出能量的1.46%；各个暗环为能量分布极小区，能量可作0对待。正中的圆亮斑区域即是所谓的有效辐射范围，能量分布从中心朝外逐渐降低，在圆亮斑的1/2直径处相对于中心强度降低一半，即－3dB处。波长恒定时，波源孔径越小，中间的圆亮斑直径越大；波源孔径恒定时，波长越小，中间的圆亮斑直径越小；因此，随着喇叭口径增大，高频率声波的辐射区域将减小。当然，可以在喇叭前面安装小孔板来扩展高频率声波的辐射区域，喷射式铝带高音喇叭就在前面安装了小孔板来扩展高频率声波的辐射区域。然而，任何一个喇叭都不可能把高、中、低音全部给予良好的播放，只能使用分别适合播放高、中、低音的多个喇叭分段负责播放才能把整个声频给予良好的播放，这与采用何种分频方式无关。采用分段播放，无非是几个喇叭各自确定的辐射区域不能完全对称的重叠，从而使共同的重叠区域有所减小。参看图③,假定高、中、低三个喇叭的声波圆亮斑区域相同，声波强度相对于中心下降一半的辐射夹角为10°，高音喇叭口径小放在中间可以使它与另两个的喇叭中心安装距离都约为100mm， 在2米距离位置处听音，高、中、低三个喇叭的声波辐射强度在3dB相差之内的重叠区域为0.34米。也就意味着在这个上下0.34米的空间区域里进行聆听，将不会感觉出高、中、低声音成份分别来自三个喇叭。在上下方向上有0.34米的聆听区域，任何人都可以获得良好的听音效果。当中音喇叭和高音喇叭采用球顶振动膜时，其辐射范围会比同口径平膜的辐射范围大得多，夫琅和费球面圆孔衍射的计算公式更复杂，但结果也是类似的分布图。在高、中、低三个喇叭的声波强度相对于中心下降一半的辐射夹角扩大为30°时，高音喇叭与另两个的喇叭中心安装距离都约为100mm， 在2米距离位置处听音，高、中、低三个喇叭的声波辐射强度在3dB相差之内的重叠区域变为0.85米。而在原先0.34米的聆听区域里，高、中、低三个喇叭的声波辐射强度在变化可控制在相差小于1.5dB 之内。

由于声波位相发生改变不会使人对自然声音的音色感受产生影响，因而不用担心不同频率信号在经过分频电路时产生的位相变化会影响实际听到的自然声音感受效果。与离开喇叭一段距离的位置听音不同频率之间发生的位相变化状况相比，分频电路所导致的位相变化早已经可以忽略不计。所以，在设计级前电子分频滤波电路时，人们需要考虑的是同一频率信号从两个相邻分频段喇叭发出来的声波叠加之后，声级强度是否比各分频段里处于平直部分段频率的声波强度过高或过低。只要将交接频率的叠加声波强度控制在比分频段里平直部分段频率的声波强度相差不超过±1.5dB，就不会出现可感觉到的不良问题。
从图⑤～图⑨所示的分频滤波曲线中不难看出，在交接频率点处，分别从两个相邻分频段喇叭发出来的声波强度相同，但叠加后的声波强度I与分别从两个相邻分频段喇叭发出来的声波强度P及其位相差φ相关。数学计算关系为：
I ：[2ACos(φ/2)] 2 ＝ 2P ：[2Acos(0°)] 2 ＝ P ：2A2
为方便计算，令各分频段里平直部分段频率的声波强度为1，声波强度正比于输出声波的振幅平方。当交接频率点设计成电压幅值A下降为0.707的状况下，从两个相邻分频段喇叭发出来的交接频率声波强度分别等于0.5；合成波强度最大值为1，呈现位置是位相差等于0或2π整倍数的空间位置处。在相邻分频段喇叭正中间位置处，合成波强度为
I＝P[0.707×2Cos(φ/2)] 2 ＝0.5[0.707×2Cos(φ/2)] 2
当φ＝0时，I＝1，与分频段里平直部分段频率的声波强度相同；
当φ＝80°时，I＝0.575，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降2.4dB。
当φ＝90°时，I＝0.5，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降3dB。
如果把交接频率点改设计成电压幅值A下降为0.78的状况，从两个相邻分频段喇叭发出来的交接频率声波强度分别等于0.61；合成波强度最大值为1.22，呈现位置是位相差等于0或2π整倍数的空间位置处。而在相邻分频段喇叭正中间位置处，合成波强度为
I＝P[0.78×2Cos(φ/2)] 2 ＝0.61[0.78×2Cos(φ/2)] 2
当φ＝0时，I＝1.22, 比分频段里平直部分段频率的声波强度提高0.9dB；
当φ＝80°时，I＝0.87，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降0.6dB。
当φ＝90°时，I＝0.74，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降1.3dB。
如果把交接频率点改设计成电压幅值A下降为0.8的状况，从两个相邻分频段喇叭发出来的交接频率声波强度分别等于0.64；合成波强度最大值为1.28，呈现位置是位相差等于0或2π整倍数的空间位置处。而在相邻分频段喇叭正中间位置处，合成波强度为
I＝P[0.8×2Cos(φ/2)] 2 ＝0.64[0.8×2Cos(φ/2)] 2
当φ＝0时，I＝1.28, 比分频段里平直部分段频率的声波强度提高1.1dB；
当φ＝80°时，I＝0.96，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降0.17dB。
当φ＝90°时，I＝0.82，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降0.86dB。
如果把交接频率点改设计成电压幅值A下降为0.82的状况，从两个相邻分频段喇叭发出来的交接频率声波强度分别等于0.6724；合成波强度最大值为1.34，呈现位置是位相差等于0或2π整倍数的空间位置处。而在相邻分频段喇叭正中间位置处，合成波强度为
I＝P[0.82×2Cos(φ/2)] 2 ＝0.6724[0.82×2Cos(φ/2)] 2
当φ＝0时，I＝1.34, 比分频段里平直部分段频率的声波强度提高1.3dB；
当φ＝80°时，I＝1.06，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降0.03dB。
当φ＝90°时，I＝0.90，比分频段里平直部分段频率的声波强度下降0.5dB。
从以上对合成身波强度的计算结果可以看到，把交接频率点设计成电压幅值下降为0.707的状况并不好。即便在相邻分频段喇叭正中间位置处的位相差等于零，正好使合成波强度与分频段里平直部分段频率的声波强度相等接齐,但在偏离相邻分频段喇叭正中间位置位相差等于90°的空间位置处，合成波强度将下降3dB!而使1KHz声波位相差等于90°的波程差仅为85mm，参看图⑩所示的波程差变化状况，在2米距离处上下移动0.4米，低音喇叭与中音喇叭发出的声波程相差约57mm，已可使1500Hz合成波位相差达到90°。
当把交接频率设计成电压幅值下降为0.8状况时，即便在相邻分频段喇叭正中间位置处位相差等于0°～90°，合成波强度与分频段里平直部分段频率声波强度相差也不超过-0.8dB～+1.3dB，而且在2米距离处出上下移动0.5米，声波强度变化也保持在±1.3dB之内。 所以，实际只要把交接频率点设计成电压幅值下降为0.8，并使交接频率从两个相邻分频段输出的电压信号位相差不超过90°，如果位相差超过90°，就把其中之一作反相处理，即可不影响听音效果。因此无须对各个单元喇叭的安装面位置作调整。我曾采用声压频率响应测试仪器MALLSA以2米距离对电子三分频音响系统作过检测，声压频率响应曲线在整个声频范围内完全接齐，在高、低两个交接频率处并未出现峰谷点。

如何计算分频电路中的元件参数，无论是采用贝塞尔型，还是采用巴特袄兹型，差别只反映在元件参数的确定上。由于三阶有源滤波电路不容易找到正好符合要求参数的元件，而且三阶有源滤波电路比二阶有源滤波电路并未增加明显的良好效果，较少使用它。一般采用二阶有源滤波电路或者用两个相同的二阶有源滤波电路串联构成四阶有源滤波电路。这么做的好处是，比较容易找到符合参数要求的的元件。从二阶有源滤波电路的元件参数计算系数上可以看出来，对二阶有源低通滤波电路，C1、C2的容量只要控制在1.33：1～2:1之间就处于贝塞尔型与巴特袄兹型之间；对二阶有源高通滤波电路来说，R1、R2的阻值只要控制在1：1.33～1:2之间就处于贝塞尔型与巴特袄兹型之间；略微超出一点，只要没达到切比雪夫型0.1dB提升量的2.3：1与1：2.3参数比例值，滤波电路就不会进入容易出现自激的不稳定工作状态中。这样，人们就可以很方便地根据实际能找到的电容或电阻来确定转折频率符合要求的实用型二阶有源滤波电路。实际制作的滤波电路究竟是比较接近贝塞尔型，还是更接近巴特袄兹型都不重要，重要的是两个相邻分频段的交接频率点必须符合电压幅值下降为0.8倍要求。因此，根据公式进行的计算只能作为参考值，要用正弦波信号源和示波器对滤波电路的输出状况进行实测，才能通过调整元件参数得到符合要求的电路。一旦确定好实际使用的元件参数，以后再做相同转折频率的分频电路就不需要进行重复调试。
从应用结果来看，最终确定的转折频率值与预定的转折频率值并不需要严格相等，相差达到±20%也无所谓。除非继续采用组合喇叭最少的两分频系统，由于高音喇叭的工作频率下限与低音喇叭的工作频率上限已经没有充足的交叉范围，转折频率不得不兼顾高音喇叭与低音喇叭的允许工作频率范围，从而使得不容易找到符合参数要求的元件。这属于人为制造出来的困难！当人们采用电子分频方式时，至少应使用三分频或四分频系统才具有很明显的优越性。此时，各个单元喇叭的允许工作频率范围已经具有充足的交叉范围，不需要把转折频率限定得十分准确地等于预定值。这样，在设计分频电路时，可以先根据预定转折频率计算出高通滤波电路中的元件参数，将它们换成最接近计算参数的标准参数元件装入电路中，再按照电压幅值下降为0.8倍的要求测量出实际的交接频率值，然后通过调节低通电路中两只同阻值电阻来使低通滤波电路的交接频率等于高通滤波电路的交接频率。
为了减少在电阻上产生出感应噪声，滤波电路中使用的电阻都应当控制不超过10K。如果在10K范围内进行调整尚不能使交接频率的电压幅值处于下降为0.8倍要求，就需要更换电容参数来配合调整电阻参数。可以根据低通滤波电路的元件计算公式计算出大致符合要求的电容参数，将它们换成标准参数元件装入电路，用双联10K电位器代替两只同阻值电阻进行调节，确定出实际需要的电阻值后再换成固定电阻。必要时可用2只固定电阻串联或并联达到所需要使用的电阻值。为了快速寻找到符合要求的元件参数，可以在Excel电子表格中把简单的乘除计算公式设置好，高通滤波电路只需要修改填进去的电容参数和转折频率就马上得到两个数值不同的电阻值，低通滤波电路只需要修改填进去的电阻值和转折频率就马上得到两个数值不同的电容参数，即可很快找到最接近实际能够使用的标准参数。

人们以往之所以没有把电子分频方式推广普及成功，除了受到大功率功放IC的推出时间影响之外，错误理论也把人们引入到误途之中。花费许多工夫去设计陷波电路，并对分频电路产生的位相变化进行补偿校正等等，结果都是枉费心机和浪费钱财。只有把原理上的疑问弄清楚后，人们才敢放心的去制作本来并不复杂，设计并不困难的电子分频音响系统。对缺少音频信号源和示波器的大众来说，最好使用元件参数已经由别人通过实验验证的分频电路，手上只要有一只能够测量电容量和电阻值的数值式万用表，就可以确保使用的元件参数误差不超过±5%，不会对组装出来的电路产生不良影响。如果找不到元件参数已经被验证过的分频电路，可以根据有源滤波电路元件参数计算公式，按照自己预定的上下两个交接频率分别计算出高通、低通电路元件参数，将它们换成参数最接近的标准参数元件后，采用差动式加法电路把中音频段带通合成出来。用加法电路得出的带通中音频段信号与高通、低通段信号的交接频率实际也正巧在接近电压幅值下降为0.8倍的位置处，并不是在电压幅值下降为0.7倍的位置。在我自己走过的研制过程中，也曾经受到当时历史背景的影响，在设计的加法式三分频电路多使用了一个反相器，造成四运放不够用，只得另外用一只三极管来做出简单的加法器，从而使加法器输出的带通信号幅度比高通和低通输出的信号电压幅度低了60%，不得不在后面通过相对提高中音单元放大器的放大倍率来进行匹配。在运放IC还未能够普及使用的80年代中期，电子分频只能采用分离元件制作简单的加法器，没有正、反相两个输入端，必须另用一个反相电路先把输入信号反相，再与高通、低通输出信号相加得到带通中音段信号。改用运放IC后，一只四运放就可以实现前置级阻抗变换兼几倍信号放大，二阶或三阶高通有源滤波，二阶或三阶低通有源滤波，和用差动式加法器得出中音带通信号。以后重新设计电路时当然会作出修改，以便使电路更加良好简洁。

由于常用的二阶有源滤波电路每个倍频程的衰减率实际只有4dB～6dB，必须采用两或三个相同的二阶有源滤波电路串联起来应用才能达到较理想的分频效果，这才是比较麻烦的电路设计。要点是必需保证分频电路产生的背景噪音不大于30μV，最好控制在10μV之内。到此，与电子分频音响系统相关的声学原理和电路设计调试方法介绍完毕。

显示有问题，

数学计算关系为：
I ：[2ACos(φ/2] 2 ＝ 2P ：[2Acos(0°] 2 ＝ P ：2A2

其中最后的2是平方

有的一点疑问，从图上看，球顶中音要负责500Hz~6kHz段的声音，这个低频下限对球顶中音的要求是不是高了点？据我所知，这对惠威的DMA球顶中音来说，是个根本不可能完成的任务。

感谢程老师给我们上了很好的一课!
不管喜不喜欢电子分频音响系统，对程老师的劳动成果都应该表示尊重和敬意！
说不定，随着音响用IC的发展和技术、工艺的不断改进，以IC为主角的电子分频将成为音响系统的主流形式。尤其是当人们用较低的价格可以拥有一套音质一流的音响系统，让“HI-END”不再成为贵族式的玩意，电子分频就或许是一个不二的选择？
不管如何，音响系统中包括一直都是“贵族式”价格的音响厂家的产品越来越多的使用IC元件，早已是一个不争的事实。

顶，真正有内涵的帖看得人很少，都去研究保险管电源线去了。;P

谢谢大家参与，特别说明一下，没有让球顶中音工作到1KHz以下，至少都是工作在1KHz以上，交接频率设计为1.5KHz到2KHz之间。低于这个频率的部分必须用低音喇叭。必要时将这一段再分为两段，用两个口径的低音喇叭分别进行播发。

上图中的两对左右音箱就是99年采用电子三分频制造的正式产品，可惜很快发生全球经济危机而停掉后面的计划。其中的音控还是旧的马达电位器，就大大影响了效果。在研究出用专用芯片设计的音控后，表现水平相差悬殊。所以，千万不可忽视音控环节。

顶，有时间再尝试。

比惠威球顶中音喇叭更好的球顶中音喇叭，我只有两对样品，不转让。想要者，请与上海银江电子公司的桂银良先生联系，但要有批量，否则无法生产。

比惠威球顶中音喇叭更好的球顶中音喇叭，我只有两对样品，不转让。想要者，请与上海银江电子公司的桂银良先生联系，但要有批量，否则无法生产。

楼下是我自己尚在用的18W电子三分频音响，低音单元为4吋口径。