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杂谈音箱系统的功率分频、电子分频、DSP分频还有监听音箱 [复制链接]

kingcolefu
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发表于 2015-12-22 15:14 |显示全部
       近几年也设计过一些音箱，总的经验是能用功率分频解决的问题就尽量用功率分频，如果非要用电子分频的话，能用模拟电子分频解决的问题就不要轻易动用DSP数字分频。
       要阐明这个观点得先从音箱的使用环境和要求说起，如果只是家用欣赏用的音箱，一般要求的声压级都不会太高，那么在HIFI单元中较容易挑选出高品质的单元组合来设计音箱，而箱体的体型不受限制的话，在箱体的形式、内部结构、面板的形状、单元布置的位置等方面都可以进行有目标性的优化设计，在这个前提下，使用传统的功率分频通过简单和合理的设计，基本都能将音箱的频响、相位控制在较理想的范围内，从而最终获得高品质的声音。
       在这个功率分频中要说缺点的话，分频器确实会损耗一点功放的功率（但不多，可以从单元自身的阻抗与整箱做好后的阻抗对比），特别是对于多路分频音箱的低音部分（分得很低时），由于分频器件有一定内阻从而降低其阻尼，降低了一点低频控制力，这时在低频上使用模拟电子分频，分频后的功放直接推低音单元就能很好的解决问题。 而这样的电子分频有时甚至可以降低成本，本来功率分频需要一个200W 20-20khz都很完美的大功率功放的话，那么电分后则需要是一个150W数字功放和一个50W中高频素质好的小功放，有时前者的造价往往高于后者。
       这里为什么要提一个使用声压级的前提，因为这是与单元的口径、物料特性以及技术工艺等有关的，这些因素限制了一个单元在其最佳性能（最低失真）的有效使用频段内，最高输出声压不可能无限高，但对于一般家用100db内使用的话，还是可以较容易找到相应可使用的单元的，带着这个目标去挑选的单元组合，只需要使用低阶数（一般不用超过4阶）的分频方式就能让它们各自工作在最佳性能的频段内（PS：分频的阶数并不是越高越好的，有时只会带来更大的时域失真等其他负面问题）。而优秀的箱体设计，可以事先控制好低频的滚降、降低箱内驻波等；通过面板形状和单元排列的优化设计，可减少衍射，让频响更平滑，同时单元间的声学相位差也有效的降低，这样在分频设计时就无需对频响和相位进行大幅的修正了，个人认为这样出来的声音才是最真实自然的。在这种情况下是根本无需动用到DSP数字分频的，而DSP数字分频中肯定含有DAC这个环节，DAC后面是LPF模拟电路，上面说的模拟电子分频其本质就是一这个LPF电路，直接利用这个电路做好分频就行了，完全可省略前面的AD、升频、DSP、DA、锁相环等等一大堆环节。
       在接触一些发烧朋友时发现，很多原本玩耳机系统的，周边设备又尽是些专业设备相关的器材的发烧友，当转向玩或接触音箱系统时，目光都会不约而同指向有源音箱系统，而且很多是倾向选择小型化的有源音箱（因为原本玩耳机系统就是因为空间小），要数高素质有源音箱的可选范围最多的当然是有源监听音箱了，DSP分频的箱子最早也是在有源监听音箱流行起来的。由于音箱的小型化，导致先天设计就有缺陷（主要是低频），这时DSP分频就是一个最方便凑效的补偿方式了，来修复“缺陷，当然DSP的功能还远不止这个，调平频响曲线、对齐相位都是小菜一碟，能想到的功能还有根据房间的声学环境进行修正、根据不同音量级来调节等响度曲线、甚至可以加入面部识别功能，实时检测使用者的头部位置来实时调节左右音箱的声场等等。
在这个DSP分频措施下，很轻易的将一个体型小小箱体，低频做得超乎其体积所能想象的强劲！而其他频段则也可以轻易的调整频响，以使其声音听上去细节超多，穿透力特强的听感（最近帮朋友测量了一对barefoot MM27的频响就能说明部分问题，曲线就不方便贴上来了）。但这种调节方式有时很容易陷入简单粗暴的嫌疑，譬如有个小型有源箱子，由于体型过小而无法进行过多的箱体优化，衍射的影响导致某个频段有宽大的深坑，用DSP是轻易抬高补平了，但如果这个频段恰好是该单元失真较大的位置，这样粗暴的抬高只会大大的加重失真，这样的声音平衡还有意义吗？而用DSP加强补平低频的做法，在另一贴的回复也用具体数据来阐述过了，这里就不要重复了。
       无论采用何种形式的分频，单元本身固有的失真是无法消除，只有用分频来舍弃失真大的频段不用，保留利用的频段该有的失真还是在那的。假设有一个设计底子好的音箱系统，要配合DSP来做分频，虽然DSP是降格只做些简单低通、高通、带通滤波即可，但最终的声音好不好？那么就要引申到DSP分频的AD、DSP算法、DA等层面了，这些环节的设计水平也是直接影响最终的声音的。
        所以综合上面这些应用层面的阐述，如果有条件的话就选取好的设计底子配合简单的分频方式来获得好声音；如果条件限制必须选用小体型的，声学上妥协了，就只能通过各种修补方式来获得“正常”的声音了。正如一杯纯净的清水，只需加热煮开就可以喝了；但如果一开始就放了盐，再放糖将其调淡，还能调出原来清水的味道吗？所谓的有条件，首当其冲的是空间环境了，所以不少老烧都说烧到最后是烧房间，有了好的环境空间其他环节的选择上就更灵活也更有保证了。
               最后谈谈监听音箱用在HIFI上的看法。监听音箱类型有很多种，在使用上与HIFI音箱类似的是混音监听用的箱子。针对监听本身的工况，在设计时首先要满足的是平衡度，然后是最大声压级，最后才考虑失真这些。平衡度这个不用多说，HIFI箱也同样有这个要求；最大声压级是监听音箱很注重的一个指标，因为某些场合是需要用到100db甚至是110db以上的声压来监听的，在如此大的声压级下工作必然会考虑到产品安全性的问题，所以有一些大口径监听音箱，低频下限也不会做得太低，因为频率太低，上百db的声压级也是跟不上，低音单元会不安全（但HIFI音箱由于无需在这么大的声压级下使用，低频下潜稍做深一点点输出还是能满足要求）。而更大的问题是中、高音单元同样出于安全考虑以致分频点通常设置得比较高，假设一个高音单元在1.5-2.5khz的失真要比中音单元在同样频段的失真都要低，但高音的承受功率限制了在1.5khz最高只能输出声压级是100db，而2.5khz可以输出110db，基于这个考虑厂家会义无反顾的将分频点设置在2.5khz，为了安全宁可舍弃低失真，因为失真大一点是不至于影响声音的平衡度的，但对声音的整体听感就大不一样了！如果拿同样的单元做HIFI音箱，不超出100db的使用范围，完全可以将分频点设置在1.5khz，以获得失真更低更细腻的声音。所以按照各自标准做出来的监听箱和HIFI箱，如果都在一般家用的音量下使用， HIFI箱的失真更低，声音的表现要好些；如果是超大音量下使用，HIFI箱已超出承受范围了，失真加剧甚至不安全，这时肯定是监听音箱表现得从容稳定了。所以在选择前要根据你的听音需求来决定。
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发表于 2015-12-23 16:40 |显示全部

回复 4# johnchan67 的帖子

是的，音响器材的设计，乃至于其他领域，很多时候都是一个取舍的过程，在适度范围内寻找最优的方案
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发表于 2015-12-23 17:22 |显示全部

回复 6# xiaoyu 的帖子

家庭影院品牌有配套设计的音箱的，用上监听箱来做影院当然爽，或用功率大点的hifi箱来做主箱和环绕箱也是不错的
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发表于 2015-12-23 18:21 |显示全部

原帖由 飞扬 于 2015/12/23 18:03:00 发表
敢问楼主，靠着理论和知识，光靠自己耳朵去设计音箱行不行?
有理论和知识就去运用啊，耳朵肯定要去听，但光靠耳朵就有点想当然了
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发表于 2015-12-24 07:19 |显示全部

回复 10# 水玲珑 的帖子

不会偏少，同等小口径的有源监听和hifi箱，有源箱可以用电分将低频下潜部分补平一点，而hifi箱则是仅利用箱体来获得自然滚降的那部分低频，所以反而是监听的低频多点，但由于是刻意提升，所以听感有时可能会硬点。
而大口径的监听箱虽然有时低频下潜设置的不低，但大音量时不易动态压缩，即整箱大音量时低频的输出声压不会降低，所以听感上低频也不会少
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