分频器是什么东西_音箱分频器的结构、特点

　　分频器简介

　　分频器是音箱内的一种电路装置，用以将输入的模拟音频信号分离成高音、中音、低音等不同部分，然后分别送入相应的高、中、低音喇叭单元中重放。之所以这样做，是因为任何单一的喇叭都不可能完美的将声音的各个频段完整的重放出来。分频器是指将不同频段的声音信号区分开来，分别给于放大，然后送到相应频段的扬声器中再进行重放。在高质量声音重放时，需要进行电子分频处理。

　　分频器是音箱中的“大脑”，对音质的好坏至关重要。功放输出的音乐讯号必须经过分频器中的过滤波元件处理，让各单元特定频率的讯号通过。要科学、合理、严谨地设计好音箱之分频器，才能有效地修饰喇叭单元的不同特性，优化组合，使得各单元扬长避短，淋漓尽致地发挥出各自应有的潜能，使各频段的频响变得平滑、声像相位准确，才能使高、中、低音播放出来的音乐层次分明、合拍、明朗、舒适、宽广、自然的音质效果。

　　音箱箱体结构

　　箱体用来消除扬声器单元的声短路、抑制其声共振，拓宽其频响范围，减小失真。

　　音箱的箱体外形结构有书架式和落地式之分，还有立式和卧式之分。箱体内部结构又有密闭式、倒相式、带通式、空纸盆式、迷宫式、双腔双开口式、1／4波长加载式、对称驱动式和号筒式等多种形式，使用最多的是密闭式、倒相式和带通式，如下图所示。

　　

　　音箱分频器结构

　　音箱分频器采用了下图结构，具体分析：

　　

　　连接高音喇叭的电路：让电流先流过电容器，阻止低频，让高频通过，并且喇叭与一个线圈并联，让线圈产生负电压，那么这个电压对于高音喇叭来说正好是一个电压补偿，于是可以近似地逼真还原声音电流。连接低音喇叭电路：电流先流过线圈，这样高频部分被阻止，而低频段由于线圈基本没有阻碍作用而顺利通过，同样，低音喇叭并联了一个电容器，就是利用电容器在高频的时候产生一个电压来补偿损失的电压，道理和高音喇叭端是一样的。

　　可以看出，分频器充分利用的电容器和线圈的特性达到分频。但是，线圈和电容器在各自阻碍的频率段内终究还是消耗了电压的，所以电路分频器会损失一定的声音，其补偿措施也有很多，由于笔者知识不够，难以说的很清楚。而电子分频就解决了这个问题，当声音输入到功放之前就先分频，然后对不同的频段使用专门的放大电路进行放大，这样的话声音失真小，还原逼真。但是电路复杂，造价昂贵。

　　音箱分频器原理图

　　分频器有功率分频器和电子分频器之分，主要作用均是频带分割、幅频特性与相频特性校正、阻抗补偿与衰减等作用。

　　功率分频器也称无源式后级分频器，是在功率放大器之后进行分频的。它主要由电感（L）、电阻（R）、电容（C）等无源元件组成滤波器网络，把各频段的音频信号分别送到相应频段的扬声器中去重放。其特点是制作成本低，结构简单，适合业余制作，但插入损耗大、效率低、瞬态特性较差。

　　

　　分频器实物图

　　电子分频器也称有源式前级分频器，是由各种阻容元件与晶体管或集成电路等有源器件组成，它是置于前置放大器和功率放大器信号线路中的一种模拟电子滤波器，能把前置放大器输出的音频信号分成不同频段后，再送人功率放大器进行放大处理。其特点是各频段频谱平衡、相互干扰小、输出动态范围大，本身有一定的放大能力，插入损耗较小。但因电路复杂一些，业余制作的难度较功率分频器要大。

　　

　　音箱分频器原理图

　　分频器按分频频段可分为二分频、三分频和四分频。二分频是将音频信号的整个频带划分成高频和低频两个频段；三分频是将整个频带划分成高频、中频和低频三个频段；四分频将三分频多划分出一个超低频段。业余条件下制作音箱，以二分频和三分频为主。

　　分频点与分频斜率是直接影响分频器的分频频率（交叉频率）。

　　分频点是指两个相邻扬声器（如二分频中的高音与低音，三分频中的高音与中音、中音与低音）的频响曲线在某一频率上的相交点，通常为两个扬声器中功率输出的一半处（即一3dB点）的频率，要根据音箱和每个扬声器的频率特性和失真度等参数决定。通常二分频分频器的分频点取lkHz～3k之间，三分频取250Hz～1kHz和5kHz两个分频点。

　　分频斜率（也称滤波器的衰减斜率）用来反映分频点以下频响曲线的下降斜率，用分贝／倍频程（dB／oct））来表示。它有一阶（6dB／oct）、二阶（12dB／oct）、三阶（18dB／oct））和四阶（24dB／oct））之分，阶数越高，分频点后的频率曲线斜率就越大。较常用的是二阶分频斜率。高阶分频器可增加斜率但相移较大，低阶分频器能产生较平缓的斜率和很好的瞬态响应，但幅频特性较差。决定高、低音滤波的阶数主要应考虑到扬声器本身在分频点处相位的良好衔接问题。

　　音箱分频器特点

　　分频器有两大类：一类是被动分频器（PassiVe Crossover），亦称功率分频器;另一类是主动分频器（Active Crossover），亦称电子分频器。

　　1、被动分频器

　　

　　被动分频器是一种音箱内置分频器，由电容和电感滤波网络构成，其特点是分频网络设置在功率放大器和扬声器之间。这种分频器把从功率放大器直接出的全频音频功率信号分为低音和高音或者低音、中音和高音，将分频后的信号按不同频段分配给各频段扬声器。在全频高、低音或高、中、低音主动分频音箱中，均由被动分频电路完成分频任务

　　被动分频的优点是：首先，结构简单、成本低，与音安装在一起，毋需调整，使用方便;其次，在系统连接方面较为容易，只要给功放输入全频信号，将功放与音箱连接在一起就可以实现全频放音;第三，需要的功率放大器少，一般一台功放可以带两只全频被动分频音箱，故系统成本较低。

　　不足是：分频网络要承担加到扬声器上的很大功率和电流，所以要用较大体积的电感，而且由于电感的参数与扬声器阻抗有着直接关系，而扬声器的阻抗又是频率的函数，与标称值偏离较大，因此误差较大，计算较难;其次，功率放大器输出的功率音频信号通过电容和电感滤波器后，必然会由于电容和电感的非线性而造成失真，声音失真再所难免;第三，从功放输出的音频功率信号，每经过一个电容和电感器件都会造成功率信号的损失，所以被动分频的功率信号损失较大;最后，分频衰减率不能做得太高，一般最大12dB/倍频程，分频交叉区域的干扰偏大，这是因为被动分频器提高分频衰减率的途径是增加电容器或电感器，也就是滤波阶数，但是增加电容器或电感器的个数，就意味着随之增加信号失真和功率损失，提高分频衰减率的结果是带来了其他更多的问题。

　　顾名思义，被动分频是一种“无奈”：的分频方式，功放输出的全频功率信号不得不要分频，不分频就会导致一系列问题，故只能被迫将功率信号分频处理。民用音箱为了降低系统成本，全部采用被动分频方式。专业音箱由于与民用音箱在要求、听音主体以及使用人员等方面存在着很大的不同，故除了被动分频方式音箱外，还有主动分频方式音箱。

　　2、主动分频器

　　

　　主动分频器是一种将全频音频弱信号进行分频的设备，一般由有源电子线路分频系统构成，其特点是分频系统位于功率放大器前，将全频音频弱分频后，把低音、高音或低音、中音、高音信号分别送至各自功率放大器，然后由功放分别输出到低音、高音或低音、中音、高音扬声器，这种方法被称为主动分频，因工作在弱信号情况下，故可用小功率的电子有源滤波器实现分频。

　　被动分频的音箱的各扬声器单元均设有自己的功率信号接口，有些高、低音分离式音箱可以有主动分频和被动分频两种连接方式，这类音箱的背后都设有主动分频（Active）与被动分频（Passive）转换开关，有些音箱上的这种转换开关还装有锁定机构，避免发生误拨动情况。当采用主动分频方式时，一定要将分频方式转换开关拨到“Active”一边，将高音功放接高音（Hi2h）输入、低音功放接低音（Low）输入。

　　主动分频的优点很多，一是由于采用弱信号电子线路信号进行分频处理，故声音信号损失小、失真小，再现音质好;二是分频衰减率可以较被动分频做得更高，达到24dB/倍频程很容易，分频交叉区域较被动分频小得多，分频交叉区域中的高、低音单元声音之间的干扰基本上被克服了;三是可调性好，电声指标高。

　　主动分频的不足没有一条是涉及音质方面的，其主要问题在于：一是成本高，投资大。由于主动分频方式高、低音每路分别要用独立的功率放大器，故使用功率放大器多，如一对二分配音箱要用两只功放推动;二是增加一台电子分频器，这就使得在连接和调整方面增加使用难度。

　　音箱分频器作用

　　1、使各种扬声器都工作在最合适的音频段

　　振膜尺寸和材料不同的扬声器，其最佳工作频带也不同。口径越大的扬声器，则低频特性就越好。所以，在其他条件相同时情况下，18英寸的低音效果肯定优于15英寸的低音效果就是这个道理。

　　振膜材料的刚性和脆度越好、质量越轻，放音的高频特性就越好。很多高音扬声器采用钛膜或铟膜作为振膜材料，就是为了提高其高频特性;而低音扬声器的振膜一般采用纸、碳纤维、防弹布和橡皮（边）等材料，以利于低音再现。

　　使用分频器可以将高频信号送到高音扬声器中，低频信号送到低音扬声器中，高、低频信号各行其道，尽可能大地利用了各自扬声器的工作频带优势，以保证不同工作频段的扬声器充分发挥作用，使各频率的放音特性更加均衡一致。

　　2、不同频率声音扬声器振膜振动幅度不同所引起的切割失真

　　扬声器发音时，其振摸的低音振动幅度大、高音振动幅度小。从理论上讲，扬声器纸盆的振动幅度与再现声音频率的平方成反比，即同一扬声器振膜，在相同幅度的信号电压作用下，频率越低，振幅越大，也就是说，如果频率增加10倍，振幅将减少10的平方倍，即100倍。

　　如果我们用一只扬声器产生很宽频率范围的声音，由于振膜机械性能的限制，同时存在振幅非常宽的振动变化是非常困难的，这就必将发生声音切割失真的现象，使再现声音质量受到一定影响。

　　研究发现，切割失真对低音的影响最大，当低音扬声器放送低音的同时，只要还有高音成分存在，就必然会导致切割失真，使低音出现发抖、发颤的现象。当然，高音扬声器出现切割失真也会使高音出现嘶哑的声音，只是影响没有低音大而已。

　　3、减少同一音箱中的不同扬声器之间产生的声音

　　干涉现象对于高、低音分离式音箱中的高音扬声器和低音扬声器来说，虽然它们的工作频段不同，但是如果将全频信号不加分频地送人高音扬声器和低音扬声器，肯定会出现高、低音扬声器同时发出相同声音的情况，当不同扬声器的相同声音相遇时，就很可能产生声波互相干涉现象有一点声学常识的人都知道，一旦出现声音干涉现象，就会出现梳状滤波效应、驻波等一系列问题，这些问题均会不同程度地影响声音的良好再现。

　　设置分频电路后，高音和低音扬声器分别获得自己最佳工作频段声音信号，它们之间发出声音的频率范围几乎不覆盖，除音箱分频点和分频交叉区域还会存在少量干涉外，其余频率声音的干涉现象根本就不再存在了。

　　分频点和分频交叉区域会存在声音干涉现象的原因很简单，由于分频器的分频衰减率不可能做得无穷大，在分频交叉区域，尤其是在分频点，高音扬声器和低音扬声器会同时存在对方频段的声音，这时出现声音干涉现象在所难免。所以说，分频器的分频衰减率做得越高，分频交叉区域就越小，扬声器问的声音干涉就越小。