浅析常见的分频器问题

分频器是一种可以将声音信号分成若干个频段的音响设备。我们知道，声音的频率范围是在20Hz—20kHz之间，祈望仅使用一只扬声器就能够保证放送、20Hz—20kHz这样宽频率的声音是很难做到的，因为这会在技术上存在各种各样的问题和困难。所以，在通常情况下，高质量的放音系统，为了保证再现声音的频率响应和频带宽度，在专业范畴内大都采用高低音分离式音箱放音，而采用高低音分离式音箱放送声音时，就必然要使用分频器。 

    高低音分离式音箱使用分频器的原因

    所谓高低音分离式音箱是指声音的高频部分由一只高音扬声器放音，低频部分则由一只低音扬声器放音的音箱，而不是由一只扬声器完成整个音频频段放音的任务。在专业音箱中，高音单元一般为号角式扬声器，低音单元则有直射式和气流式等多种形式。不管是内分频还是外分频，高低音分离式音箱都要采用分频放音的方案，其主要原因有以下3个方面。

    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。克服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。

    分频器的分类

    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。

    被动分频的不足是：首先，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。     



    前面已经介绍了，分频器有主动分频和被动分频两类。被动分频器固定安装在音箱内部，并不需要音响师对它进行调整，而主动分频方式则存在着电子分频器的正确使用、合理连接以及调整等多方面的问题，所以本文仅对主动分频器在使用中应该注意的几个主要问题加以讨论。