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【「音响论坛」刘总编观点说】音响绵羊讲堂59:音箱的一阶、二阶、三阶、四阶分音是什么?

作者:刘汉盛 阅读数:1273 发布日期:2024-10-08

摘 要:总之,分音器的设计看起来不难,但实际效果却很难掌握。有少数音箱厂家甚至将分音器以环氧树酯密封,不让旁人一窥堂奥。

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在音箱说明书的规格中,可以看到分频点标示(有些厂商刻意不标示),详细点的还可以看到6dB/Oct.或12dB/Oct.、18dB/Oct、24dB/Oct.等标示,这代表什么意义呢?代表分音器中滤波的斜率。滤波阶数越高声音表现就一定越好吗?不一定。


二音路以上音箱里面一定会利用分音器(本文专指被动式分音器),来将20-20kHz以上的频域分成二路、三路或四路等,让不同的喇叭单元负责不同的频域。所谓二音路就是一个高音与一个中低音单元、三音路就是一个高音单元、一个中音单元,一个低音单元,四音路就是在中音单元与低音单元之间再插入一个单元。近年流行2.5音路或3.5音路设计,所谓.5音路就是某个音路没有实质使用分频网路,而是让该单元以本身的频域特性来做衔接。


常见分音器的滤波斜率分成一阶分音、二阶分音、三阶分音与四阶分音。所谓一阶就是First Order,二阶就是Second Order,三阶就是Third Order,四阶就是Fourth Order。一阶就是每八度衰减6dB,二阶就是每八度衰减12dB,三阶就是每八度衰减18dB,四阶就是每八度衰减24dB。


所谓八度就是Octave,1000-2000Hz之间就是一个八度,2000-4000Hz之间也是一个八度、100-200Hz之间也是一个八度。滤波斜率越和缓,相位失真越低,但分频点上下的重叠音域越多;滤波斜率越高,分频点上下重叠的频域就越小,但是相位失真也会越大。所以设计分音器时到底要用几阶分音,就看设计者的取舍了。


被动式分音器中,只会看到电容、电感(线圈)与电阻这三种元件。电容器的功用非常多,在分音器中是当作高通滤波元件使用。所谓高通(High Pass)就是让某频率点以上的频域通过,以下的频域滤除,例如让2500Hz以上的频域通过,2500Hz以下的频域滤除。


而电感则是低通滤波元件。所谓低通(Low Pass)就是让某频率点以下的频域通过,以上的频域滤除。电阻则是用来衰减音量之用。由于电容、电感、电阻这三样元件都不需要供电就能运作,所以又称为被动元件。


到底要如何决定电容、电感与电阻的数值呢?有公式可以计算,对此有兴趣的人上网搜寻就有。一般来说要先知道喇叭单元的直流电阻,还有预设的分频点,就能计算出使用的电容与电感数值,不过那只是大略的数值而已,因为计算出来的数值不一定有现成的电容、电感可用,还需特别地订制,或以几个电容并联获得想要的数值。


为何要使用电阻来衰减音量呢?一般来说高音单元的灵敏度都会比低音单元来得高,所以需要用电阻器来降低高音单元的灵敏度,获得单元之间灵敏度的平衡。


讲究点的分音器设计,还要有补偿线路设计(例如高音阻抗补偿、中音阻抗补偿、频率响应补偿等)。所以最简单的二音路一阶分音,虽然可以用一个电容与一个电感构成,二阶分音可以用二个电容与二个电感构成,但事实上分音器上不是只有这么简单的几个元件,就是因为还要做各种补偿与衰减所致。我看过最复杂的一阶分音可能是Marten的音箱。


分音器元件数值的计算方式也有好几种,最常用的应该是Butterworth,此外还有Linkwitz – Riley、Bessel、Chebychev、Legendre、Gaussian等,甚至还有各厂家自己研发者。这些不同计算方式所显示的元件数值会有差异,就看设计者的选择了。


现在由于有电脑模拟的帮助,分音器的设计变得比较容易。然而,分音器最终影响声音的表现是很复杂的,很难精确控制,所以我所采访过的音箱厂家,几乎都告诉我设计分音器最后的重要工作不仅是跑测试,最好要将分音器实际上与喇叭单元、箱体组合之后去聆听与调整修正。有的厂家则是设计多种分音器,装入音箱中实际聆听。总之,分音器的设计看起来不难,但实际效果却很难掌握。有少数音箱厂家甚至将分音器以环氧树酯密封,不让旁人一窥堂奥。


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