聆闻
发表于 2009-11-26 23:03:45
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: b& F0 @+ b# e4 I: j; v(二) 喇叭分频器与相位移问题 (谈谈喇叭)
( r) D3 S2 R' w" D先复习分音器原理
* K' a: ~. \1 o, P `& s, Lㄧ、电容电感的阻抗
4 R7 M E% ]9 @$ O被动型喇叭分音器基本上是由电感与电容组成，由于
: L+ @$ N/ h' c1 ?频率越高时电容器的阻抗会越小，反之亦然5 r/ w/ H3 z. @; \$ g/ w' f3 d
频率越高时电感器的阻抗会变大，反之亦然& o' p( W4 A9 v c
两者功能互补关系很适合用来设计分音器。
$ u- ]( P% n o* p例如: 高音喇叭串联一颗 1uF的电容器时其阻抗在各种频率时为 Xc=1/(2x3.14x f xC ) 所以
& I5 W" N/ R( G6 x# \! w10Hz时是 2.4K奥姆' y& a4 x5 @9 S1 z) M7 s
100Hz时是 240奥姆( a* a a: S/ U) x6 o
1KHz时是 24奥姆# A# _$ q$ m+ E* n
3KHz时是 8奥姆% ~ F2 r7 P; P& r. g/ h& E4 i
10KHz时是 2.4奥姆8 \* ?7 _0 K, [+ l) \! O! E% ?8 }0 j
20KHz时是 1.2奥姆
^1 a2 U) H3 l1 p2 n所以3KHz以下的音频会被电容器的高阻抗阻挡不能产生电流。3KHz以上则畅通产生电流振动纸盆发出声音。3 P8 N6 n i# j. \& e
同理低音喇叭串联0.4mH电感时其阻抗为 XL=2 x3.14 x f x L
- L* F8 x0 J) H$ ~10Hz时是 0.026奥姆
" e# d( g2 [! ~( t0 e100Hz时是 0.26奥姆
+ _7 S; {7 A" G% O4 A7 _1KHz时是 2.6奥姆# m- T0 V4 |* u0 [8 p3 u
3KHz时是 8奥姆. d% S3 k' S2 U; u& v' k* {
10KHz时是 24奥姆- E- L0 {) B) z7 f |1 B
20KHz时是 48奥姆& {" g4 n. O! M0 x2 {2 w8 y: \$ g. O
所以3KHz以上的音频会被阻挡不能产生电流，3KHz以下则畅通，产生电流振动纸盆发出声音。) K" k6 @9 m. w$ r; z4 u
如此一来声音就会被分为两股，分别流入不同喇叭。2 {, w1 V2 E5 d' r. b) m8 A2 |
二、主流分音器设计有三种1 [; x3 m- ^2 G' k9 e8 @' a
一阶型分音器; u; v2 `( T( ~- F. X. l7 d
就是高音喇叭串一颗电容，低音喇叭串一颗电感的最简结构。这种分音法频率响应很平坦。它的衰减率是 ..
( W) [% d2 t2 h6dB/octave 或 20dB/decade : P2 Y8 C# x; h8 j# M% q' q
6dB/octave 是2进位值，表示频率2倍时声音会衰减4倍, v: }, o+ n* V3 z
20dB/decade是10进位，表示频率10倍时声音会衰减100倍
5 I% u& _5 U- @" A( y+ G
5 j) O6 \7 j% I, E+ H3 T
* T, d, Z. g! [3 v/ \octave 就是八度音，也就是頻率2倍或1/2倍的意思。例如:# `2 D+ Z: p# j$ Z% Z, q, o6 H/ ]) y
分音點是3KHz 的話，1.5KHZ 或 6KHz 的功率就會衰減到剩原來的 1/4。
9 V! |6 d% n# }# h4 }% a% ddecade是10倍的意思，也就是頻率10倍或1/10倍時功率就會衰減到剩原來的 1/100。例如:
/ \4 r! L5 j' D6 k2 T4 N分音點是3KHz 的話，300HZ 或 30KHz 的功率就會衰減到剩原來的 1/1009 r+ H# n$ C) s; E( V1 C
這種分音法顯然不夠銳利，兩隻喇叭共同工作的頻率區域實在太寬。兩個喇叭為同一個頻率，同時振動時，相位不一致的問題很多。聲音自然會覺得有點混濁。
) d$ b' d5 K# J5 L+ T/ ~8 z二階型
. \4 P) l$ t6 v9 B# B& U. d1 m高音喇叭串聯電容，並聯電感。低音喇叭串聯電感，並聯電容。這種方法衰減斜率會增至
, r; u: ~- @$ C0 r O! a( {12dB/octave 40dB/decade。
, T9 J: r( X8 t. U) @3 V12dB/octave 頻率2倍時衰減12dB=16倍
8 W& c& @: ]; a1 r5 a+ i40dB/decade 頻率10倍時衰減40dB=1萬倍) ~5 o! L/ @! z7 `
這種分音方式，因為高音移相+90° 低音移相 -90°，兩者正好相差180°，所以有人主張必須將高音單元反接，以使其相位一致。其實中音反接也可以，意思一樣。在三喇叭系統時，則是高低音喇叭保持正接，只有中音喇叭反接。 不過我個人不太相信這樣做是王道，認為疑點多多。7 _( J3 G) q0 `! d0 h, c
三階型! l) W7 c( u. O# p# M$ P
高音串兩個電容，中間接一個電感接到負極。9 F l: U2 m7 \6 k( b4 ~3 I
低音串兩個電感，中間接一個電容接到負極。
3 x6 X3 w1 c9 A這也就是射頻濾波器常用的PI型濾波器。用這種方法濾，波，斜率會增至 18dB/octave 即 60dB/decade
% t6 x; | c9 R- h) L7 J這種方式是所有高級喇叭分音器的主流作法，他就沒有喇叭需要反置的擔憂，頻率響應也很平坦。
6 |) S5 ^4 I" R8 ~% X8 a18dB/octave 頻率2倍時衰減18dB=63倍2 h2 G# n0 z. H9 k
60dB/decade 頻率10倍時衰減60dB=100萬倍9 U; E8 P. w& z( ^6 k6 K
這種分音方式，頻率切割已經非常銳利，兩隻喇叭同時為同樣頻率發聲只有很窄的區域，紙盆震動相位不協調造成的困擾幾乎都消失了，設計師只要將分頻點調到兩個喇叭震動完全同相，就大功告成了。這也是喇叭製造廠的重要KNOW HOW。不輕易告訴別人。但是這種濾波器，數學上是不對稱的。要用技巧克服，方法當然是商業秘密。
, a4 M) v6 E! Y( I* \& I四階及更多階, X5 e9 @5 g& r3 f
越多階的分音器頻率切換越銳利，分音點越沒有問題，但是其它問題卻很多，所以用的人不多。
3 f! I3 z) x3 c, E5 V6 p2 @三、自己設計分音器
$ @: I( ^" J( }0 r& y+ [: ]& I你如果想自己用電腦輔助，設計分音器，就會發現，所有分音器電路都是假想兩隻喇叭的阻抗都是8歐姆，或2/4/6/8 歐姆，但是只要看看喇叭的阻抗曲線就知道喇叭只有在1KHz時是8歐姆。在其他地方及分音點例如：3KHz時，從來不是8歐姆。高音喇叭的阻抗在分音點可能是2歐姆，中音喇叭的阻抗可能是20歐姆，低音喇叭可能是100歐姆，根本沒有一個是8歐姆。套8歐姆怎能算出有用的數字。麻瓜套用公式後會發現，電腦跑出來的電容/電感值與原廠的實際數值差了3倍，而百思不得其解。這好像也是商業機密。
& l/ A7 `3 W3 Z4 X6 E) w# R待續 ....................下期預告
+ ~4 v1 B7 U$ r& P5 ~% U ?(三) 高音喇叭必需反接之迷思。 (談談喇吧)
5 W5 x& [. y. {1 K8 l當音箱內有2個以上的喇叭單體時，就要接分音器，但是接上電容/電感做的分音器後喇叭上的電流會移相。尤其是使用二階分音器時。' v) v. z- l% N# g4 v6 l4 H
二階分音器，就是一個如圖的 2nd Order filter ，依照電腦模擬，在分音點高音喇叭上的電流會移相導前+90°，低音喇叭上的電流會移相落後-90°，兩隻喇叭上的電流就會相差180° 也就是反相。因此就有專家主張高音喇叭應反接以補償這種反相問題。有些名廠的喇叭，高音單元也真的予以反接，有些則仍不反接。 為什麼！ |
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