电子分频解释及优缺点

doncen · 发表于 2004-10-2 03:26:00

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一、电子分频和有源分频、前级分频、主动分频都是什么关系？
简单一句话，它们都是一码事的不同名字！
这些名词其实都是指的同一种分频设计。即在音频信号输入功放之前先行进行分频处理，然后分别对不同频段的信号单独进行放大的设计。相应的，我们通常所见的分频器连接扬声器单元的分频设计，称之为“功率分频”、“无源分频”、“级后分频”、“被动分频”等等等等。
不过在笔者看来，这里面最常用的“电子分频”的名词并不太好。这个词实际并不能一目了然的说明这种设计的特点。“电子”分频，难道相对应的叫“机械分频”不成？
笔者个人猜想，“电子分频”的名词，也许是从当年“电子电路”和“机电电路”的分类而来的（正如我们的的“电脑”，全称应该是“数字电子计算机”。这个名词是区别于以继电器为开关逻辑部件的“机电计算机”而言的。后者的代表作就是当年破译“恩尼格马”的“炸弹”）。即把分频做在功放上的纯电子电路称为“电子分频”，而将做在音箱（属机电设备）内的分频电路归入“机电电路”一类。不过这种分类放到现在实在已经老套了。当然这只是笔者的个人猜测。
相对来说，“有源分频”和“无源分频”的叫法也颇为不妥，因为电子分频同样有无源分频的情况。这里的源，和“有源音箱”的有源类似。指的是分频原件有独立的电源输入，音源信号仅为待处理信号，不为驱动分频原件提供能量，而无源分频指的是分频原件仅靠音频信号来直接驱动。
笔者的个人意见，“前级分频”才是最为贴切的说法，因为它概括了电子分频设计的最本质特征，并囊括了各种不同的电子分频类型。不过“电子分频”这个叫法已经约定俗成，使用最广，所以下面的文字里，我们也继续使用这个词。

电子分频的优点
二、电子分频和传统功率分频相比，优缺点在哪里？
我们分开来说。
优点：这个，很多厂商和很多媒体都说得够多的了，但似乎始终没有人概括过，分出个一二三来。我们就按这些特点的重要性来归纳一下排排座次吧。
1、电子分频消除了功率分频的插入损耗。
所谓插入损耗，就是指为功放输出，但却不能传输到扬声器上转化为声音的那部分功率。传统功率分频也称LC分频，它的原理是利用电感(L）和电容（C）的低通和高通特性来阻碍一部分频率的信号通过某一路电路，从而完成分频的。但是功率分频器上使用的电感、水泥电阻等等原件，本身就属于消耗很大能量的功率原件。损失在这些原件上的能量，就构成了所谓的“插入损耗”，而且分频器越是复杂，插入损耗就会越大，有过打磨音箱经验的朋友，肯定有过为音箱加装分频器后，音量比使用电容分频时大大下降的经验，这就是分频器的插入损耗造成的。
而电子分频由于在功放输出到扬声器之间不存在第三种设备，所以它可以完美的消除插入损耗，换句话说，也就是它对于功放输出能量的利用率明显更高了。
2、电子分频改善了音箱系统的阻尼系数。
阻尼系数反应的是扬声器阻抗与整个扬声器前电路的总阻抗的比值，阻尼系数越高，功放输出信号的变化在扬声器上的反应也就越明显，也就是说，功放对扬声器的控制力越高。
功率分频本身所用的分频原件，都是高阻抗原件（正因如此，所以才会有很大的插入损耗出现），所以功率分频会大大增加电路的总阻抗。从而降低功放的控制力。反过来说，由于电子分频没有这一级电路，所以对于系统的阻尼系数没有不良的影响。
这两条，是电子分频最主要、最明显的优势。
3、电子分频的相位特性要更好。
功率分频器的LC原件，除了内阻带来的麻烦外，它们作为相位原件带来的相位影响也是在设计功率分频时所需要认真考虑的。对于一个音箱来说，在不同的频率下，高低音单元和分频器本身的相位情况是很复杂的，如果设计分频器时不考虑相位问题，做出合适的相位补偿，那么很可能造成虽然高低音扬声器的分频衰减很完美，但由于二者的相位不一致，导致曲线凹凸不平的情况，甚至于，一个曲线完美但相位不良的音箱，声音往往会比没有相位问题，曲线却不太理想的音箱更加难听得多。
而电子分频的电路设计，在相位控制上要比功率分频容易，在相位特性上要比功率分频好得多。但是我们要注意的是——电子分频同样有相位问题，只是比功率分频容易解决而已，电子分频本身不是消除相位影响的保证。
4、电子分频的分频点和分频特性更容易控制。
具体地说，是电子分频中的有源电子分频。由于是使用集成电路有源滤波器来进行分频，所以对于有源电子分频来说，可以通过调整输入参数来简单的调整分频特性。实际上，一些高档的AV或Hi-Fi低音炮上甚至有可以供用户手工调整分频点的旋钮。这是功率分频无论如何做不到的。

nathanth · 发表于 2004-10-2 06:00:00

电子分频的缺点在哪里？
缺点：

1、由于结构限制，电子分频主要应用于有源音箱，而不适于无源设备。

显然，这是电子分频最大的缺点，由于将分频做在功放之前，所以电子分频不能像普通的Hi-Fi音箱、功放一样自由组合，因此上，在有源监听音箱上，我们经常可以见到电子分频的设计，而Hi-Fi和AV音响里面，由于要考虑到功放和音箱组合的需要，就很少有使用电子分频的设计。

当然，实际上确有一类将电子分频电路做成独立的级间模块，可以与特定的音箱配套，并与任意的功放配合使用的设计。但这种设计多用于高端设备，而且需要两套功放放大，在多媒体音箱上是不太可能用的。

2、电子分频不能像功率分频一样将大部分功率集中于一个频带。

这是很多人很少想到的。由于功率分频本身的结构，所以当面临绝大部分输出的声音信号都集中于一个频带内的时候（例如电影里的风暴，大部分声音都处于中低频），此时可以将绝大部分功率通过一个通道输出，获得最大的回放功率。

而电子分频由于每个频段通道的功放部分是独立的，所以它能够用于某个频带输出的最大功率始终是恒定的，例如如果一个功率分频设计的音箱，最大功率为40W，而另一个电子分频的音箱，最大功率为30W+10W的话，那么前者可以在回放风暴之类以低频为主的信号时，获得35W左右的实际输出功率，而后者的顶峰也只能做到30W。

当然，这种情况实际上并不是很多见，不过作为很少人意识到的电子功放的一个先天不足，有指出来的必要。

3、电子分频提高了对扬声器的要求。

对于普通的功率分频器来说，首要的作用当然是分频。而次要的作用则包括了阻抗匹配、相位调整、曲线调整等问题。而对于电子分频来说，阻抗匹配问题先天得到了解决，但在扬声器相位调整和回放曲线调整上，电子分频就没有什么很明显的优势了。

至少在目前来看，使用电子分频的多媒体音箱在设计上还都没有考虑到曲线调整的问题，而是靠扬声器自身的素质硬扛。而实际上，分频器对于曲线的调整，不仅可以弥补一些扬声器自身的先天不足，而且可以有意识的体现设计师自身对于声音的理解。

电子分频本身依靠有源滤波器也是可以做到对曲线的调整的，但是其实现起来的复杂度并不容易。这也是电子分频往往用在监听音箱上的原因之一。

doncen · 发表于 2004-10-2 07:08:00

有源电子分频和无源电子分频的区别与优劣
补充：

相对来说，很多关于电子分频的文章中所说的作为电子分频主要缺点之一的成本高昂，其实倒不是什么问题。对于Hi-Fi级别的电子分频设计来说，可能确实如此。但是对于多媒体上的电子分频来说，一个好的功率分频器的成本只在几个运放模块之上而不在以下，从去年以来的铜材涨价更是大大加大了这个差距。所以说电子分频会比同等功率的（注意这一点！）功率分频成本更好，其实在这个层次的产品上是缺乏说服力的。

在近年来音箱有源器件发展水平逐渐提高的前提下，在理论上来说，电子分频如果做得好，那么确实相对于功率分频有着更多的优势。不过我们也要看到，这些优势更多是针对设计层面的。实际上，对于一个优秀的设计师来说，电子分频的这些优势所带来的好处，用功率分频设计同样可以避免。电子分频的采用，在多媒体这个层面来说，与其说是在效果上能够取得明显的好处，不如说是降低了设计的难度，避免了设计不良导致声音劣化的可能性。

而对于音箱的声音来说，真正的技术灵魂还是在于校声，而这与分频方式并没有必然的关系。用一个朋友的老话来说——廉价2.1全都是电子分频，好听吗？

三、有源电子分频和无源电子分频的区别与优劣

由前几个月某篇文章引发的，对于电子分频的有源和无源的讨论，近来也有不少。那么什么是有源电子分频什么又是无源电子分频呢？

有源电子分频，也就是大家所一惯认为的“正统”电子分频，即使用有源滤波器（例如运放模块）进行分频处理的电子分频电路。而无源电子分频，其分频原件依然是以电容为主的分立滤波原件，由于这些电路直接由音频信号驱动而无需外部输入电源，所以称之为无源电子分频。

市场上的产品中，以惠威D1080MKII为代表的，就是有源电子分频音箱。D1080MKII的前级使用了两个TL084四运放芯片做分频兼前级处理。每个芯片负责处理一个声道。

而无源电子分频的代表产品，则是三诺的N-35G，N-35G电路中的4558芯片只是纯前级处理，用于分频处理的则是信号输入端的一组阻容原件，这组原件进行分频处理后的信号，再输入前级进行前级放大。

无源电子分频的分频原理和有源电子分频不同，但是无源电子分频依然是电子分频。电子分频的根本之处并不在于使用什么分频原件，而是“级前分频”这一特点。而电子分频的主要优点也都是由这个特征所带来的。

所以说，一些有意将无源电子分频和有源电子分频分别对待的说法，显然是不妥当的。但无源电子分频在分频点的调整和分频特性控制上不如有源电子分频来得灵活，特别是使用高阶分频的情况下，无源电子分频的效果要明显差于有源电子分频。但是在电子分频主要优势的消除插入损耗、改善阻尼特性等方面，无源电子分频和有源电子分频并无二致。

当然，从作为标本的这两款产品的比较来说，D1080MKII和N-35G相差不大，但是我们不能忽视的是——这二者的实际成交价格几乎相差一半之多（N-35G报价480元，而D1080MKII报价高达680元）。忽略价格的巨大差距以及由此带来的用料的差异特别是扬声器单元的差异，片面的将差异归咎于采用的分频方式不同，这显然是不科学的，甚至是别有用心的。

这里我们不能不指出一个在很多人心中存在的误区——似乎分频分得越“干净”就越好，分频器的功能越复杂就越好。其实不然，单纯从分频器作为一个滤波装置的作用来说，当然是滤波滤得越干净越好，但当其作为音箱的一个原件时就完全不同了。过于复杂的分频设计固然会有更好的分频效果，但是同时会导致信号的相位、阻抗等等的劣化，而这些因素的劣化，特别是相位的误差加大反映在声音上会比较差的分频有更恶劣的效果。另一方面，过于“干净”的分频，也并非好事，极端情况下，甚至会出现在分频点附近的频率的声音的声像在高音和中低音单元之间“跳来跳去”的怪异结果。

分频电路的设计，其实和整个音箱的设计一样，是多方面因素平衡的结果，本质上是多方面妥协的产物，片面强调某一方面的因素影响，这是不客观的。

从D1080MKII和N35G的比较来说，这二者都是属于设计与性能平衡得比较理想的箱子。虽然存在声音上的差距，但是二者的价格定位本来就是不同的，这是我们评价一个产品的首要基础。

thanku · 发表于 2004-10-3 15:38:00

对电子分频的展望

正如年初的判断一样，在我们看来，电子分频在多媒体音箱上的应用可以说是方兴未艾。对于多媒体音箱来说，电子分频的最大价值其实是降低了设计的难度与增大了调整的自由度。与功率分频相比，电子分频可以说是先天性的适合于功放内置的有源音箱使用的设计。从这点来说，我们相信在未来的时间里，会有更多的电子分频的产品出现。（以上内容来自友站观点）

编辑点评：照顾到传统的叫法和物理上的原理，电子分频和功率分频，应该由他们的物理特性分为：小电流（小信号）分频和大电流（大信号）分频，这是最科学的叫法。他们的频率特性和相位特性均可做成一样，所以我并不认同“缺点中的第3点”。反而因为在小电流状态下，更容易实现各种特殊的要求，从而对喇叭的要求反而就没那么高了，例如为了解决喇叭起伏的频率特性，可以使用十分复杂的“小电流分频”，而不用顾忌“大电流分频”的插入损耗。唯一稍显麻烦的是对高音喇叭的保护，串接的电容还是少不了。

无论哪一种分频器，它的物理元件，均是“无源的”电容和电感。所以非常客观地说，分频元件一定是无源的！把这些“无源”的元件，置于放大器的回路里，才让这部分电路变成了“有源”。所以科学地讲，各种有源分频器，都是把“无源”的分频元件，结合了有“增益”的放大器，变成了“有源”，因此有源和无源之争实属无益！

把“无源”分频电路置于放大器的反馈回路里，已经被不是很科学地“唯一”的冠名为“有源”滤波器了。滤波器当然以希望滤得干净为己任，但是，在音响的应用里，却远没有那么简单了。原因是没有一个滤波器是可以“一刀切掉”想要滤掉的部分的。有的话，所有我们今天的这些讨论都是白费的。既然如此，余留部分的相位失真，就会随着阶数的增加而增加，所以，使用多少阶的滤波，不是技术上的难点，对小电流（小信号）来说，也不是成本的问题，只是设计上可以的运用的“元素”。

考虑的侧重点不一样，采用的电路就不一样。音响领域有不同的设计理念，其中，嵩尚简单为好是已被大家认可的理念。反而，如果有一个办法可以解决喇叭的频率衔接的问题的话，不要任何的分频电路“即0阶”，将因为没有相位失真，才是最理想的方案。Hi-Fi中简单是所有设计者的追求。相位的问题，已上升到比经典的频幅特性更重要的地步了，只是相位的测量远复杂过频幅的测量，而被忽略了。何况，把分频电路置于放大器的反馈回路里，由此引来的“瞬态失真”问题不容忽略，个人认为，现在的所谓“有源滤波”电路，只适合用于对D/A电路的低通比较合适，再或者，就是在要求不高的超低音过滤中比较合适。

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