分頻器簡介

　　分頻器是音箱內的一種電路裝置，用以將輸入的模擬音頻信號分離成高音、中音、低音等不同部分，然后分別送入相應的高、中、低音喇叭單元中重放。之所以這樣做，是因為任何單一的喇叭都不可能完美的將聲音的各個頻段完整的重放出來。分頻器是指將不同頻段的聲音信號區分開來，分別給于放大，然后送到相應頻段的揚聲器中再進行重放。在高質量聲音重放時，需要進行電子分頻處理。

　　分頻器是音箱中的“大腦”，對音質的好壞至關重要。功放輸出的音樂訊號必須經過分頻器中的過濾波元件處理，讓各單元特定頻率的訊號通過。要科學、合理、嚴謹地設計好音箱之分頻器，才能有效地修飾喇叭單元的不同特性，優化組合，使得各單元揚長避短，淋漓盡致地發揮出各自應有的潛能，使各頻段的頻響變得平滑、聲像相位準確，才能使高、中、低音播放出來的音樂層次分明、合拍、明朗、舒適、寬廣、自然的音質效果。

　　音箱箱體結構

　　箱體用來消除揚聲器單元的聲短路、抑制其聲共振，拓寬其頻響范圍，減小失真。

　　音箱的箱體外形結構有書架式和落地式之分，還有立式和臥式之分。箱體內部結構又有密閉式、倒相式、帶通式、空紙盆式、迷宮式、雙腔雙開口式、1／4波長加載式、對稱驅動式和號筒式等多種形式，使用最多的是密閉式、倒相式和帶通式，如下圖所示。

　　音箱分頻器結構

　　音箱分頻器采用了下圖結構，具體分析：

　　連接高音喇叭的電路：讓電流先流過電容器，阻止低頻，讓高頻通過，并且喇叭與一個線圈并聯，讓線圈產生負電壓，那么這個電壓對于高音喇叭來說正好是一個電壓補償，于是可以近似地逼真還原聲音電流。連接低音喇叭電路：電流先流過線圈，這樣高頻部分被阻止，而低頻段由于線圈基本沒有阻礙作用而順利通過，同樣，低音喇叭并聯了一個電容器，就是利用電容器在高頻的時候產生一個電壓來補償損失的電壓，道理和高音喇叭端是一樣的。

　　可以看出，分頻器充分利用的電容器和線圈的特性達到分頻。但是，線圈和電容器在各自阻礙的頻率段內終究還是消耗了電壓的，所以電路分頻器會損失一定的聲音，其補償措施也有很多，由于筆者知識不夠，難以說的很清楚。而電子分頻就解決了這個問題，當聲音輸入到功放之前就先分頻，然后對不同的頻段使用專門的放大電路進行放大，這樣的話聲音失真小，還原逼真。但是電路復雜，造價昂貴。

　　音箱分頻器原理圖

　　分頻器有功率分頻器和電子分頻器之分，主要作用均是頻帶分割、幅頻特性與相頻特性校正、阻抗補償與衰減等作用。

　　功率分頻器也稱無源式后級分頻器，是在功率放大器之后進行分頻的。它主要由電感（L）、電阻（R）、電容（C）等無源元件組成濾波器網絡，把各頻段的音頻信號分別送到相應頻段的揚聲器中去重放。其特點是制作成本低，結構簡單，適合業余制作，但插入損耗大、效率低、瞬態特性較差。

　　分頻器實物圖

　　電子分頻器也稱有源式前級分頻器，是由各種阻容元件與晶體管或集成電路等有源器件組成，它是置于前置放大器和功率放大器信號線路中的一種模擬電子濾波器，能把前置放大器輸出的音頻信號分成不同頻段后，再送人功率放大器進行放大處理。其特點是各頻段頻譜平衡、相互干擾小、輸出動態范圍大，本身有一定的放大能力，插入損耗較小。但因電路復雜一些，業余制作的難度較功率分頻器要大。

　　音箱分頻器原理圖

　　分頻器按分頻頻段可分為二分頻、三分頻和四分頻。二分頻是將音頻信號的整個頻帶劃分成高頻和低頻兩個頻段；三分頻是將整個頻帶劃分成高頻、中頻和低頻三個頻段；四分頻將三分頻多劃分出一個超低頻段。業余條件下制作音箱，以二分頻和三分頻為主。

　　分頻點與分頻斜率是直接影響分頻器的分頻頻率（交叉頻率）。

　　分頻點是指兩個相鄰揚聲器（如二分頻中的高音與低音，三分頻中的高音與中音、中音與低音）的頻響曲線在某一頻率上的相交點，通常為兩個揚聲器中功率輸出的一半處（即一3dB點）的頻率，要根據音箱和每個揚聲器的頻率特性和失真度等參數決定。通常二分頻分頻器的分頻點取lkHz～3k之間，三分頻取250Hz～1kHz和5kHz兩個分頻點。

　　分頻斜率（也稱濾波器的衰減斜率）用來反映分頻點以下頻響曲線的下降斜率，用分貝／倍頻程（dB／oct））來表示。它有一階（6dB／oct）、二階（12dB／oct）、三階（18dB／oct））和四階（24dB／oct））之分，階數越高，分頻點后的頻率曲線斜率就越大。較常用的是二階分頻斜率。高階分頻器可增加斜率但相移較大，低階分頻器能產生較平緩的斜率和很好的瞬態響應，但幅頻特性較差。決定高、低音濾波的階數主要應考慮到揚聲器本身在分頻點處相位的良好銜接問題。

　　音箱分頻器特點

　　分頻器有兩大類：一類是被動分頻器（PassiVe Crossover），亦稱功率分頻器;另一類是主動分頻器（Active Crossover），亦稱電子分頻器。

　　1、被動分頻器

　　被動分頻器是一種音箱內置分頻器，由電容和電感濾波網絡構成，其特點是分頻網絡設置在功率放大器和揚聲器之間。這種分頻器把從功率放大器直接出的全頻音頻功率信號分為低音和高音或者低音、中音和高音，將分頻后的信號按不同頻段分配給各頻段揚聲器。在全頻高、低音或高、中、低音主動分頻音箱中，均由被動分頻電路完成分頻任務

　　被動分頻的優點是：首先，結構簡單、成本低，與音安裝在一起，毋需調整，使用方便;其次，在系統連接方面較為容易，只要給功放輸入全頻信號，將功放與音箱連接在一起就可以實現全頻放音;第三，需要的功率放大器少，一般一臺功放可以帶兩只全頻被動分頻音箱，故系統成本較低。

　　不足是：分頻網絡要承擔加到揚聲器上的很大功率和電流，所以要用較大體積的電感，而且由于電感的參數與揚聲器阻抗有著直接關系，而揚聲器的阻抗又是頻率的函數，與標稱值偏離較大，因此誤差較大，計算較難;其次，功率放大器輸出的功率音頻信號通過電容和電感濾波器后，必然會由于電容和電感的非線性而造成失真，聲音失真再所難免;第三，從功放輸出的音頻功率信號，每經過一個電容和電感器件都會造成功率信號的損失，所以被動分頻的功率信號損失較大;最后，分頻衰減率不能做得太高，一般最大12dB/倍頻程，分頻交叉區域的干擾偏大，這是因為被動分頻器提高分頻衰減率的途徑是增加電容器或電感器，也就是濾波階數，但是增加電容器或電感器的個數，就意味著隨之增加信號失真和功率損失，提高分頻衰減率的結果是帶來了其他更多的問題。

　　顧名思義，被動分頻是一種“無奈”：的分頻方式，功放輸出的全頻功率信號不得不要分頻，不分頻就會導致一系列問題，故只能被迫將功率信號分頻處理。民用音箱為了降低系統成本，全部采用被動分頻方式。專業音箱由于與民用音箱在要求、聽音主體以及使用人員等方面存在著很大的不同，故除了被動分頻方式音箱外，還有主動分頻方式音箱。

　　2、主動分頻器

　　主動分頻器是一種將全頻音頻弱信號進行分頻的設備，一般由有源電子線路分頻系統構成，其特點是分頻系統位于功率放大器前，將全頻音頻弱分頻后，把低音、高音或低音、中音、高音信號分別送至各自功率放大器，然后由功放分別輸出到低音、高音或低音、中音、高音揚聲器，這種方法被稱為主動分頻，因工作在弱信號情況下，故可用小功率的電子有源濾波器實現分頻。

　　被動分頻的音箱的各揚聲器單元均設有自己的功率信號接口，有些高、低音分離式音箱可以有主動分頻和被動分頻兩種連接方式，這類音箱的背后都設有主動分頻（Active）與被動分頻（Passive）轉換開關，有些音箱上的這種轉換開關還裝有鎖定機構，避免發生誤撥動情況。當采用主動分頻方式時，一定要將分頻方式轉換開關撥到“Active”一邊，將高音功放接高音（Hi2h）輸入、低音功放接低音（Low）輸入。

　　主動分頻的優點很多，一是由于采用弱信號電子線路信號進行分頻處理，故聲音信號損失小、失真小，再現音質好;二是分頻衰減率可以較被動分頻做得更高，達到24dB/倍頻程很容易，分頻交叉區域較被動分頻小得多，分頻交叉區域中的高、低音單元聲音之間的干擾基本上被克服了;三是可調性好，電聲指標高。

　　主動分頻的不足沒有一條是涉及音質方面的，其主要問題在于：一是成本高，投資大。由于主動分頻方式高、低音每路分別要用獨立的功率放大器，故使用功率放大器多，如一對二分配音箱要用兩只功放推動;二是增加一臺電子分頻器，這就使得在連接和調整方面增加使用難度。

　　音箱分頻器作用

　　1、使各種揚聲器都工作在最合適的音頻段

　　振膜尺寸和材料不同的揚聲器，其最佳工作頻帶也不同。口徑越大的揚聲器，則低頻特性就越好。所以，在其他條件相同時情況下，18英寸的低音效果肯定優于15英寸的低音效果就是這個道理。

　　振膜材料的剛性和脆度越好、質量越輕，放音的高頻特性就越好。很多高音揚聲器采用鈦膜或銦膜作為振膜材料，就是為了提高其高頻特性;而低音揚聲器的振膜一般采用紙、碳纖維、防彈布和橡皮（邊）等材料，以利于低音再現。

　　使用分頻器可以將高頻信號送到高音揚聲器中，低頻信號送到低音揚聲器中，高、低頻信號各行其道，盡可能大地利用了各自揚聲器的工作頻帶優勢，以保證不同工作頻段的揚聲器充分發揮作用，使各頻率的放音特性更加均衡一致。

　　2、不同頻率聲音揚聲器振膜振動幅度不同所引起的切割失真

　　揚聲器發音時，其振摸的低音振動幅度大、高音振動幅度小。從理論上講，揚聲器紙盆的振動幅度與再現聲音頻率的平方成反比，即同一揚聲器振膜，在相同幅度的信號電壓作用下，頻率越低，振幅越大，也就是說，如果頻率增加10倍，振幅將減少10的平方倍，即100倍。

　　如果我們用一只揚聲器產生很寬頻率范圍的聲音，由于振膜機械性能的限制，同時存在振幅非常寬的振動變化是非常困難的，這就必將發生聲音切割失真的現象，使再現聲音質量受到一定影響。

　　研究發現，切割失真對低音的影響最大，當低音揚聲器放送低音的同時，只要還有高音成分存在，就必然會導致切割失真，使低音出現發抖、發顫的現象。當然，高音揚聲器出現切割失真也會使高音出現嘶啞的聲音，只是影響沒有低音大而已。

　　3、減少同一音箱中的不同揚聲器之間產生的聲音

　　干涉現象對于高、低音分離式音箱中的高音揚聲器和低音揚聲器來說，雖然它們的工作頻段不同，但是如果將全頻信號不加分頻地送人高音揚聲器和低音揚聲器，肯定會出現高、低音揚聲器同時發出相同聲音的情況，當不同揚聲器的相同聲音相遇時，就很可能產生聲波互相干涉現象有一點聲學常識的人都知道，一旦出現聲音干涉現象，就會出現梳狀濾波效應、駐波等一系列問題，這些問題均會不同程度地影響聲音的良好再現。

　　設置分頻電路后，高音和低音揚聲器分別獲得自己最佳工作頻段聲音信號，它們之間發出聲音的頻率范圍幾乎不覆蓋，除音箱分頻點和分頻交叉區域還會存在少量干涉外，其余頻率聲音的干涉現象根本就不再存在了。

　　分頻點和分頻交叉區域會存在聲音干涉現象的原因很簡單，由于分頻器的分頻衰減率不可能做得無窮大，在分頻交叉區域，尤其是在分頻點，高音揚聲器和低音揚聲器會同時存在對方頻段的聲音，這時出現聲音干涉現象在所難免。所以說，分頻器的分頻衰減率做得越高，分頻交叉區域就越小，揚聲器問的聲音干涉就越小。