不说不知道,原来你以前听过的HIFI音箱
音箱分频器简介
很多发烧友相当重视音箱分频器的打造,顶级厂家更是想尽一切办法改善分频器的性能,事实上,分频器中最难解决的是相位偏移,由于电感电容的引入,喇叭单元数越多,问题越大,导致不同频率的相位便宜各不相同,无论你怎么调整,都只能勉强在某个有限范围的小波段内达到少偏移。
下图是造价以数万来计算的监听级小音箱的传奇,LS3/5A的分频电路,不过很可惜,只要你拿来上示波器,它同样解决不了相位偏移问题。这么复杂的线路也搞不定,相比自己家的音箱,你看完后的感觉是什么呢?
实际上,目前的常见的音箱分频的基本电路,如下图所示,两个线圈,两个电容非常简单。
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基本原理就是,线圈通过低频,电容通过高频,两个组合就能做成低通或者高通滤波器,选择不同的电感量和电容量,就能在某个分频点把高音和低音分开给两个喇叭来重播声音。如果三分频,那基本线路要复杂一些,中音部分做成带通滤波。
至于为什么需要分开高低音来分别播放,那是因为把全部频率做成一个喇叭来全频段播放,目前技术还做不到,只能顾此失彼,使用一个全频喇叭,现有的大多数全频喇叭,功率不大、高音不够、低音不强,很难满足发烧友的要求。
分频器带来的严重问题
绝大多数的发烧友都没太留意分频器的一个指标,叫作高低音的相位偏移。又或者即便留意了这个问题,但苦于没有办法处理,也就放弃考究罢了。像前面说的LS3/5A的设计厂家,他就不怕麻烦大量引入陷波电路、补偿电路等去修正某些频率上的突出问题,但无论怎么整,高低音之间的相位偏移,特别是下图中高低音重叠部分的偏移,永远是任何骨灰级工程师心头的一根刺。
重叠区域的同一个频率波形进入分频器后,经低音喇叭发出的声音慢了一个波形,高音喇叭发出的声音提前了半个波形,造成这个原因的基本原因,就是电流电压通过电容电感时会产生相位角问题。
如果想形象地对这个问题有个认识,只要在示波器上一试,你就明白一切。就知道为什么不少骨灰级发烧友玩到最后,就只在书房里布置一个单端甲类小功放加一对全频小音箱就无欲无求的原因了。
以上是一个示波器分析二分频电路相位偏移的模型,输入频率是3KHz,示波器A端是原波形,B端是通过电容滤波后去高音喇叭的波形,可以看见,波形被提前了一个很大的偏移量,C端是同样的信号经过线圈的低通滤波之后的波形,显然和B端的波形并非一个简单的反相问题,而是一个偏移量,有人说把喇叭正负极反过来就行,那是想的太简单了。因为这个偏移量会跟随频率变化。
以上是输入8K频率的形状,偏移量前后是有偏差。
再看看以上Hz时的情况,虽然高通通道电压已经很低,但被同样会被高音喇叭轻微播放出来。
再看回分频点附近被重叠的区域,大约Hz的波形的情况,那就比较悲惨了,高通和低通两路输出的电压强度都差不多,肯定会同时被高音和低音两个喇叭播放出来,不过,他们的波形并不相同。也就是说,在分频点附近,功放输出的同一个频率信号,被分频器分成两个前后不一样的波形,被高音和低音喇叭各自播放出来。请问大师:你觉得他们在空气中会合成原来的同一个声音么?如果这个情况在三分频或者更多分频的音箱中发生,你觉得他们合成的声音,还是纯净的原音么?
结语
说到这里,你还坚信你的音箱是完美执行你的播放驱动信号的话,我也只有没办法了。如果想彻底解决这个问题,那就好好研究下面这个数学表吧。
在音箱的工作状态中,分频器的RLC结构的存在,相位的偏移与抗阻有关,抗阻随着频率变化,所以只要你使用RLC分频,无论在前级做四线分音还是音箱内做陷波设计或相位补偿,都无法解决全频段的相位偏移问题。所以只要你使用RLC分频,你就暂时死了这条心,等以后科技发达,有技术突破再说吧。否则就是拆掉你的分频器,又或者开始玩全频音箱吧。
不过,美多音响的RTR分频,就取消了RLC的结构,完美解决了相位偏移的问题,具体实现的技术路线,下次再讨论。
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