内置功率分频器：了解无源分频网络

二分频全频扬声器系统，体积小、性能价格比高，使用方便，获得广泛应用。但是，由于分频点处于1000～1500Hz耳朵最灵敏的听感频率范围内，分频点的相移会影响这一频段的人声和乐声的表现能力。因此对于音质要求更高的音乐扩声系统，更多采用的三分频全频扬声器系统。表7-2是不同口径扬声器单元的典型频率范围。

表7-2 不同口径扬声器单元的典型频率范围

1.二分频网络

由一个高通滤波器和一个低通滤波器并联构成，如图7-44a所示。

低通滤波器用来限制信号中的高频分量通过，仅让输入信号中的低频分量供给低频扬声器。

2.三分频网络

三分频网络由高通（HPF）、低通（LPF）和带通（BPF）三种滤波器组成，分别覆盖低频、中频和高频三段频谱范围，分频点为315Hz和4.25kHz，如图7-44b所示。

图7-44 分频网络

a）二分频网络 b）三分频网络

分频点交叉部分的斜率衰减特性称为截止带的衰减率。滤波器的衰减特性与其所用LC元件的数量有关。随着元件数量的增多，它的衰减斜率也会渐渐增大，从6dB/频程到12dB/倍频程，甚至达到18dB/倍频程或24dB/倍频程的斜率特性。

通常把6dB/倍频程斜率的滤波器称为一阶滤波器（由单个滤波功能组件组成）；12dB/倍频程斜率的滤波器称为二阶滤波器（由两个滤波功能组件组成）；余下的按次序称为三阶和四阶滤波器，三阶以上又称为高阶滤波器。图7-45是一阶和二阶滤波器电路及其特性。

图7-45 一阶和二阶滤波器电路及其特性

一阶分频网络在专业扩声系统中不采用，因为它在截止区内不能有效地保护高频扬声器。三阶分频网络具有18dB/倍频程的斜率衰减特性，可为高频驱动器提供更好的保护，主要用于高声压级输出的扩声系统。图7-46是一阶至三阶斜率衰减特性的二分频网络。

二阶滤波在扩声系统中用得最多，理由是：①标准二阶滤波器的衰减斜率为12dB/倍频程，正常情况下已足够满足使用要求；②它的最大相移为180°，相位失真在允许范围，高频单元和低频单元比较容易实现相位对接。除了一阶分频和二阶分频外，无源分频器还有三阶、四阶乃至六阶分频。(www.xing528.com)

如果截止带的衰减斜率太小（如6dB/倍频程），会使截止带中的非线性失真影响增大，分频区的频响特性起伏变化较大，影响分频效果。如果截止带的衰减斜率过大（24dB/倍频程以上），会使分频区内的相移增加，使声音变调（声音染色）。因此一般都选用12dB/倍频程的斜率。

电抗元件（电感器或电容器）对通过的交变音频信号会产生相移，理想的无损耗电感器的相移为90°，无损耗电容器的相移为-90°，即每一阶滤波器的最大相移为90°。依此计算，一个四阶滤波器最终将产生360°的相移。由于剧烈的相位变化带来了大量的相位失真。

从分频网络的高通和低通滤波器的输出信号相位分析可知：

（1）6dB/倍频程型分频点的相位差为90°。

（2）12dB/倍频程型分频点的相位差为180°。

（3）18dB/倍频程型分频点的相位差为270°。

为使两种特性的扬声器在分频点上的合成声压级等于1，在使用6dB/倍频程型和18dB/倍频程型的分频网络时，高音扬声器和低音扬声器的极性应同相连接。

12dB/倍频程型的二阶分频网络，信号是以反相（180°）加在扬声器上的，因此两种扬声器应反相连接，使扬声器输出的声波变为同相。此外，分频交叉点应设在-6dB处，这样才能使综合声压特性曲线平坦，否则会在分频交叉点f_c处变成一个隆起的特性。

图7-46 一阶至三阶分频点的斜率特性

图7-47说明高频和低频分频输出声波的相位关系。如果加在分频交叉点上的信号振幅相同、相移相同，那么高频和低频扬声器轴向的合成输出声压级增加1.4倍（+3dB）。如果反相连接，则合成输出相减。

影响频率特性平坦的因素除上述分频点的相位差以外，还有扬声器的阻抗变化、箱体内扬声器之间的距离和指向性等。

应避免分频区域内的声波相互抵消。可用正弦波信号（分频点频率）送到扬声器中，用声级计在扬声器箱的轴线上测量它输出的声压级，如果高频扬声器的接入会使声压级提高，那么此时的扬声器相位是正确的。当高频扬声器单元的极性反接时，在轴线方向测量的声压级会表现出很少一点差异。

图7-47 12dB/oct分频网络的相位关系

a）反相连接 b）同相连接