分频器的作用有哪几种,search_queries

题图来自Unsplash，基于CC0协议

导读

分频器是一种用于将音频信号按照频率进行分割和分配的电子设备,是现代音响系统中不可或缺的关键部件。它能够根据预设的频率点将输入的信号分解成不同频段段的输出。

首先,分频器最基本也是最重要的作用是频段分离。通过分频器,可以从复合音频信号中分离出低频、中频和高频段,并将这些不同频段的信号分别送至适合处理相应频率的扬声器单元,例如将低频分配给低音单元、中频分配给中音单元、高频分配给高音单元。这样的分工使各个单元都能在其最佳工作频率范围内发挥最佳性能,避免了让不适合的单元处理超出其范围的信号,从而有效减少了失真,提升了整体声音的清晰度和准确性。

其次,分频器还起到功率管理的作用。不同频段的声波在扬声器上辐射效率不同,并且干扰程度也有差异。通过分频器将合适的功率送入匹配的单元,可以避免低频单元承受过高的高频功率压力,也能防止高频单元因为驱动过重或高音单元在处理低频时可能产生的损坏,实现了扬声器系统的合理用电。一些有源分频器还能提供专用电源,补偿功率放大器功率赘余提供音量控制和信号处理功能,进一步提高音响系统的灵活性和性能。

此外,优质的分频器还能在一定程度上减少声波干涉。不同谐振频率的声波在喇叭口叠加可能会产生相互干涉的声音和杂散的声波反射,通过合理设置分频点和采用特定的分频网络设计,可以更好地匹配各单元的频率响应,使其能够和谐地重放信号。

关于分频器的工作原理,分频效果主要由滤波器电路决定。常见的滤波器类型包括低通滤波器(允许特定低频信号通过,衰减更高频信号)、高通滤波器(允许特定高频信号通过,衰减更低频信号)和带通滤波器(只通过特定中间频带的信号)。分频器根据不同应用场景和设计需求,组合使用这些滤波器电路,以界定不同的频带范围,并将输入音频信号进行精准分割。分频点是指滤波器的转折频率或截止频率,通常是设计时设定好的数值,分频斜率是指滤波器从截止频率下降到-3dB或-6dB点的频率宽度,斜率越高,顿步变化越剧烈,频段之间的过渡就越尖锐,常见的分频斜率有6dB/octave,12dB/octave,18dB/octave,24dB/octave等规格可选。

分频器按驱动方式大致可分为两大类---有源分频器和无源分频器(也称为被动分频器),二者在信号连接和使用形式上存在显著差异并各有适用场景。

无源分频器:无需外部电源,由输入音频信号驱动,本身不提供能量放大。它主要利用电感、电容和电阻等无源电子元件构建滤波网络来实现分频。无源分频器结构相对简单,价格成本较低,在有线KTV、大功率舞台音响等场合常被广泛应用,因为它能将功率分配输出。其缺点是对信号进行分频的同时肯定会引入一定程度的损耗(一般在3-6dB之内),可能导致信号电平下降,并限制了功率放大器的输出功率。同时,无源分频器通常要求安装在功率放大器之后,靠近音箱处,通过线缆将处理好的各频段信号分别输送至不同单元,需要注意连接线长度过长可能带来的影响。

有源分频器:需要外部提供直流电能驱动工作,通常自身带有前置放大电路,可以对信号进行放大和精密处理后再进行分频和功率分配。有源分频器往往能够提供更平滑的分频曲线、更高阶数的分频斜率(可达48dB/octave),从而在频段划分和阻抗方面表现更好。它的优势在于可以实现更精细的分频调整和滤波,对信号损伤较小,连接更灵活(通常模块化设计,无需从主音量放大器输出后接分频器)。但它需要配合稳压电源使用,模块一般价格相对较高,并且对于低频段功率放大器选择要求更高(需要能工作的电压模块等)。

分频器根据其设计和应用结构也分为多种类型。常见类型包括 Linkwitz-Rael分频器、AES/EBU分频器、TC4/DBX分频器(使用三角函数原理),以及其他自定义网络分频器等。开发者会根据特定的需求设计出各种适合在不同场合使用的独特分频器电路。

常见应用场景:

例如在常见的2.1音响接驳中使用的集成扬声器系统里面,往往本身就内置了一个无源分频器环节负责音频分频。

KTV专业音响系统中的带分频与带源桥接功能的功放,就是许多品牌提供的有源分频器整合方案。

大型演出中的线阵列音箱、线声束音箱、点声源系统通常采用多级有源分频系统进行管理。

家用Hi-Fi音响系统中使用的三分频KV335内置有源分频模块,它就是借助分频器将CD音源信号正确地划分至三路高、中、低音单元进行重放。

因此,在音响系统设计和构建中,选择合适的分频器类型和正确设置分频点参数,对于确保音响系统发挥最佳的声学性能、保证扬声器单元正常工作防腐,实现最佳音质都具有至关重要性作用。