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喇叭系統的靈魂深處―分音器

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发表于 2016-9-18 09:15:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
  分音器對於喇叭系統的重要性何在?好比組好了一套電腦,所有硬體都裝配完成,卻發現少了軟體,這台電腦就跟廢鐵沒啥兩樣。喇叭少了分音器雖不至於無法發聲,但即便是用了再好的單體,效果也絕對大打折扣。或許有人會說用全音域單體不就得了,還省了分音線路,但事實上,全音域系統若加了帶通式分頻與相位等化線路,其表現會更上層樓,因此,以喇叭系統的靈魂來形容分音器非常貼切。問:分音器的功能是什麼?答:主要有「提供斜率與分頻點」,及「控制阻尼係數」二項功能。1.提供斜率與分頻點―人耳能聆聽的音頻範圍大約橫跨了20Hz~20kHz的音域,但目前似乎還沒有辦法能以一只單體便完美再生20Hz至20kHz的聲音,更遑論新一代的軟體與訊源能播放出數十kHz以上的高頻。變通的方式就是用大小不同的單體各自負責不同的頻段,將20Hz至20kHz接續出來。因為每個單體都有一個最佳工作頻域,然後往高低兩端自然衰減,如圖一,灰線表示一個兩音路喇叭的高音與低音單體的自然衰減狀態(他們的另一端未標示出來),但實際應用上,我們並不希望它自然衰減,而用分音器讓單體以我們希望的斜率衰減(紅線),這樣才能夠控制兩單體音域重疊部分(綠色虛線)的相位與頻率響應狀況,如果分音器設計得宜,就會得到近似圖中平坦的頻率響應。通常我們用多少「階」分音來設計,一階分音表示每八度音程衰減6dB(-6dB/octave),二階是每八度音衰減12dB(-12dB/ octave),依此類推,四階分音則是每八度音衰減24dB(-24dB/ octave)。即階數愈高,衰減愈快。當這個兩音路喇叭的高、低音單體以我們希望的斜率衰減時,便交會出一個分頻點(Fx),讓單體各自在表現最佳的區域內工作,發出理想的聲音。2.控制阻尼係數―即Q值。分音器讓不同頻段重疊部分的頻率響應更為平坦只是其次,更重要的是,分音器具有相位等化(修正相位)的功能,能讓整個系統阻抗更容易受控制,相位表現最佳化。依據經驗,Q值低較佳,在0.5時最為恰當,不僅重疊部分的波動幅度最小,分頻點的相位也會趨近於0度。但Q值過低,頻率會衰減得過早,而減低高階分音的效果。参与讨论:[NextPage]問:什麼是幾「路」分音?幾個單體就是幾路嗎?答:幾「路」分音就是將喇叭系統劃分成幾個頻段,例如兩音路分成高、低音二個頻段,要將高音單體的下半截衰減(低通濾波),低音單體的上半截衰減(高通濾波),得出一個分頻點。三音路則分成高、中、低音三個頻段,就是兩音路中間再加一個高、低通濾波的中音路,得到二個分頻點,四音路則依此類推。另外還有一種二又二分之一音路喇叭,就是兩音路下面再加一個有高通濾波的低音,湊成二分之一音路。一個音路不一定只用一個單體,因此不能由單體數來判斷音路數,應由分頻點數目來判斷。問:低階分音與高階分音孰優?答:這的確是見仁見智的問題,但依我個人的經驗,高階分音因為各單體頻域重疊的部分較少,不僅音染較低,阻抗、相位的變化也較為單純,聲音表現更為理想。不過高階分音所用的元件多,效率因此較低,且相位等化與補償的線路更為複雜,也考驗設計者的功力。問:為何一階一定要差6dB?有沒有4階以上的分音?答:一階差6dB並不是規定出來的,而是經過等效電路計算後,會得到一個接近6dB的值,但並不會剛好等於6dB,而且分音器中最好加上相位等化與補償電路,才容易得到每個倍頻(8度音)衰減6dB的結果。分音器可以不止4階,8階10階都能做,只不過效率更低,相位變化更複雜而已。

問:分頻點該如何決定?可以計算出來嗎?答:分頻點是兩個音域的單體衰減後交接出來的結果,因此只能事先臆測,而無法精確計算。分頻點的決定必須考量單體的尺寸與其特性。因為單體指向性與其尺寸有關,通常單體尺寸越大,其最佳指向性的頻率越低,一般來說,分頻點的波長,最好不要超過單體有效振動直徑的長度,例如5吋單體的有效振動直徑約11公分,而波長11公分的頻率大約是3.127kHz(「音速=頻率×波長」之公式計算),因此5吋單體的高音分頻點最好不要高於3.127 kHz。另外,分頻點的設定還要考慮單體的最佳工作頻域,應讓單體在最平坦的區域內工作,以發揮其性能。問:分音器內的元件有些什麼東西?該如何挑選?答:分音器不外乎電感、電容,及電阻的組合。電感的挑選應考量其耐受度,以承受功率高者為佳,才能避免功率過大時飽和,造成電感量下降。另外還要考慮使用的位置,用在串連處的電感,品質一定要好,直流阻抗要低,通常扁平狀的空心電感最佳,線徑粗的更好。電容也是以耐壓高者為佳,才能應付瞬間的功率需求,另外損失角低、電感量低也是必備條件。至於電阻,線繞水泥電阻最好也是挑選電感量低的,而金屬皮膜電阻原本就無電感性,非常適合用在高頻。問:Bi-wire有用嗎?怎麼樣才是有效的Bi-wire分音設計?答:一個最簡單的兩音路喇叭,會需要二組分音線路,而有效的Bi-wire分音線路是讓這二組電路各自獨立不共地。理論上,用Bi-wire接駁應該會得到叫較好的效果,但人耳能不能感受出其差別,又是另外一回事兒了,有些廠就不吃這套,不管幾路分音都只有一對喇叭端子,就是這個緣故。参与讨论:


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