闲情逸趣

音箱的桥式分频方法及应用实例（原创）

目录：一、引言
二、分频器简述
三、音箱的桥式分频方法
四、业余测试
五、应用实例
六、结束语

一、引言
没网络之前，喜欢看书，有网络以后，喜欢上网。网络这东西很是迷人。没电了，可以上网充电；有电了，还可以上网放电。充了好久的电，今天也来放放，就当是对网络的回报，也期望能放出点火花。
在没有引进“DIY”一词之前，最常见到的是“自制”或“制做”一词，用东北的土话或是方言，也叫“鼓弄”。看惯了“DIY” 一词之后，觉得不用这词，好像就不够时尚。
少年时，迷上了矿石收音机，从此对DIY产生了浓厚的兴趣。每一次DIY，都是一次追求乐趣的折腾，其结果，有成功，也有失败，但仍乐此不疲。DIY成为俺生命中，快乐的源泉之一。
高考时，没能考上俺喜爱的、与电有关的专业，参加工作后，也没能从事与电有关的工作，但是对电的热爱却始终没有消退，自始至终没有舍弃与DIY的情结。工作之余也偶尔发烧，每当闲时，总有一种DIY的冲动，难以控制。
前些年，借国企减员增效之机，从国企光荣下岗，开始了无拘无束、自由自在生活，也由偶尔发烧，转为经常发烧。音箱的桥式分频方法，就是在这段时间折腾出来的。现介绍如下，供HIFI发烧友讨论和DIY。

二、分频器简述
现在的音箱大多采用，多单元分频段重放的方式，所以要有一种装置，能够将功放送来的全音频信号按需要划分为高音、低音输出或者高音、中音、低音输出，才能跟相应的扬声器单元连接，分频器就是这样的装置。如果把全音频信号不加分配地直接送入高、中、低音单元中去，在单元频响范围之外的那部分信号，会对正常频响范围内的信号还原，产生不利影响，甚至可能使高音、中音单元损坏。
一套好的HIFI系统，离不开一对好的音箱，而一款好音箱，更是离不开一个好的分频器。分频器是音箱中的“大脑”，对音质的好坏至关重要。在一个扬声器系统里，人们把箱体、分频器、扬声器单元称为扬声器系统的三大件，而分频器对扬声器系统，能否高质量地还原电声信号，起着极其重要的作用。
所谓的分频，就是将20HZ到20KHZ人耳可能听到的全音频，分成N段，分别去推动N路扬声器单元。分两段的叫两分频，分三段的叫三分频…..。那么为什么要分频呢，因为现有的扬声器制造技术，还制造不出，能还原20HZ到20KHZ全音频的单震膜扬声器，所以扬声器单元，才有了高音、中音、低音之分，分频器也因此“应运而生”。
广义的讲，分频器可分为两种，一种是电子分频器，另一种是功率分频器。
电子分频器：也叫主动分频器，适用于功放之前的分频，它将音频弱信号进行分频后，再送到各自独立的功率放大器，把每一段音频段信号给予放大，然后分别送到相应的扬声器单元。因电流较小故可用较小功率的电子有源滤波器实现。它调整较容易，功率损耗少，扬声器单元之间的干扰小。使得信号损失小，音质好。但此方式每路要用独立的功率放大器，成本高，电路结构复杂，适用于专业扩声系统。不在本贴讨论的范围内。
功率分频器：也叫被动分频器，还叫音箱分频器。位于功率放大器之后，一般设置在音箱内，它将功率放大器输出的全音频信号进行分频后，分别送至各自扬声器单元。由于它结构简单，使用方便，成本低，因此，被广泛的使用。本文介绍的音箱的桥式分频器，就是这种音箱分频器。
音箱分频器是利用电感、电容的导电特性实现分频的。以三分频为例，电容器和电感线圈构成了LC滤波网络，高音通道是高通滤波器，它只让高频信号通过而阻止中、低频信号；低音通道正好相反，它只让低音通过而阻止中、高频信号；中音通道则是一个带通滤波器，除了一低一高两个分频点之间的音频可以通过，高频信号和低频信号都将被阻止。
图1是传统的典型三分频电路图。


图2是传统典型三分频的分频曲线

结合图1、图2，可以较容易的理解分频器的工作原理。
在实际的分频器中，有时为了平衡高、中、低音单元之间的灵敏度差异，还要加入衰减电阻，其目的是使音箱的音频曲线平坦一些，以便达到高、中、低音的平衡。另外，有些分频器中还加入了由电阻、电容、电感构成的阻抗补偿网络，其目的是使音箱的阻抗曲线平坦一些，以便于功放推动。

三、音箱的桥式分频方法
上述传统的分频器，在实际应用中，由于设计计算的误差、分频元件参数的误差，容易导致被分段的音频，在分频点处，不能准确衔接的问题，进而在分频点附近，出现音频曲线的凸起或凹陷现象。业余条件下，这一问题尤其突出。
从图1、图2中，可以看出：产生这个问题的关键原因是，每个分频点，是由两个分频电路，两套分频元件来保证的，其中一个分频电路、一个分频元件存在偏差，该电路的分频点便发生移动，就不能保证被分段的音频，在一个点处准确衔接。何况，在实际中，每个分频电路，每个分频元件往往都同时存在偏差。
那么，能不能用一个分频电路，一套分频元件完成分频呢？如果能的话，是不是即使设计计算和分频元件存在误差，只能导致分频点偏移，而且是相临的两段音频的分频点同样偏移，而被分段的音频仍然在偏移的分频点处准确衔接。

zjr66161

楼主继续啊，俺是来学习的

闲情逸趣

先分析一下传统分频器中，各个元件的作用。在图1中，C1是高通电容，作用是允许高频信号通过，阻止中、低频信号通过。L1是中、低频衰减电感，作用是衰减高通电容C1漏过的中、低频信号。L3是低通电感，作用是允许低频信号通过，阻止中、高频信号通过。C3是中、高频衰减电容，作用是衰减低通电感L3漏过的中、高频信号。C2、L2是带通电容、电感，作用是允许中频信号通过，L2阻止高频信号通过、C2阻止低频信号通过。
从上述分析可以看出，一个通路的分频点是由通路元件和衰减元件共同决定的。不同的通路元件和衰减元件的组合，可以达到分频点不变的目的。那么，能不能改变一下电路，使中、低频衰减电感L1和带通电感L2共用一个电感；使中、高频衰减电容C3和带通电容C2共用一个电容。
为了达到上述目的，将高通或低通电路略加改动，省去带通电路，利用改动后的高通、低通电路的差量，做为带通输出，其分频电路为一桥式结构的电路。这样，便实现了每个分频点共用一个电路、一套分频元件的目的。俺把这种分频方法，叫做音箱的桥式分频方法。
图3是音箱桥式分频方法的典型分频电路。在图3中，去掉中音扬声器单元，剩下的电路，就是没有带通，只是高通和低通的传统分频电路。

在音箱的桥式分频电路中，分频电容C1和高音扬声器单元T，构成了高音重放回路；分频电感L2和低音扬声器单元W，构成了低音重放回路；分频电容C2、分频电感L1和中音扬声器单元M，构成了中音重放回路。C1是高通电容，同时又是带通的高频衰减电容；C2是带通电容，同时又是低通的中、高频衰减电容；L1是带通电感，同时又是高通的中、低频衰减电感；L2是低通电感，同时又是带通的低频衰减电感。音频曲线的上分频点，主要由C1和L1决定；下分频点，主要由C2和L2决定。
音箱桥式分频方法的最大特点是，解决了传统分频方法存在的分频点附近，音频曲线不易准确衔接的问题。由于采用了一个桥式结构的分频电路，每个分频点共用一套分频元件，即使是设计计算和分频元件参数存在误差，也仅仅是分频点出现偏移，而被分段的音频，仍可在偏移的分频点处准确的衔接，保证了在分频点附近音频的准确还原。与传统的分频方法相比，其分频器的结构简单、所用的分频元件少，不仅降低了分频器的成本，而且减少了由分频元件引起的失真；在相同成本的条件下，可选择较高品质的分频元件，达到更高品质的音质。
在上述桥式三分频的基础上，将中音单元短路，将C1、C2用一个电容C取代；将L1、L2用一个电感L取代，便构成了桥式两分频电路，如图4所示。

桥式两分频电路的原理和元件作用，和三分频相似，这里不再熬述。

一般无二

学习下.说得详细易懂.那些个故弄玄虚说什么"中频隔离"之类狗屁不通话的人也要好好学习下.
这个设计思想很好,但是楼主有没有实际试验过呢?试验的效果如何呢?

ntyz680

顶楼主原创！有实战箱子吗？

大.非

楼主讲解的应该是已经很过时的串联式分频器。
不过过时并不等于不好，
但是换个马甲再讲解也不定会很好。


具体的等高手来分析串联分频器现在很少见的原因。


http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=45736

lf00516

来学习学习，理论是很有用滴。

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四、业余测试
玩了好多年音响，都是靠听觉、凭经验调声。用音箱桥式分频方法，改装、组装的几对音箱，也是靠听觉和经验调声，自我感觉虽然很好，但听觉这东西，主观性较强，却也很难有说服力。前段时间，掏到了本论坛介绍的测试套件。经学习、学习、再学习，初步掌握了音箱测试方法。在此向本论坛中，介绍套件、软件使用方法的版主及网友表示感谢。
1、测试环境：测试是在6m×5m×3m的普通住宅楼房间内进行的。房间的地面是瓷砖，墙壁和天棚是乳胶漆，室内摆放有正常的家具。测试环境比较恶劣，导致测试曲线锯齿状（反射波）较重。
测试环境平面图

测试环境一角


2、测试设备：杆长70cm的麦克架及未效验的麦克、2010版音箱测量套件DIY、创新SB0270声卡、SONY V505笔记本电脑、LspCAD 5.25—justMLS 1.00测试软件。
测试设备

3、音箱的箱体和扬声器单元：老款先锋三分频书架箱及扬声器单元。箱体尺寸为240×280×530mm,箱体用料很薄约10mm。三只扬声器单元的音质很一般，低音8寸，中音4寸，高音1寸半。
空箱体

八寸低音

四寸中音

1寸半高音

扬声器单元正面

扬声器装箱后的照片

hdw

来学习学习 一下

taojiewang

内容不错

shengx005

来学习学习，理论是很有用滴。謝謝樓主分享...

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4、扬声器装箱后的音频曲线及阻抗曲线测试：采样频率为48000Hz；LMS长度为16384。高音、中音单元，远场距离为99cm，时间窗口为3ms；中音、低音单元和到相孔，近场距离为1cm，时间窗口为99ms，滤波0倍频。
高音单元阻抗：

中音单元阻抗：

低音单元阻抗：

高音频响（远场）：可见，分频点可选2kHz-8kHz之间，11kHz处的低谷，将难避免。

中音频响（远场）：6500Hz处的尖峰，难避免。

中音频响（近场）

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中音频响（合并）：可见，分频点可选600Hz-7000Hz范围内。

低音频响（近场）

倒向管（近场）

低音频响（合并）：可见，分频点可选150Hz-2500Hz之间，1500Hz处的尖峰，难避免。

5、分频点的确定：对于三分频音箱，低端分频点，一般为2000Hz以下；高端分频点，一般为2000Hz以上，高端分频点应距低端分频点三个倍频程以上。对于两分频音箱，分频点一般在2300Hz～3800Hz之间。具体的分频点，应根据扬声器单元的音频曲线确定，一般选在音频曲线较平坦处。这里取下分频点700Hz，上分频点为6000Hz。
6、分频元件参数的确定：根据“21音箱分频器在线计算公式”计算结果，用手头现有的相近元件代换，C1计算为2.5uf用2.2uf代替，L1计算为0.27mH用0.28mH代替，C2计算为21.7uf用20uf代替，L1计算为2.4mH用2.1mH代替。由于音箱的灵敏度未知，R1、R2暂时取0欧姆。
音箱分频器在线计算公式： http://www.21ic.com/calculator/yinxiangfenpinqi.htm
7、分频器的DIY：采用箱外分频，为了更换元件方便，设计了试验用的通用桥式分频器搭棚电路板，其搭棚电路板设计图，如图5所示。图中灰色线条为背面连线。

搭棚的分频器实物照片

8、测试方法，为了避免扬声器单元之间的声干扰，将一只音箱放入室内，另一只放到室外。将室内音箱中，被测单元的连线联接到分频器相应的输出端；分频器另外两个输出端联接到室外音箱相应的单元上。依次分别测试出三只单元分频后的频响曲线，然后，再合并成音箱的频响曲线。
测试连接全景

阿冰1113

不知桥式分频各元件如何计算？楼主能介绍一下吗？

老金金3

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9、测试参数：采样频率为48000Hz；LMS长度为16384。高音、中音单元，远场距离为99cm，时间窗口为3ms；中音、低音单元和到相孔，近场距离为1cm，时间窗口为99ms，滤波：0倍频。
声卡效验

10、测试：
低音频响（近场）

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回复 6# 大.非


桥式分频与您理解的串联分频，还是有区别的：改变桥式结构电路中的分频元件参数，既可实现串联，也可实现并联，它是一种多玩法的电路结构。我的上传量用尽了，目前不能上传图片了，以后会详细介绍，与您进一步探讨。

mosmos

支持楼主创新。

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顶楼主原创！有实战箱子吗？
ntyz680 发表于 2012-7-20 22:22

    有的，在应用实例中介绍。

闲情逸趣

不知桥式分频各元件如何计算？楼主能介绍一下吗？
阿冰1113 发表于 2012-7-20 23:51

音箱分频器在线计算公式： http://www.21ic.com/calculator/yinxiangfenpinqi.htm