音箱分频器(滤波器)设计原理简述

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所属分类:音箱设计
摘要

音箱分频器(滤波器)设计原理:分频斜率,分频点的选择,分频后喇叭声波的相位,分频器电路计算,分频器材料要求等简述。

物理学原理告诉我们,电容对高频信号阻抗小,对低频信号阻抗大(电容通高频,阻低频)电感对高频信号阻抗大,对低频信号阻抗小(电感通低频,阻高频)所以,就用电容阻挡低频信号就用电感阻挡高频信号电容和电感就成为滤波器的基本组件,并按基本组件的数量,把滤波器分为一阶,二阶,三阶四阶等.

阶数
电路图
曲线斜率
分频点相位差
一阶分频电路
音箱分频器(滤波器)设计原理简述
6dB/oct
90°
二阶分频电路
音箱分频器(滤波器)设计原理简述
12dB/oct
180°
三阶分频电路
音箱分频器(滤波器)设计原理简述
18dB/oct
270°
四阶分频电路
音箱分频器(滤波器)设计原理简述
24dB/oct
360°

分频斜率

分频斜率用来反映分频点处频响曲线的衰减情况,即每上升或下降一个倍频音程衰减或提升多少分贝,可分为:  6dB/Oct,  12dB/Oct, 18dB/Oct, 24 dB /Oct

在分频点,电感上的感抗与负载阻抗相等电感和负载消耗的电功率也相等,当频率增大了一倍,电感上的感抗增大了一倍,相应负载上的功率就缩小4倍,反映到声压级图上就成了声压级下降6分贝,即在倍频范围内声压级下降6分贝。

类似若在电容分频电路上,则一阶分频器每倍频负载功率(声压级)增加(6分贝)二阶分频器每倍频负载功率(声压级)增加(12分贝)

上述的是一阶(单元型)滤波器,二阶滤波器倍频范围内声压级下降12分贝三阶滤波器倍频范围内声压级下降18分贝……

分频器(滤波器)品质因素

分频器也有品质因素的问题

对二阶滤波器Q的数值对分频曲线的膝(knee)有影响。

其中, Q = 0.707    Butterworth  分频器

          Q = 0.58       Bessel  分频器

          Q = 0.49       Liekwitz – Riley 分频器

          Q = 1.0        Chebychev  分频器

分频点的选择

分频点取法准则

1. 分频网络输出端接的阻抗应等于扬声器的标称纯阻抗。

2. 高低频扬声器分频点上的功率相当,各为一半功率,即分频点应在-3dB降落点交叉。

3. 要考虑分频频率处高低音喇叭的相位差。

4. 通常二分频 fc 选在 1k – 3kHz

        三分频  第一分频点fc 选在 250 – 1kHz

                    第二分频点fc 选在 5k 附近

分频后喇叭声波的相位

相位:在分频点上相同频率的两个音波相位是有差异的。音频信号是交流电,通过电容,电感后,电流,电压的相位而改变,对一阶分频器来说,低通滤波器在分频点上负载上的电压比电路上的电压落后45度,高通滤波器在分频点上负载上的电压比电路上的电压超前45度,因此在分频点上同一频率,高音声波信号和低音声波信号相位差π/2;二阶分频器,相位差2*π/2 =π;三阶分频器,相位差3/2*π;四分频器,相位差2π。对π/2相差,可通过调整高低音扬声器辐射面在辐射方向上声程差,使高音扬声器产生π/2延迟以达到高低音同相辐射。对二阶分频器相差π,则用采用高低频扬声器相位反接的方法。相位反接之后,高低音扬声器对分频频率相相位,互相叠之后振辐加大,在分频点频响曲线出现突点,为此,要考虑在-6分贝点处分频。

分频器电路计算

一阶分频器

设计分频器时,为了输出功率达到最大,其本身阻抗要和负载阻抗相等,一阶分频器只有一个电容和一个电感.

   所以: 2πfL = Z,       1/(2πfC) = Z

    L = Z/(2πf)         C = 1/(2πf Z)

   F为分频点的频率

   :    Z = 4Ω  ,fc = 1000Hz

            L = 4/(2π*1000) = 0.635 mF,  C = 1/(2π*1000*4) = 40μF

 二阶分频器  有二个电感,二个电容

音箱分频器(滤波器)设计原理简述

其中两个Z, 一个是低音喇叭祖抗,一个是高音喇叭阻抗.

分频器的阻抗补偿和LC的选择,扬声器的阻抗随频率变化,最好通过补偿将低频的峰值压下来,将高频的高值也压下来使之成为较平的额定电阻阻抗,才能保证镇分频器的良好特性,其方法叫阻抗补偿。

①低频补偿

喇叭在低音的谐振点阻抗很高,可将喇叭并接一串联的LCR电路,使其的串联共振频率与fo相等,利用串联电路共振时阻抗小的特点,减小分频器的负载。

②高频补偿

为了遏制高频阻抗上升,也是将RC串联电路并接喇叭两端

补偿条件可选:

音箱分频器(滤波器)设计原理简述

式中R取音圈的额定阻抗,f为分频点频率,Z为对应于f处的原有阻抗值。

分频器材料要求

1. 线圈直流电阻不能大于扬声器阻抗的1/10,导线选0.8-1.5mm直径。

2. 电感要求大时,要有截面足够大的铁氧棒

3. 多个电感互相要垂直放置,减少耦合作用

4. 电容器误差控制在正负5% 之内,损耗要小,应使用无损耗,无极性电容,如金属膜纸介电容或塑料薄膜电容。

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目前评论:2   其中:访客  2   博主  0

    • avatar 防火板 0

      好文章,内容点石成金.

      • avatar 无底洞 0

        电路知识都忘光了。。。