音响基础 7分频器设置规则(校对版)

处理器设置规则（什么是分频点？）

Processor Setting Fundamentals

-or- What Is the Crossover Point?

内森.巴特尔

曾山、骆明刚译自/APP/papers.html

Technical Papers－DSP Setting Fundamentals

长期以来，人们对分频器有一些错误的认识，不知道分频器是什么？不知道分频器在多功放扩声系统中怎么使用？过去，只有专业设计人员才能更改处理器的设置，而今天，可设置的DSP处理器则允许普通用户调整其参数。可不幸的是，在音响系统中，仅对厂家的推荐设置做微小的改变，就可能对其系统性能产生巨大的影响。这篇文章试图解释一些分频器的细节并指出一些严重影响音质的常见操作错误。

一．什么是分频器？

分频器可定义为：将输入的电信号分离成两路单独的信号，且使每一路信号的带宽均小于原始信号的带宽，这种由一对或多对滤波器构成的装置就称为分频器。也可称为“频率分配网络”。

分频器通常由高通(低切)滤波器（简称为HPF）和低通（高切）滤波器（简称为LPF）组成。滤波器是一种频率选择器件，可以通过被选择的频率而阻碍其他的频率通过。滤波器通常有以下三个参数：截止频率，网络类型，斜率。截止频率是指滤波器的响应在低于它的最大电平时跌落到某点的频率，通常为最大电平的0.707倍或0.5倍，或下降3dB或6dB时的频率。网络类型是指滤波器的频率响应曲线在截止频率附近的形状，近些年来，人们设计了很多种类型的滤波器，常见的滤波器类型有：巴特沃夫，林克威兹，贝塞尔等，图一为各种滤波器的的频率响应曲线，斜率定义为滤波器的频率响应曲线中下降到截止频率时的倾斜程度，单位为dB/倍频程，通常斜率为每倍频程6，12，18和24dB。也可以称为‘滤波器斜率’或‘滤波器阶数’，滤波器阶数每增加一阶，则其斜率增加6dB/倍频程，也就是，一阶滤波器有6dB/倍频程的斜率，二阶滤波器则有12dB/倍频程的斜率。那么，24dB/倍频程的巴特沃夫滤波器就相当于4阶的巴特沃夫滤波器。

图1：红色-2KHz 24dB林克威兹–瑞利高通滤波器，橙色-2KHz 24dB巴特沃夫高通滤波器，棕色-2KHz 24dB

贝塞尔高通滤波器，绿色-“-3dB”，蓝色-“-6dB”

由于喇叭单元不会有相同的声级、全频带的输出，分频器必须用于全频范围的扬声器系统。低频单元用来再现低频信号，高频单元用来再现高频信号，分频器将适当的频率信号传输到适当的喇叭单元。

通常分频器分为主动式和从动式，总体上说：从动式分频器分离功放后的音频信号（扬声器电平），常被做在扬声器内部。而主动式的分频器，则分离放大器放大之前的音频信号（线路电平），通常是独立的电子装置，位于信号源与放大器之间。信号经过分频器最终流入对应的喇叭单元，喇叭单元用来再现声音频谱的适当部分。当分频器被设计好后，各个喇叭单元的信号可以叠加，并能精确的再现原始的输入信号。分频器还将影响一些其他的参数，如：功率，带宽，这些都必须在设计时加以考虑。

二．相位----一个简单的说明

在某个特定的频率处，如果两个信号的频率响应有相似的幅值和斜率，信号将会加在一起，形成一个新的信号。我们可以通过相位响应来解释两个信号在相位的不同或时间上的不同。

如果两个滤波器的相位响应相似，他们输出的信号将会相加；反之，则会相互削减。我们在上面讨论的不同类型和斜率的滤波器都有其独特的相位响应曲线，如图1所示。

以下的示例图片是一些在扬声器系统中常见的相位变化图，这种测量方式在声学测量系统中有广泛应用，例如SIA Smaart。观察图2中两个滤波器的相位响应曲线，特别是下降部

分曲线，

图2：两个同样的滤波器。橙色-正常，蓝色-极性反转。

尽管这两个滤波器在幅值响应上是相同的，但他们在相位响应上有着明显的区别。仔细观察就会发现他们在斜率是相同的，相位上相差180度，刚好是倒相的关系。对一个简单的

180度相移，这应该不会感到困惑，并可以在一个单个的频率上出现，在图3中作为一个例子。

图3：两个同样的滤波器。橙色-被延时，蓝色-正常。

斜率和相位的差异并不是固定的，而是随着频率的变化而改变的。这个时间上偏移或延迟的

特性可以用来指示两个设备之间的不同，这个偏移量可以通过下面这个公式计算：

这个等式表明时间的偏移量等于在某个频率处的相位差的绝对值除以对应频率与360之积。假定取频率为500Hz ，根据图形显示，在500Hz处，蓝色曲线的相位为-90，橙色曲线的为-180，两者之间的相位差为90，根据公式可得，两个信号之间的时间差为：

Ts=90/(360*500Hz) = 0.5ms 。这个计算公式可以使用于任何频率，其结果都是相同的。

通常我们需要注意的是相位曲线外面的包络线。曲线中Y轴的范围从-270到90度，一般的相位曲线都在360度的范围内，像0~360，—180~180等范围。你不可以直观的看出相位曲线是一直下降或是上升的，图中橙色曲线在2KHz处居然是-630，（第一次在包络线处为700，从700到2居然又降了360度）这些相位值必须代入上面公式才能得出正确的结果。三．分频点

分频点通常定义为两个分频器的响应（一般由一个LPF和一个HPF组成）互相交叉处的频率，可能是两个电子分频器（从动或主动式）电学特性上的分频点，或者是两个声学滤波器上的分频点。任何喇叭单元实质上都是一个滤波器，每一个都有他们内部所固有的高通和低通滤波器，以及固有的截止频率，斜率，网络类型。

人们经常会问：“对某个系统来说分频点是什么？”其实他们想知道的是对这个系统来说总体声学分频点在哪里？一个系统的总体声学分频点取决于这个系统中电子滤波器与喇叭单元频率响应的数学组合，当一个电子滤波器添加到一个声学滤波器系统时，他们的频率响应将叠加，形成一个全新的响应曲线。如图4中例子所示。

图4：红色-高频单元响应，棕色-电子高通滤波器，橙色-合成响应。

这个问题通常被看作什么是系统的分频设置，但一个系统的分频设置不只是分频点而已，就像上面所说的，一个分频器是一个高通滤波器和一个低通滤波器的组合，他们每一个都可以用三个参数完整的描述。

四．系统举例

看下面这个例子 ，图5所示曲线为安装在箱体内的一个高频器件和一个低频器件的实际频率响应：