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分頻器是音箱內的一種電路裝置,用以將輸入的音樂信號分離成高音、中音、低音等不同部分,然後分別送入相應的高、中、低音喇叭單元中重放。分頻器是指將不同頻段的聲音信號區分開來,分別給於放大,然後送到相應頻段的揚聲器中再進行重放。在高質量聲音重放時,需要進行電子分頻處理。

1 分頻器 -概述

分頻器常見普通音響電路分頻器
分頻器是指使輸出信號頻率為輸入信號頻率整數分之一的電子電路。在許多電子設備中如電子鐘、頻率合成器等,需要各種不同頻率的信號協同工作,常用的方法是以穩定度高的晶體振蕩器為主振源,通過變換得到所需要的各種頻率成分,分頻器是一種主要變換手段。早期的分頻器多為正弦分頻器,隨著數字集成電路的發展,脈衝分頻器(又稱數字分頻器)逐漸取代了正弦分頻器,即使在輸入輸出信號均為正弦波時也往往採用模數轉換-數字分頻-數模轉換的方法來實現分頻。正弦分頻器除在輸入信噪比低和頻率極高的場合已很少使用。

對於任何一個N次分頻器,在輸入信號不變的情況下,輸出信號可以有N種間隔為2π/N的相位。這種現象是分頻作用所固有的,與分頻器的具體電路無關,稱為分頻器輸出相位多值性。

2 分頻器 -原理

分頻器分頻器原理
從電路結構來看,分頻器本質上是由電容器和電感線圈構成的LC濾波網路,高音通道是高通濾波器,它只讓高頻信號通過而阻此低頻信號;低音通道正好想反,它只讓低音通過而阻此高頻信號;中音通道則是一個帶通濾波器,除了一低一高兩個分頻點之間的頻率可以通過,高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實際的分頻器中,有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異,還要加入衰減電阻;另外,有些分頻器中還加入了由電阻、電容構成的阻抗補償網路,其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些,以便於功放驅動。

由於現在的音箱幾乎都採用多單元分頻段重放的設計方式,所以必須有一種裝置,能夠將功放送來的全頻帶音樂信號按需要劃分為高音、低音輸出或者高音、中音、低音輸出,才能跟相應的喇叭單元連接,分頻器就是這樣的裝置。如果把全頻帶信號不加分配地直接送入高、中、低音單元中去,在單元頻響範圍之外的那部分 「多餘信號」會對正常頻帶內的信號還原產生不利影響,甚至可能使高音、中音單元損壞。

3 分頻器 -作用

分頻器輸入和輸出部分都清晰可見的應用分頻器
分頻器是音箱中的「大腦」,對音質的好壞至關重要。功放輸出的音樂訊號必須經過分頻器中的各濾波元件處理,讓各單元特定頻率的訊號通過。要科學、合理、嚴謹地設計好音箱之分頻器,才能有效地修飾喇叭單元的不同特性,優化組合,使得各單元揚長避短,淋漓盡致地發揮出各自應有的潛能,使各頻段的頻響變得平滑、聲像相位準確,才能使高、中、低音播放出來的音樂層次分明、合拍,明朗、舒適、寬廣、自然的音質效果。

 在一個揚聲器系統里,人們把箱體、分頻電路、揚聲器單元稱為揚聲器系統的三大件,而分頻電路對揚聲器系統能否高質量地還原電聲信號起著極其重要的作用。尤其在中、高頻部分,分頻電路所起到的作用就更為明顯。其作用如下:

合理地分割各單元的工作頻段; 
合理地進行各單元功率分配; 
使各單元之間具有恰當的相位關係以減少各單元在工作中出現的聲干涉失真; 
利用分頻電路的特性以彌補單元在某頻段里的聲缺陷;  
將各頻段圓滑平順地對接起來。 
顯然,分頻電路的這些作用已被人們所認識和接受。 

4 分頻器 -分類

(1)功率分頻器:位於功率放大器之後,設置在音箱內,通過LC濾波網路,將功率放大器輸出的功率音頻信號分為低音,中音和高音,分別送至各自揚聲器。連接簡單,使用方便,但消耗功率,出現音頻谷點,產生交叉失真,它的參數與揚聲器阻抗有的直接關係,而揚聲器的阻抗又是頻率的函數,與標稱值偏離較大,因此誤差也較大,不利於調整。

(2)電子分頻器:將音頻弱信號進行分頻的設備,位於功率放大器前,分頻后再用各自獨立的功率放大器,把每一個音頻頻段信號給予放大,然後分別送到相應的揚聲器單元。因電流較小故可用較小功率的電子有源濾波器實現,調整較容易,減少功率損耗,及揚聲器單元之間的干擾。使得信號損失小,音質好。但此方式每路要用獨立的功率放大器,成本高,電路結構複雜,運用於專業擴聲系統。

5 分頻器 -脈衝分頻器

是用D型觸發器構成的除以2分頻電路。脈衝分頻器有很寬的工作頻帶,低頻端實際上沒有限制,高端極限頻率主要決定於使用的器件,但也與電路有關係。1兆赫以下可採用金屬-氧化物-半導體(MOS)集成電路,1~30兆赫可採用晶體管-晶體管邏輯(TTL)電路,30~60兆赫則宜採用高速TTL電路,60~300兆赫應採用發射極耦合邏輯(ECL)電路。將N級÷2分頻器串聯起來,可構成÷2N非同步分頻器。這種一級推一級的分頻鏈具有節省器件和上限工作頻率高的優點,但有延時積累的缺點,當級數N很大時,末級翻轉時刻和第一級相比有很大的延遲,這在時序電路中是不允許的。此外,分頻次數局限於2也欠靈活。

採用級間反饋可實現任意次數的分頻,圖2即為一例。圖中的三個觸發器由同一個脈衝序列驅動,能在需要翻轉時一起翻轉,屬於同步分頻器。它沒有延時積累的問題,但與非同步分頻器相比,獲得同樣的分頻次數須用更多的器件,而且工作頻率較低。此外還有一種脈衝分頻器,其分頻次數可由外界信號置定,稱為程序分頻器。這種分頻電路已廣泛用於頻率合成器。

6 分頻器 -再生分頻器

再生分頻器是一種正弦分頻器。未加輸入信號時再生分頻器無輸出,電路內部也都沒有正弦信號,只有一些微弱的雜訊和擾動。當頻率為fi的輸入信號到來時,混頻器使它和存在於微弱雜訊中的頻率為(N-1)f0的分量混合,產生頻率為f0=fi/N的微弱信號。這一信號經放大后再經(N-1)倍頻器反饋給混頻器。經過這樣周而復始的正反饋,電路各環節的信號將不斷增強,直到因器件非線性特性的限制達到穩態工作時為止。

中的倍頻器不是必須的,依靠混頻器中的高次組合頻率也可以產生所需要的輸出頻率成分,只要中頻放大器的增益足夠大電路就能工作,但工作頻帶較窄。插入(N-1)倍頻器能使混頻器工作於最有效的差頻狀態,展寬工作頻帶。

7 分頻器 -程序系列

分頻器汽車音響分音器
程序分頻器:程序分頻器系列是單片集成的ECL,高速程式控制分頻器可實現2 64 之間任意自然數連續可變分頻其分頻比由6 位二進位碼控制電路時鐘輸入內部已設有直流偏置使用時不需外加直流偏置時鐘只需交流耦合輸入該產品數據輸入為TTL 電平輸出既有E C L 互補射隨器輸出又有TTL 輸出該電路採用18 引線雙列外殼(D18S)封裝

應用範圍:可用於通訊和頻率合成器等領域

推薦工作條件:
電源電壓: 4. 75 5. 25V
時鐘輸入電壓幅度:400 mVPP 1200mVPP
工作頻率:20MHz 300MHz
工作溫度:-55 125 (SE120A) -55 85 (SE120B)
TTL 控制輸入高電平:VIH 2.5V
TTL 控制輸入低平:VIH 0.5V

特點:
工作頻率高
分頻比可程式控制由6 位二進位碼控制
時鐘交流耦合輸入輸出與ECL 電平和TTL 電平兼容

絕對最大額定值:
電源電壓:7V
最大電流:50mA
貯存溫度:65 150
結溫:175
引線耐焊接溫度:10S 300
時鐘輸入電壓幅度:2.5VPP

8 分頻器 -基本參數

分頻器的「階」一般來說,分頻器包括三個基本參數:

分頻器PS420 8型分頻器原理圖
第一個,就是分頻器的分頻點,這個應該不用多說。
第二個,就是所謂分頻器的「路」,也就是分頻器可以將輸入的原始信號分成幾個不同頻段的信號,我們通常說的二分頻、三分頻,就是分頻器的「路」。
第三個,就是分頻器的「階」,也稱「類」。

一個無源分頻器,本質上就是幾個高通和低通濾波電路的複合體,而這些濾波電路的數量,就是上面所說的「路」。但是在每一個濾波電路中,還有更精細的設計,換句話說,在每一個濾波電路中,都可以分別經過多次濾波,這個濾波的次數,就是分頻器的「階」。一階分頻器也是感容分頻的結構,而二階分頻器中的每一路都經過了兩次濾波,這個「兩次濾波」才是「二階」的真正含義!

實際上,「二階分頻器」這樣的說法也並不規範,因為「階」並非是針對整個分頻器的,而是針對其中的某一「路」的,所以嚴格的說法應該是「雙路分頻器,高低頻皆採用二階濾波」,因為雖然並不多見,但高頻採用二階濾波而低頻採用一階濾波這樣的設計也是有的。

除了一階分頻和二階分頻外,無源分頻器還有三階、四階乃至六階分頻。採用高階分頻的好處在於其濾波衰減斜率更大,分頻效果更好,而且也有利於設計分頻補償電路(因為並不是「分」得越徹底越乾淨的分頻器就是好分頻器,理論上說,分頻后的兩個信號曲線在疊加之後,與原曲線完全一致,這才是真正的好分頻器),但高階分頻的功率損失大,特別是相位影響大,設計不好聲音就會亂了套。所以不是越高階的分頻就越好。

市場上的2.0多媒體音箱,使用電容或阻容分頻的居多,使用分頻器的極少,而使用二階分頻的更少。如衝擊波SB-2000使用的是一階分頻器,而使用二階分頻的,則只有惠威T200a、M200,漫步者S2000、1900TIII等寥寥而已。

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