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[音響綿羊講堂] 音響綿羊講堂59, 喇叭的一階、二階、三階、四階分音是什麼?

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劉漢盛 發表於 2023-10-2 12:41:22 |已閱:12863|評論:0| 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式 來自 台灣
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在喇叭說明書的規格中,可以看到分頻點標示(有些廠商刻意不標示),詳細點的還可以看到6dB/Oct.或12dB/Oct.、18dB/Oct、24dB/Oct.等標示,這代表什麼意義呢?代表分音器中濾波的斜率。濾波階數越高聲音表現就一定越好嗎?不一定。

音響綿羊講堂59, 喇叭的一階、二階、三階、四階分音是什麼? 231010va6g7mmgjw7batjj.jpg 音響綿羊講堂 一階分音 二階分音 三階分音 四階分音 電容 電感

二音路以上喇叭裡面一定會利用分音器(本文專指被動式分音器),來將20-20kHz以上的頻域分成二路、三路或四路等,讓不同的喇叭單體負責不同的頻域。所謂二音路就是一個高音與一個中低音單體、三音路就是一個高音單體、一個中音單體,一個低音單體,四音路就是在中音單體與低音單體之間再插入一個單體。近年流行2.5音路或3.5音路設計,所謂.5音路就是某個音路沒有實質使用分頻網路,而是讓該單體以本身的頻域特性來做銜接。

常見分音器的濾波斜率分成一階分音、二階分音、三階分音與四階分音。所謂一階就是First Order,二階就是Second Order,三階就是Third Order,四階就是Fourth Order。一階就是每八度衰減6dB,二階就是每八度衰減12dB,三階就是每八度衰減18dB,四階就是每八度衰減24dB。

所謂八度就是Octave,1000-2000Hz之間就是一個八度,2000-4000Hz之間也是一個八度、100-200Hz之間也是一個八度。濾波斜率越和緩,相位失真越低,但分頻點上下的重疊音域越多;濾波斜率越高,分頻點上下重疊的頻域就越小,但是相位失真也會越大。所以設計分音器時到底要用幾階分音,就看設計者的取捨了。

被動式分音器中,只會看到電容、電感(線圈)與電阻這三種元件。電容器的功用非常多,在分音器中是當作高通濾波元件使用。所謂高通(High Pass)就是讓某頻率點以上的頻域通過,以下的頻域濾除,例如讓2500Hz以上的頻域通過,2500Hz以下的頻域濾除。

而電感則是低通濾波元件。所謂低通(Low Pass)就是讓某頻率點以下的頻域通過,以上的頻域濾除。電阻則是用來衰減音量之用。由於電容、電感、電阻這三樣元件都不需要供電就能運作,所以又稱為被動元件。

到底要如何決定電容、電感與電阻的數值呢?有公式可以計算,對此有興趣的人上網搜尋就有。一般來說要先知道喇叭單體的直流電阻,還有預設的分頻點,就能計算出使用的電容與電感數值,不過那只是大略的數值而已,因為計算出來的數值不一定有現成的電容、電感可用,還需特別地訂製,或以幾個電容並聯獲得想要的數值。

為何要使用電阻來衰減音量呢?一般來說高音單體的靈敏度都會比低音單體來得高,所以需要用電阻器來降低高音單體的靈敏度,獲得單體之間靈敏度的平衡。

講究點的分音器設計,還要有補償線路設計(例如高音阻抗補償、中音阻抗補償、頻率響應補償等)。所以最簡單的二音路一階分音,雖然可以用一個電容與一個電感構成,二階分音可以用二個電容與二個電感構成,但事實上分音器上不是只有這麼簡單的幾個元件,就是因為還要做各種補償與衰減所致。我看過最複雜的一階分音可能是Marten的喇叭。

分音器元件數值的計算方式也有好幾種,最常用的應該是Butterworth,此外還有Linkwitz – Riley、Bessel、Chebychev、Legendre、Gaussian等,甚至還有各廠家自己研發者。這些不同計算方式所顯示的元件數值會有差異,就看設計者的選擇了。

現在由於有電腦模擬的幫助,分音器的設計變得比較容易。然而,分音器最終影響聲音的表現是很複雜的,很難精確控制,所以我所採訪過的喇叭廠家,幾乎都告訴我設計分音器最後的重要工作不僅是跑測試,最好要將分音器實際上與喇叭單體、箱體組合之後去聆聽與調整修正。有的廠家則是設計多種分音器,裝入喇叭中實際聆聽。總之,分音器的設計看起來不難,但實際效果卻很難掌握。有少數喇叭廠家甚至將分音器以環氧樹酯密封,不讓旁人一窺堂奧。



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