分频电路的设计要点

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分频电路的设计要点
超过两分频的喇叭组合应采用级前分频方式，用多个单元功放推动各个单元喇叭工作。最简单的级前分频方式是阻容衰减网路，由于对输入信号有较大衰减，后级需要对遭到衰减的信号作相应放大，同样会把前置无源器件产生的噪声放大，在噪声方面并不能获得好处。与此同时，阻容衰减网路的衰减率较低，理论上可以引入电感来进行改进，但由于电感器件规格少，容易与电容形成振荡引发电路自激，不如采用有源滤波网络来制做高、中、低各音频通道的分频电路。在80年代还没有性能良好的运放IC使用之前，有源滤波只能用三机管或场效应管来制作。因国产三机管噪声较高，主张用噪声相对较低的场效应管来制作有源滤波器。实际使用表明，即便采用场效应管和钽电容、独石电容、涤纶电容加金属膜电阻的低噪声器件组合，也很难把有源滤波器产生的噪声降低下来。改用当时刚从国外进口的低噪声90系列三机管制作有源滤波器，其噪声也与采用场效应管制作的有源滤波器处于相同档次水平。在远离市区的安静地方，室内环境噪声一般为40dB左右，当喇叭在没有输入信号时发出的连续白噪声超过50dB时即可明显感觉出来。用场效应管制作的有源滤波器做电子分频音响系统的前置级，在静音状况下可从喇叭听到明显的白噪声。所以，尽管LM324四运放只适合在很低频率下工作，我还是把它拿来制作电子分频音响系统的有源滤波器。那时它也被人们普遍用到制作图式多段音调控制电路中，虽然中高音失真严重，只能保证到1200KHz信号波形无明显畸变，但却具有比采用场效应管制作的有源滤波器高得很多的信噪比！以至于其他爱好者也放弃不用场效应管制作的分频器，拿电子元件交换我用LM324制做的电子三分频器去使用。在厂家推出TL084之后，直接将LM324更换为TL084，先前的中高音波形畸变问题立即消失。美国NS公司在90年代初推出噪声比运放之皇NE5532还略低的四运放LM837，我立即将它与TL084做对比，发现在做有源滤波器使用时二者的实际表现无差别。

但如果把它们应用于放大倍数很高的磁头放大电路之中，TL084产生的噪声就远比用效应管制作的磁头放大器严重得根本不能使用，而用LM837制作的磁头放大器又远比用效应管制作的磁头放大器至少好两个数量级的表现水平。这便是电子器件必须在实际使用中进行验证的特点。我曾亲自看到过日本音响专家山本先生设计制做的3D有源音响在静音状况下会自发产生自激啸叫。之所以发生莫名其妙的自激，就是山本设计的有源滤波器采用了切比雪夫型方式，对转折点附近的频率信号做了提升。虽然提升量仅有不超过3dB，却使有源滤波器处于不够稳定的临界状态工作。若采用贝塞尔型或巴特沃兹型曲线参数，有源滤波器就完全处于稳定的工作状态中，不会发生自激现象。贝塞尔型或巴特沃兹型的衰减曲线在转折点处是平滑过度，如果将两个相同的二阶或三阶有源滤波器串联成为四阶或六阶有源滤波器，转折点输出电压率减率将从0.7变成0.5，这意味着要把二阶或三阶有源滤波器里率减率为0.84的频率点作为四阶或六阶有源滤波器的转折点。如果想要把转折点附近的频率信号做提升，应串入一段均衡器来实现。若同时又不让应该衰减下去的频率信号也被提升起来，可以串入两段均衡器，一个在转折点内作提升，一个在转折点外作衰减，即可获得率减徒度很陡的曲线。虽然按照这种方式进行设计显得繁琐，却可以确保电路工作稳定。我在95年3月9日出版的第9期《电子报》上发表过一篇实用作品“带低音提升补偿的功放电路”，专门针对低音喇叭声压频率响应曲线在低端频率衰减量较大作必要补偿，使低音明显改善。但同时也必须把不适合所使用的低音喇叭播放的下限外低音尽量衰减干净，防止喇叭振动盆超出正常工作允许范围。尤其是对口径较小的低音单元喇叭更需要对输入音频信号作这样的提升衰减处理，方能避免振动盆产生“打破”声。显然，具体情况要具体处理，级前分频与极后分频也可以混合使用。比如对6KHz以上高音再进行分段播放，完全可以采用极后分频方式对两只高音喇叭进行组合。由于所用到的电感、电容元件体积很小，分频器比较容易制做，高音单元功率放大器输出功率也有富余量，就可以按照怎么制作更方便来进行设计。