一種音響系統中電子三分頻濾波器的設計方法

3 基于巴特沃斯濾波器的音響三分頻的創(chuàng )新設計方法

　　通過(guò)上面的討論可知，我們所希望的分頻器，它們幅頻特性疊加后應該是總體平坦的一條線(xiàn)，即在高中低三個(gè)頻段內的幅度大小基本相同。同時(shí)，在特性曲線(xiàn)交叉區域，兩個(gè)通道里會(huì )輸出同一個(gè)頻率的信號，那么它們之間的相位應該是相同的，如果兩個(gè)分頻點(diǎn)比較靠近，有時(shí)候甚至會(huì )出現一個(gè)信號同時(shí)出現在三個(gè)通道里，那么它們之間的相位也應該是相同的。

　　設計思路：為了相位一致性,選兩級不同參數的巴特沃斯濾波器串聯(lián)，如圖10所示，在低頻通道中，先設計1kHz的低通濾波器，后面再串聯(lián)一級4kHz的低通濾波器，顯然1kHz低通是真正起作用的低通濾波器。4kHz低通在此起什么作用呢?因為后面兩個(gè)通道里設有4kHz的低通及高通濾波器，故這里再串聯(lián)一級看起來(lái)“多余”的濾波器，完全是為了通道之間輸出同一個(gè)交叉信號時(shí)，保證他們之間相位的一致性而設置的。

　　從圖10的設計思路中可以看出，每個(gè)通道都由兩級巴特沃斯基礎濾波器串聯(lián)而成，前級分頻點(diǎn)是1kHz，后級分頻點(diǎn)是4kHz，這樣做的目的是解決相位問(wèn)題。另外為了解決三個(gè)特性曲線(xiàn)疊加后整體曲線(xiàn)趨于平坦。每一級又用完全相同的兩級濾波器串聯(lián)，因為這樣處理以后，幅頻特性趨于一條直線(xiàn)，性能非常好。

　　幅頻特性基本是一條平坦的直線(xiàn)，到了高頻端略有下降，從曲線(xiàn)形狀可以預測，真正使用中通過(guò)高音音量電位器的衰減與提升，可以彌補高頻段幅度略降及缺陷。

　　相頻特性中，粗實(shí)線(xiàn)為高頻相位曲線(xiàn)，左邊細實(shí)線(xiàn)為中頻曲線(xiàn)，它與高頻通道出現相位不同時(shí)兩者的幅度均已衰減到零了，所以不影響性能。右邊細實(shí)線(xiàn)為低頻曲線(xiàn)，自然它與高頻通道相位不一致時(shí)，幅度也早已衰減為0了。下面給出f₁=500Hz及f₂=4kHz時(shí)三通道輸出的波形。

4 元器件參數別的選擇

　　上述電路參數及性能分析是純理論的，也是理想化的，那么實(shí)際制作過(guò)程如何實(shí)現呢?電容量一般選取常用的系列值，而電阻值就不行了，相關(guān)書(shū)籍在介紹電阻值的選取時(shí)說(shuō)，先按理論計算，之后盡量向系列之靠近。這樣的方法用于設計其它用途濾波器是可以的。但是本文討論的是4階濾波器，要求分頻點(diǎn)要盡量準確。假如設計低通時(shí)偏大了些，設計高通時(shí)偏小了些，這一大一小的誤差造成兩個(gè)通道不在一個(gè)分頻點(diǎn)上，它們輸出同一信號時(shí)的相位就彼此錯開(kāi)了，即(φ1-φ2)或者(φ2-φ3)不等于零，這樣的設計即為失敗的。因此為提高電阻的阻值精度，可以用固定電阻再串聯(lián)可調電位器的方法。比如13.452歐姆可近似為13.45歐姆，用12歐姆的固定電阻，串聯(lián)一個(gè)2K高精度的可調電位器就可以解決。當然增加了制作或者生產(chǎn)的成本，但是與其所帶來(lái)的音質(zhì)的提高相比較，這樣的付出是值得的。

5 結語(yǔ)

　　高保真音響系統中的三分頻器，在進(jìn)行幅度分頻的同時(shí)要保證相位不會(huì )產(chǎn)生錯位，直接用巴特沃斯濾波器是不夠完美的，應該在巴特沃斯濾波器的基礎上，對濾波器電路進(jìn)行再設計與組合，力求達到最佳結果。本篇文章推出了一種設計方法，用戶(hù)可以輕松設計出理想的前級電子分頻器的特性曲線(xiàn)。通過(guò)這些措施，使得音頻信號從信號源到揚聲器之間的通道中既不產(chǎn)生幅度失真也不產(chǎn)生相位失真，這樣的音響系統才真正接近高保真。

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