分频器的相位问题_音响中常见的相位问题及解决方法

　　专业音响技术人员对于相位问题并不感到陌生，音响系统中的相位是很抽象的，本文首先介绍了音箱中分频器的相位问题，其次阐述了音响中常见的相位问题及解决方法，具体的跟随小编一起来了解一下。

　　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-2KHz24dB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。

　　分频器的相位

　　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。

　　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。

　　分频器的相位纠正

　　

　　

　　组合扬声器系统（专业音箱）的性能与分频器和扬声器的安装位置而引起的相移有着密切关系。如果设计中不注意相移问题，组合扬声器的其它性能而再好也是没用的，最终将会产生失真，使频响曲线出现较大的峰谷通常情况下，由安装位置造成的相移为：

　　-6dB/oct分频器在分频点fc时的相移为90°；

　　-12dB/oct分频器在分频点fc时的相移为180°；

　　-18dB/oct分频器在分频点fc时的相移为270°。

　　对于-6dB/oct型分频器可通过调整高、低音扬声器辐射面在辐射方向上的声程差，来使高音扬声器产生90°延迟，以达到高、低音在辐射方向上为同相辐射。

　　对于-12dB/oct的分频器，因为在分频点fc时的相移为180°，所以在连接时，只要把高、低频扬声器的相位反接，即可以保证同相辐射了。

　　对于-18dB/oct的分频器，270°=90°+180°，可以结合上面两种方式来调整。

　　音响中常见的相位问题及解决方法

　　一、实际音响工程中，常遇到的一些相位问题

　　①、音箱单元相位

　　同频率的音频信号从功放输出后，假若一对音箱有一只接反相（通常是指“+”“—”极接反），那么这对音箱的单元会产生交流相位差，音频信号相互抵消，扩声后的低频信号非常明显偏弱，声音变硬变干，中高频会来回飘，影响整个扩音系统的调试与整体效果。

　　②、功放相位的问题

　　输出端子使用四芯插后较容易理解正负极，香蕉输出插也有明显的红黑二个端口供辩认，但当功放使用桥接以后，注意信号输入控制（通常为A通延）的红端为正极，另一输入控制（通常为B通道）的红端为负极。

　　③、音响系统的电源相位

　　如果一套系统设备所采用的电源不同相（如：功放用A相供电，调音台或周边用另一相供电），当设备消耗电功率程度不均匀时，相位高与低所产生的的差异，会使某些设备电压高或低导致工作不正常，对整个系统效果带来一些干扰，如：哼声、电流声等；也有可能会因为相位差异过大引起设备的损坏。

　　④、音源拾音部份

　　话筒同样存在相位，如果有多支话筒同时使用，有一支话筒反相，会导致整体拾音产生不平衡感，拾音话筒接近者，会抵消信号。而同相的二支话筒近距离一起拾音时，易造成信号重叠，加大正反馈的产生，产生自激，这种现象在卡拉OK较常见。同时可以做个试验，同相位的二支动圈话筒，将其成180°相对进行拾音，会明显感受到音压偏低，甚至无信号输出。

　　⑤、档次好点的调音台

　　一般设有相位转换开关，在使用不同型号的几支话筒平行拾音时，如果发现声音异常或偏弱，可以将其中一个话筒通道的相位转换开关按下去判断是否相位问题引起。二位歌手靠在一起“深情”演唱时，假若手持的话筒接近相对水平位置，你会发现拾音信号降低，这时速讯按下其中一支话筒相位转换开关便能解决这个问题。

　　

　　二、解决专业音响工程中的相位问题的方法

　　作为从事专业扩声工程的技术人员，如果系统中出现反相，这简直是不能接受的，因为这只有一种解释，你的音箱线接反了（或信号线焊反了），除了劣质产品外，音箱自身和功放等周边出现相位反接的可能性非常低。

　　在我们的工作中，所接触倒的有关“相位”主要问题往往是反相，相移是很少碰到的，除非我们自己设计分频器或音频信号处理电路。举个例子，高音串个电容，相位就差了90度。而反相在实际应用中是很容易发现的，有两个简单的办法来解决这个问题：

　　①、对于电路中的相位问题，现在国产的相位检测仪已经很便宜了，还不到300元。

　　有卡农、RCA、6.3直插等各种接口，可以非常直接地检测出线路中是否有反相问题。但不能全部连好后一次测，因为中间有两条串接的线反相的话，又负负得正了。而应该一段一段地测。这应该是工程安装中必须经过的一道程序。

　　②、对于功放到音箱是否反相，可以直接通过听感来判定。

　　如果感觉自己没有这个把握的话，你可以把一路单声道信号同时送进调音台的两个通道，再通过PAN（声像定位旋钮）分别定位在左、右声道后，通过调音台的左右主输出送往左右音箱群。然后保持两个输入通道中的一个通道相位不变，另一个通道利用相位切换钮进行反相切换，低频明显丰满有力、中频丰满的即说明相位没有问题。

　　扩声系统中，由于传声器信号输出线或音箱功率信号输入线极性接反以及系统存在的相位失真等原因，会造成各种各样的声音反相位或相移问题。声音相位关系的正确与否（尤其是反相），将直接影响声音还原质量。但是，目前国内众多中小型音响工程技术人员似乎对系统的反相并没有给予高度重视。

　　多数音响工作者将系统连接完毕以后，根本不考虑传声器和音箱的相位；在进行设备和系统调整时，也不考虑由于调整而有可能带来的一系列相位失真，这对于现代音响系统来说，无疑是个缺憾。希望本文能给更多从事中小型工程技术应用的朋友引起重视。