用LspCAD進行分頻器輔助設(shè)計

1、用lspcad進行分頻器輔助設(shè)計本文介紹利用lspcad5.25版進行音箱分頻器輔助設(shè)計的過程，主要以2路高級無源濾波器為例進行說明，并簡單介紹2路簡易無源濾波器的使用。一、測試數(shù)據(jù)        進行分頻器設(shè)計需要用到的數(shù)據(jù)分別是低音單元和高音單元的頻率響應(yīng)曲線以及阻抗曲線，這些數(shù)據(jù)都可以用lspcad自帶的justlms軟件進行測量。在頻率響應(yīng)測量時需要注意：        1、話筒應(yīng)放在高低音單元的正中（或按實際聽音位置確定話筒高度）；   

2、0;    2、測試距離60-100cm；        3、高低音單元采用相同的補償距離（offset）。        測試好以后，將數(shù)據(jù)“導(dǎo)出”為txt文件供lspcad使用。        測試數(shù)據(jù)：         下面是低音單元的頻率響應(yīng)曲線和阻抗曲線，單元已裝箱并加了zobel補償網(wǎng)絡(luò)。zobel補償網(wǎng)絡(luò)是并聯(lián)在單

3、元上的rc串聯(lián)電路，可以補償因音圈電感而造成的高頻段阻抗上升，圖中可以看出補償效果是比較理想的。因為這兩個元件的作用已在測試數(shù)據(jù)中體現(xiàn)，因此在后面的分頻器設(shè)計中不再考慮這個網(wǎng)絡(luò)的影響。下面是高音單元的頻率響應(yīng)曲線和阻抗曲線。二、2路高級無源濾波器        新建一個2路高級無源濾波器，選并聯(lián)結(jié)構(gòu)。  主菜單上選“揚聲器-網(wǎng)絡(luò)1”，對應(yīng)的是低音單元的數(shù)據(jù)。在彈出的窗口中輸入re、le和有效振動半徑（用于計算指向性等指標，不輸入也可）。然后選擇spl數(shù)據(jù)文件和阻抗數(shù)據(jù)文件（就是用justlms測試后導(dǎo)出的頻率響應(yīng)文件和阻抗文

4、件）。同樣輸入“揚聲器網(wǎng)絡(luò)2”即高音單元的相關(guān)數(shù)據(jù)。        主菜單上選“分頻網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)1”，對應(yīng)的是低音單元的低通濾波線路。在彈出的窗口中點擊“示意圖”按鈕（或從主菜單上選擇“窗口”-“圖表/縱覽”），可以看到“圖表/縱覽”窗口中顯示出了分頻電路結(jié)構(gòu)。 在這個電路中，可以添加若干組和揚聲器單元串聯(lián)或并聯(lián)的元件（串聯(lián)還是并聯(lián)可以選擇，缺省是按串聯(lián)-并聯(lián)-串聯(lián)-并聯(lián)的順序排列），每組元件可以是單一的r、l或c，也可以是r、l、c的串并聯(lián)組合。        雙擊

5、“電路01”等，在彈出式菜單中選擇所需的元件。比如低通濾波器，第一組元件一般是串聯(lián)的電感，就選擇“4，r1+l”（r1為電感的直流電阻），于是“電路01”項下就出現(xiàn)了r1011、l1011兩個元件，元件的數(shù)值可以通過雙擊修改。把所有需要的元件都逐一加上去，可以在網(wǎng)絡(luò)中空出一些節(jié)點，以備增加元件。 同樣設(shè)置一下“分頻網(wǎng)絡(luò)2”即對應(yīng)高音單元的高通濾波線路。        分頻網(wǎng)絡(luò)配置好以后，可以按“網(wǎng)絡(luò)1”或“網(wǎng)路2”窗口中的“總頻率響應(yīng)”按鈕（或從主菜單上選擇“窗口”-“合成頻率響應(yīng)”），看看分頻后的合成效果。  &

6、#160;     同樣可以按“網(wǎng)絡(luò)1”或“網(wǎng)路2”窗口中的“阻抗”按鈕（或從主菜單上選擇“窗口”-“輸入阻抗”）看看合成后的阻抗曲線。        在“網(wǎng)絡(luò)1”或“網(wǎng)路2”窗口中還有幾個比較有用的勾選項?！胺蛛x”是把相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分離出去，可用于查看單一網(wǎng)絡(luò)（高音或低音）的效果；“無元件”是取消相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中分頻元件的作用，用于查看單元的固有頻率響應(yīng)或阻抗；“極性反轉(zhuǎn)”是把對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的相位移動180度，相當于將單元反接。三、分頻器模擬和調(diào)整1、理論公式      

7、;  使用lspcad軟件進行模擬時，可以從理論分頻公式開始。        雙擊低通濾波網(wǎng)絡(luò)中的“電路01”，在彈出窗口中選擇“hp/lp濾波器向?qū)А?。在新打開的“高級網(wǎng)絡(luò)向?qū)А敝校斎搿暗屯ú考钡臑V波階數(shù)、分頻點和額定負載。以濾波階數(shù)=2、分頻點=2500hz為例，額定負載可以取單元在分頻點的阻抗，這里取7.2歐。因為是低通濾波，無需高通部件，所以“高通部件”的濾波階數(shù)保持缺省值0就可以了。 設(shè)置好后，按“計算”按鈕，程序自動把計算好的分頻參數(shù)添入網(wǎng)絡(luò)中。     &#

8、160;  高通濾波網(wǎng)絡(luò)也可以用同樣的方法進行計算，只是需要把“低通部件”保持為0階，“高通部件”選用2階，分頻點還是2500hz，額定負載用高音單元在分頻點的阻抗6.3歐。2、調(diào)整        通過上面理論計算得出的分頻器的分頻效果如下圖所示：可以看出，由于單元的靈敏度不同，實際分頻點并非預(yù)期的2500hz，要對高音單元靈敏度進行衰減。用恒定阻抗衰減公式計算，高音衰減4db，線路如下圖：     濾波效果如下圖：高低音的靈敏度差不多平衡了，但在1000-3000hz出現(xiàn)了

9、隆起，看來還要對分頻數(shù)據(jù)進行調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗，一是要加大低音通道的電感值，以抑制1000hz以上的隆起；二是可以減小高音通道的電感值，改變一下頻率響應(yīng)曲線形狀。        這是調(diào)整后的分頻網(wǎng)絡(luò)：這是調(diào)整后的頻率響應(yīng)曲線，已經(jīng)比較平直了，實際分頻點在2100hz，高音靈敏度還有點高，可以繼續(xù)調(diào)整。3、其他        在上面的分頻結(jié)構(gòu)中，高低音單元是同向連接的，再來看看反接的情況高音反接的合成頻響如圖所示，在1k-4khz的范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個最深達-20db的凹陷。在幾乎所有

10、的理論公式中，高音都是要求反接的，但在實際系統(tǒng)中，因為單元的位置差所引起的相位差等因素，高音卻是不能反接的。四、2路簡易無源濾波器        “2路簡易無源濾波器”的原理和上面是一樣的，但只能在相對固定的分頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進行調(diào)整，靈活性不如2路高級無源濾波器，無法使用一些高級線路，當然優(yōu)點也是很明顯的，那就是簡單、直觀，適合剛接觸這款軟件的用戶使用。        首先新建一個2路簡易無源濾波器，按上面同樣的方法讀入高低音單元的頻響曲線和阻抗曲線數(shù)據(jù)。  

11、0;     在主菜單中選擇“分頻網(wǎng)絡(luò)”-“低音”，彈出低音單元分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計界面。假設(shè)還是用二階分頻，分頻點為2500hz，于是在窗口中選擇濾波階數(shù)“n=2”及分頻點“2500”hz。按邊上的“計算”按鈕，程序自動計算出二階網(wǎng)絡(luò)的l11、c12數(shù)值。        注意，低音網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)自動給出了補償網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)（r18、c18），上面說了，測試數(shù)據(jù)中已經(jīng)包括了zobel補償網(wǎng)絡(luò)的影響，因此在這里無需再進行補償，可以把r18、c18都置為0（即undef.）。如果測試之前沒有接入補償網(wǎng)絡(luò)，則這里就需

12、要根據(jù)單元的電感量及直流電阻來調(diào)整數(shù)值，比如置r18=10歐，c18=10u。        同樣計算高音單元的分頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。高音單元暫時不考慮使用補償網(wǎng)絡(luò)，因此要把r38、c38都改為0（undef.）        在主菜單中選擇“窗口”-“合成頻率響應(yīng)”，這時就可以看到合成頻率響應(yīng)曲線了。 同樣，高音單元的靈敏度太高了，要進行衰減，比如準備衰減3db，就在“高音網(wǎng)絡(luò)”窗口中衰減器att.中輸入3db，按下面的“計算”按鈕，程序自動計算出r36、r37的數(shù)值。這

13、是恒定阻抗式高音衰減，也就是說r36、r37和高音單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的阻抗和高音單元的阻抗基本保持一致，分頻點不會有大的變化。  曲線已經(jīng)有點樣子了，但1k-2k有點隆起，12k以上則有點上翹。先對高音網(wǎng)絡(luò)進行一下調(diào)整，根據(jù)經(jīng)驗把r36改為5歐，r37取消（設(shè)為0，即undef.）。這是種非常規(guī)的衰減高音靈敏度的方式，因為改變了分頻電路的負載阻抗（變成了高音單元和5歐電阻的串聯(lián)電路），會導(dǎo)致分頻點變低。高音段已經(jīng)平直多了，但上一步的修改使得-3db頻率已經(jīng)低于2khz了，合成曲線的1k-3khz更加隆起。沒關(guān)系，把高音的分頻點提高一點就行了，下圖是分頻點取為3200hz后的合成頻率響應(yīng)曲

14、線（實際-3db頻率約在2500hz）。  高音網(wǎng)絡(luò)調(diào)整得差不多了，接著對低音網(wǎng)絡(luò)進行一下調(diào)整。從曲線上看，需要降低分頻器的q值，方法是增大l11。把l11增大到1.2mh，看看下面的頻響曲線：這個樣子就已經(jīng)很不錯了，實際分頻點約在2.1khz，如果精益求精的話，還可以再做一些微調(diào)。因為很早就把補償網(wǎng)絡(luò)直接焊接在單元上了，所以后來的測試數(shù)據(jù)就沒有對未加補償?shù)膯卧M行。這里補幾張阻抗補償前后的對比圖片。下圖是vifa c17的原始阻抗曲線：這是加了zobel補償后的模擬曲線，單元上并聯(lián)了r+c電路，r、c數(shù)值根據(jù)公式計算，r=7.13歐，c=13.49。大家留心的話，會發(fā)現(xiàn)zobel網(wǎng)

15、絡(luò)的計算公式有好幾種，這就說明r、c實際上都有一定的取值范圍，并不唯一。模擬一下就能看出數(shù)值調(diào)整對阻抗曲線的影響。 因為按上面用公式計算出的值來找元件的話很麻煩，所以實際用的值是r=10歐，c=10，阻抗曲線如下圖所示。簡單來說，q值（品質(zhì)因素）是一個反映分頻濾波器在分頻點附近的頻率響應(yīng)（當然也包括相位響應(yīng)）曲線形狀的物理量，和分頻器的階數(shù)無關(guān)，和音箱的q值是一個概念。q=0.707時，對應(yīng)butterworth響應(yīng)，是分頻器設(shè)計中最常用的一種目標響應(yīng)。在通帶內(nèi)有很平坦的幅頻特性，略有非線性相位響應(yīng)，對階躍函數(shù)有過沖和振鈴現(xiàn)象，過渡區(qū)衰減比下面兩種濾波器陡峭。但在用于二階、四階等偶數(shù)階分頻濾波時，合成頻率響應(yīng)在分頻點會有3db的隆