將低音訊號分離送到副低音喇叭,帶給揚聲器系統幾個好處;若僅用單只中間副低音喇叭來擔任低音播放,優點更多。分頻器電子電路之製作非常容易,而且不論單聲道或立體功率擴大機都可適用。
傳統系統所用左右聲道喇叭,必須是大型昂貴或低效率型,以得到充足低音。通常要兼顧最佳低音和最好立體效果,喇叭的適當擺置是不容易的。同時,設計具備優良低音重現和較佳高頻擴散效果的音箱也是困難工作。因此實在有必要把低音分離出來,再把這訊號送到副低音喇叭播放,如此就可不必太計較左右聲道喇叭低頻響應曲線良否。第一流音響系統將可改用一指具備100Hz到20KHz響應曲線良好的小型全音域喇叭,而不需理會低音不足現象。喇叭擺設就不需考慮低音重現問題,可離開地板擺放,以得到較好音域擴散和臨場感。至於低音喇叭僅需考慮低音效果,若為了美觀,不妨採隱藏式。通常用的副低音喇叭失真度會較少,尤其當副低音喇叭推動訊號是由它本身的擴大器放大的,低音部分的失真不會影響中、高音,中、高音係另外分離放大。主喇叭輸入訊號內少了低頻部份,在密封性不佳的音箱內低頻和中、高頻的干擾抵消機會就消除了。
左右聲道共用一只低音喇叭好處甚多,首先是單只喇叭擺設較易且花費較少;其次是中間低音喇叭可減少唱盤轆聲,有些人甚至認為完全消除了。轆聲效應主要造成唱針垂直運動,使左右聲道產生振幅相等相位相反訊號。在一般立體系統,左右聲道的轆聲輸出無法完全相抵消,這是因為聲道間存在相位偏移和聽覺上效應所造成,因此轆聲就可聽到。縱然聽不到,它也會使喇叭和擴大機工作得較吃力,有時還會產生額外失真。假若改成用單只中間低音喇叭,幾乎所有轆聲都可消除。最後,若僅需一只大口徑低音喇叭和音箱,你就可善加利用現有空間和預算,買個較大口徑和較好的喇叭。
以上說明的種種優點若讓你覺得有興趣的話,請繼續看本文主旨──分頻器。文內說明分頻濾波器構造與應用以及低音相加混波器,兩者組成了中間低音喇叭系統。此分頻網路是加在前置放大器和功率放大器間而非加於功率放大器和喇叭之間,請看圖1A系統連接圖。這樣安排有幾項優點:混波與分頻所需功率消耗甚微,因此省略了非常低分頻點所用的龐大又貴的零件。此外副低音喇叭可直接由它本身功率放大器推動,如此一來在低音喇叭產生高阻尼系數,對左右聲道分離度或喇叭間交互作用就絲毫無損了。
圖一A為使用單聲道功率放大器來驅動中間副低音喇叭的基本配置法。若沒有適合的單聲道放大器可用,沒關係,可看圖1B,它說明如何連接一般立體功率放大器以推動中間副低音喇叭。內含的倒相器推動立體功率放大器的其中之一聲道,讓副低音喇叭能跨街左右聲道輸出端,並使用了兩聲道的輸出功率。
分頻方式適用於所有典型前置放大器、功率放大器、綜合放大器和接收機。接收機和綜合放大器的唯一要求是在它們前置和後級功率放大器間原有連接處須分開以加入分頻器組件。正如表一所示規格,分頻電路甚至對最好的音響系統也無降低其功能之虞。事實上失真度電平真正的係測試儀器量到的殘餘訊號電平。分頻電路附加的電壓監視器在高振幅次低音貝斯聲通過分頻器時會閃爍黃色。若發生直流電壓異常事故,指示燈會一直亮著,亮紅燈表示出現錯誤正電壓,而亮綠燈則表示有不正常負電壓存在。
工作原理
此分頻網路將立體訊號依頻率分成僅含低音貝斯的中間聲道訊號與包括高於此頻率到高音調成分的左右聲道訊號。分頻工作是在功率放大之前,倒相級也包含在此電路,讓一般立體功率放大器亦可接成中間聲道單音功率放大器。圖2為分頻器線路圖。
左右聲道──運算放大器IC1A是增益等於1的緩衝級,它對左右聲道呈現高輸入阻抗低輸出阻抗,推動濾波器和混頻級。運算放大器IC1B設計成兩極點(Pole)高通濾波器,有八音度12分貝衰減率和相當尖銳曲線邊緣。R12和R13電阻值與C1、C2電容值用來設定3分貝邊緣頻率,詳情見表三。IC1B的低輸出阻抗使它順利匹配和推動低輸入阻抗功率放大級。運算放大器IC3A和IC3B及R14、R15、C5、C6處理左聲道,其工作原理類似,不再重複說明。
中間聲道──電阻R2、R3構成混合網路,左右聲道訊號在此混合產生單聲道或中間聲道訊號。運算放大器IC2A是增益為1緩衝驅動級,推動由IC2B、R4、R5、C3、C4組成的低通濾波器。與左右聲道濾波一樣,它也具有八音度12分貝衰減率和相當尖銳曲線邊緣。運算放大器IC4A是增益等於1的反相器,它與插座J5的輸出訊號與J4輸出訊號震幅相等而相位相反。
運算放大器IC4B是電壓感應器,若有足夠振幅的直流電壓出現在低音輸出插座J4或J5中的任一個,LED D3會亮起,這樣一來無論是推動分頻器的前置放大器或運算放大器IC1A、IC3A、IC2或IC4A中任一有故障時就會顯示警告信號,提醒注意。
裝機注意事項
要使訊號/雜音比值儘量提高的話,千萬不可將電源變壓器接線繞過分頻電路或端子附近。於音箱內允許空間裡儘量把變壓器T1遠離分頻器線路板。例如將變壓器裝在箱內一端而將插座端子J1到J6都裝於另一端就是很好的安排。
零件選擇──表二所列某些零件規格,在實際選用時是有相當寬容度。例如低功率100豪安TO-92金屬殼穩壓器IC5和IC6就能工作得很好了,雖然表中所列類似高功率型也一樣工作良好。同樣地,任何高於20伏特額定工作電壓,電容質介於0.02uF到0.1uF的陶瓷電容均可選為C7到C14用。對這些旁路電容最重要的是儘可能將它們靠近個別對應IC旁邊。雖然濾波網路可用誤差值10%電容和誤差值5%電阻,可是要得較準確分頻點則須改用高穩定性的誤差5%電容和誤差1%金屬膜電阻。誤差1%和5%電阻值列於表三供參考。
RC4739(IC1到IC4)是特別設計的低音兩組運算放大器IC。Raytheon和T.I.的RC4136、RM4136、RV4136有相同電路和規格。然而他們卻是14接腳包裝的四組運算放大器IC,因此接腳方式和4739不同,而零件安排也較困難。若4739不易買到,4136也可代用,其中兩組運算放大器供左右聲道用,另兩組則給中間聲道和電壓感應器。在配置左右聲道電阻電容等零件時要防備交連困擾。圖2內靠近LED D3的B與Y表示IDI5100H1/5接腳的色碼。若用不同LED,記得將IC4B第13腳接成讓D3流過負向電流時產生紅色光。
選擇及更改──欲進一步減少極低頻貝斯訊號混入左右喇叭,可在左右聲道輸出端J3和J6處加上串聯電容器。這另加上的電容器增加了響應曲線衰減率,於30Hz處有一3分貝邊緣。電容值取決於左右功率放大器輸入阻抗值,其變化情形為:輸入阻抗10KΩ時0.5uF;25KΩ時0.2uF;50KΩ時0.1uF;100KΩ時則為0.05uF。若是遇到IC1B或IC3B直流崩潰時,這些電容器也能保護直流輸入交連主聲道功率放大器。若功率放大器為交流方式交連,則不必操心電容器了。
IC4B和雙極LED D3構成中間聲道電壓感應器,可把剩餘的運算放大器用上。若分頻器電路的LED必須裝在看不到之處或根本不想裝上,省略掉D3和R17就可。
表一所列的分頻點頻率是100Hz,若認為在你的系統裡100Hz可能太高了,可改變R4、R5與R12到R15等諸電阻值就可降低分頻點。各種分頻點所需使用的最接近的誤差1%和5%電阻值均列於表三,其中某些誤差5%的電阻係並聯或串聯而得。
選定了分頻點,也將分頻器各零件焊接完成後就可按步就班來組合喇叭系統了:
1.連前置放大器R輸出端和分頻器J1端子。L輸出端連到分頻器J2端。
2.連分頻器的R輸出端子J3到左右立體聲道功率放大器R輸入端子;分頻器的L輸出端子J6連到左右功率放大器L輸入端。
3.若用一單聲道功率放大器來推動中間低音喇叭,將分頻器C(R)端(J4)連到放大器輸入端。若低音喇叭和左右聲道喇叭共用立體功率擴大器,則將J4連到擴大器R輸入端,C(L)輸出端(J6)連到擴大器L輸入端。
4.若另用單生到功率放大器推動低音喇叭,連副低音喇叭『+』端到放大器『+』端,副低音喇叭『-』端連到放大器『-』端,副低音喇叭『-』端連到放大器『-』端或地端。若用立體放大器,應聯副低音喇叭『+』端到放大器又輸出端『+』處,而低音喇叭『-』端連到左輸出端『+』處,放大器的共同端不需用到。
5.將左右喇叭照一般連接方式和放大器連線接好。
6.把分頻器電源輸入線接到前置放大器或接收機插座。
中間低音喇叭可隨意擺在音樂欣賞室的任一角落,可是最好是在左右喇叭附近較好。中間喇叭若擺得離太遠,則音源方向性會較顯著或者產生中間低音喇叭基本低頻和左右喇叭低頻諧波間相位延遲。左右喇叭可稍離地面數英呎以改善高頻擴散效果。
所有喇叭均已定位,系統的音量調整亦已平衡了,現在可好好享受音樂。
轉載音響技術第98期FEB. 1984 裝一台3D電子分音器/柯浩健 (取材自AUDIO 4/1983)
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