肖俊　沈鉆楊

摘 要：濾波器隨著科技的發(fā)展，在電子技術(shù)領(lǐng)域的作用愈發(fā)凸顯，尤其是在揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中更是有著巨大的作用。實(shí)驗(yàn)證明，低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元會(huì)相互作用，影響到揚(yáng)聲器的實(shí)際效果。加強(qiáng)對(duì)二者關(guān)系的研究，能使低頻濾波器在揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：低頻濾波器；揚(yáng)聲器；低音單元

濾波器簡(jiǎn)而言之就是一種處理信號(hào)的器件或電路，其主要功能在于讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對(duì)無用信號(hào)盡可能大的衰減。隨著科技的發(fā)展，濾波器的作用也越來越大，尤其在電子技術(shù)領(lǐng)域更是不可或缺的重要部件。美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家于1917年分別發(fā)明了濾波器，1918年美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)出現(xiàn)，向世界展示了濾波器的重要作用，濾波器的研究逐漸步入了各國(guó)專家、學(xué)者的視野。二十世紀(jì)五十年代無源濾波器日趨成熟，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器研究上了一個(gè)新臺(tái)階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)格低廉的方向前進(jìn)。隨后有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器迎來來百花齊放的春天。自二十世紀(jì)九十年代開始，濾波器的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向于將各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

一、濾波器的分類

濾波器按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的種類。以處理信號(hào)的類型為依據(jù)，可以分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。以使用元件的不同，可以分為無源濾波器和有源濾波器。以處理頻率為依據(jù)，可以分為高頻濾波器和低頻濾波器。模擬濾波器與數(shù)字濾波器雖然功能相似，但處理技術(shù)和方法卻有較大的差距。數(shù)字濾波器利用計(jì)算機(jī)，按事先設(shè)計(jì)好的程序，將一組輸入的數(shù)字序列通過一定的數(shù)值運(yùn)算后轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M輸出的數(shù)字序列，從而改變信號(hào)的形式和內(nèi)容，達(dá)到對(duì)信號(hào)加工或?yàn)V波以符合技術(shù)指標(biāo)的要求，這與模擬濾波器相比，精確度更高，能夠避免模擬濾波器不能克服的電壓漂移等問題；有源濾波器，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。無源濾波器無源是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)；高頻、低頻濾波器以處理頻率的高低位劃分依據(jù)，處理頻率比較低的濾波器皆可以稱之為低頻濾波器，本文將著重對(duì)低頻濾波器運(yùn)用于揚(yáng)聲器進(jìn)行探討。

二、低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元的相互影響

揚(yáng)聲器是音響設(shè)備中的基礎(chǔ)器件，對(duì)音響效果有決定性作用。揚(yáng)聲器種類多樣，按換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)可以將其分為：圈式、電容式、壓電式、電磁式、電離子式和氣動(dòng)式揚(yáng)聲器；按工作頻率分低音、中音、高音。筆者將對(duì)低頻濾波器與低音單元的相互作用進(jìn)行較為詳細(xì)的論述。在揚(yáng)聲器的制作中，我們常常會(huì)多次遇到過這樣的情況：當(dāng)把低頻濾波器與裝置內(nèi)的低音單元相接時(shí)會(huì)導(dǎo)致低音重放明顯惡化。重放聲的變化與接入濾波器有關(guān)，這種變化具有減弱最低頻的特征，突出了80～150 Hz頻帶內(nèi)的信號(hào)分量并且出現(xiàn)了隆隆聲，也就是說表現(xiàn)出了瞬態(tài)過程的振蕩特性。這種現(xiàn)象在倒相式的低音單元的三、四分頻系統(tǒng)中表現(xiàn)得最清晰，在接入濾波器后變化倒相箱的調(diào)諧頻率在大多數(shù)情況下都不會(huì)給出希望的結(jié)果。問題只能通過利用在放大器輸入端確保低頻和中頻分離的電子分頻器來解決。由此，我們必須要清晰地明白低頻濾波器與電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元相互影響，這樣才能找到解決的措施。

將交流電流的電能轉(zhuǎn)換為紙盆的機(jī)械振動(dòng)，從而提供聲音信號(hào)的輻射，這是電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元的基本用途。電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元可作為傳聲器工作，把作用在紙盆上的聲能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，也就是說電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元是可逆的能量變換器。這種可逆性，為低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元的相互影響提供了可能性。研究的首要目的在于解決實(shí)際問題，因此我們要盡肯地去解決由于低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元相互影響而產(chǎn)生的問題。根據(jù)電氣測(cè)量的結(jié)果，我們可以判斷在把電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元置于箱體中的條件下共振頻率發(fā)生的變化。俄羅斯學(xué)者С.Д.Бать研究指出，當(dāng)把含有電抗元件的電路與電動(dòng)式揚(yáng)聲器連接后，可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)式揚(yáng)聲器共振峰向更低頻區(qū)域偏移了。由此可見，在設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器系統(tǒng)用的分頻器時(shí)，必須考慮低頻濾波器和低音單元等效電抗的相互作用。

三、降低低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元相互作用的措施

當(dāng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)中分頻頻率為2200 Hz，共振峰頻率為 80 Hz，頻率比值為27.5時(shí)，低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元相互作用也不會(huì)產(chǎn)生不良效果。我們可以將分頻頻率與共振峰的比值作為判定產(chǎn)生不希望相互作用的準(zhǔn)則。當(dāng)頻率比值小于15，那么低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元的相互影響較大，不想出現(xiàn)的效果也就隨之產(chǎn)生，我們可以通過降低濾波器負(fù)載的電抗分量，來減弱低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元的相互影響。我們可以通過串聯(lián) 8.2Ω電阻，200 mH電感和 400μF的電容器得以實(shí)現(xiàn)。由此，低頻濾波器和揚(yáng)聲器中低音單元的相互作用便不會(huì)對(duì)低頻重放質(zhì)量產(chǎn)生大的影響。這種方案對(duì)電容和電感的要求較高，我們還可以考慮另外一種降低負(fù)載電抗的方法，即把電阻與電動(dòng)式揚(yáng)聲器單元并聯(lián)接入，這樣便可達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

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[3]С.Д.Бать. ЛЮБИТЕЛЬСКИЕ ГРОМКО- ГОВОРИ-ТЕЛИ-3[M].Москва：ТЕХНОСФЕРА，2008：33.

作者簡(jiǎn)介：肖俊（1990-），男，四川達(dá)州人，西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院2014級(jí)碩士研究生，研究方向：無線電研究。

沈鉆楊（1990-），男，四川成都人，西華師范大學(xué)電子信息與工程學(xué)院2014級(jí)碩士研究生，研究方向：無線電研究。