交叉和价格。音频的艺术

交叉和价格

音频的艺术

人们早就知道，三分频系统中低音和中音频段交叉频率的轻微变化会对声音产生显着影响。在可听频率范围的不同部分，人耳使用不同的方式来确定声源的方向。在我们感兴趣的中频范围内，基于声源和耳朵之间的距离差异，感知的相位机制占主导地位。这个范围的边界（从 350 到 1700 赫兹）由人头的大小（或者更确切地说，耳廓之间的距离）决定。然而，对于我们现在来说，重要的是三频段系统中 LF 和 MF 频段部分的频率及其“邻近区域”都落在这个临界范围内。

由于分频器无法提供完美的频段分离，因此存在两个扬声器同时发声的联合作用区域。它们再现的信号之间的相移对场景的形成有重大影响。在此范围内产生的信号总和可以改善立体图像的焦点，也可以使场景模糊。高质量系统的相位失真应该是最小的，但这只是问题的一方面，为推理各种类型滤波器的音乐性提供了食物。不仅滤波器引入的绝对相移很重要，而且滤波器输出端频带之间的相对偏移更为重要。但稍后会详细介绍。

滤波器通带外的频率响应 (AFC) 的相移和滚降斜率由其阶数决定，每个阶数为 90 度和 6 dB/倍频程。也就是说，一阶滤波器提供 6 dB/倍频程衰减和 90 度的全相移，二阶滤波器提供 180 度和 12 dB/倍频程，依此类推。在截止频率处，滤波器衰减为 3 dB，相移为全值的一半（即一阶滤波器为 45 度，二阶滤波器为 1 度）。只有截止频率和系统总频率响应区域频率响应弯曲的平滑度以及相位特性取决于滤波器的类型。

在有源分频器的工业设计中，以中继器为基础的 Butterworth、Bessel 和 Sallen-Key 滤波器应用最为广泛。通常，使用二阶滤波器。这些类型中的每一种都有其自身的优点和缺点。贝塞尔滤波器具有最平滑的相位响应（类似于单个 RC 电路），但整体频率响应在交叉频率处有 3 dB 的下降。巴特沃斯滤波器提供平坦的整体频率响应，但它们的相位响应更陡峭。最后，Sallen-Key 滤波器（等分量滤波器）在批量生产中非常方便，因为（顾名思义）它们需要具有相同额定值且公差较大的部件，而 Butterworth 和 Bessel 滤波器则不是这样，它们需要精确部分。

但是，等分量滤波器的相位和频率特性最差，因此仅在预算模型中使用。

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最有趣的（正如所承诺的）不在频率上，也不在相位特性上，而是在 HPF 和 LPF 输出之间信号的相对相移。对于二阶滤波器，它在整个频带内接近 180 度，但只有 Butterworth 滤波器保持不变。对于 Bessel 和 Sallen-Key 滤波器，相移在交叉频率附近减小。交叉频率为 400 Hz 的“理想”二阶滤波器的仿真结果如图 2 所示。

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由此产生的相位特性上的“驼峰”表明交叉频率区域的相位差变化非常剧烈，视在声源的定位也会相应地发生变化。当改变其中一个滤波器的截止频率时会观察到相同的画面，这有时在调整系统的总频率响应时使用。动态头发出的信号的相位与施加到它的电压的相位几乎没有共同之处（对于每种类型的头来说都是独立的），但是希望在交叉中最小化这种失真。

任何滤波器（有源和无源）都使用电抗元件 - 电容和电感，因此它会在信号中引入相位和时间失真。 LF滤波器（Low Pass）将延迟和相位滞后引入信号中，可以通过移相器在一定程度上进行校正。通过将二阶贝塞尔滤波器与这种相位均衡器结合使用，可以获得具有完美线性相位响应的滤波器。至于HPF（High Pass），它们形成相位超前，这与现有的LPF根本不可能匹配。

然而，在这种情况下，可以使用附加功能滤波器 (AFF) 来形成高频带信号。这种滤波器的输出信号是通过从输入信号中减去已通过低通滤波器的部分而获得的。显然，在这种情况下，相位失真得到了补偿，LPF 和 FDF 输出端信号的相位差在整个频带内保持恒定。然而，附加功能的滤波器有一个明显的缺点 - 频率响应衰减的陡度仅为 6 dB / 倍频程，有时可能不够。顺便说一句，根据该方案，通过相邻频带的交叉频率的同步调整来执行交叉。仅调整低通截止频率，利用辅助功能滤波器同步改变高频段。

要调谐有源滤波器中的截止频率，需要同步改变频率设置环节的数值。电位器用于平滑地调节截止频率。很容易算出调谐二阶滤波器需要一个四段式电位器（双通道）。近年来，为了降低成本，预算放大器模型越来越多地使用简化的二阶滤波器，其中只有一个链路在频率上被调谐。此类过滤器不能归因于任何特定类型，因为“思想上一致”的过滤器仅在监管机构的极端位置之一获得。

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最后，在一些放大器的内置分频器的低音部分，使用了可变 Q 高通滤波器，这使得截止频率区域的频率响应增加高达 10 dB 成为可能。该解决方案消除了单独的低音增强级，但同时引入了明显的相位失真。在这种情况下，这是完全可以接受的，因为在 30 ... 40 Hz 的频率下，耳朵感觉不到相移。

然而，在信号源定位的相位机制起作用的中频范围内，希望使用相位线性滤波器来更好地构建正面场景。这将消除场景的“模糊”并提高明显信号源定位的准确性，尤其是对于空间分离的低音和中音发射器。

出版物：www.bluesmobil.com/shikhman

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