处理器设置规则（什么是分频点？）Processor Setting Fundamentals-or- What Is the Crossover Point?内森.巴特尔曾山、骆明刚译自/APP/papers.htmlTechnical Papers－DSP Setting Fundamentals长期以来，人们对分频器有一些错误的认识，不知道分频器是什么？不知道分频器在多功放扩声系统中怎么使用？过去，只有专业设计人员才能更改处理器的设置，而今天，可设置的DSP处理器则允许普通用户调整其参数。
可不幸的是，在音响系统中，仅对厂家的推荐设置做微小的改变，就可能对其系统性能产生巨大的影响。
这篇文章试图解释一些分频器的细节并指出一些严重影响音质的常见操作错误。
一．什么是分频器？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-2KHz 24dB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。
二．相位----一个简单的说明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曲线，如图1所示。
以下的示例图片是一些在扬声器系统中常见的相位变化图，这种测量方式在声学测量系统中有广泛应用，例如SIA Smaart。
观察图2中两个滤波器的相位响应曲线，特别是下降部分曲线，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，这个偏移量可以通过下面这个公式计算：这个等式表明时间的偏移量等于在某个频率处的相位差的绝对值除以对应频率与360之积。
假定取频率为500Hz ，根据图形显示，在500Hz处，蓝色曲线的相位为-90，橙色曲线的为-180，两者之间的相位差为90，根据公式可得，两个信号之间的时间差为：Ts=90/(360*500Hz) = 0.5ms 。
这个计算公式可以使用于任何频率，其结果都是相同的。
通常我们需要注意的是相位曲线外面的包络线。
曲线中Y轴的范围从-270到90度，一般的相位曲线都在360度的范围内，像0~360，—180~180等范围。
你不可以直观的看出相位曲线是一直下降或是上升的，图中橙色曲线在2KHz处居然是-630，（第一次在包络线处为700，从700到2居然又降了360度）这些相位值必须代入上面公式才能得出正确的结果。
三．分频点分频点通常定义为两个分频器的响应（一般由一个LPF和一个HPF组成）互相交叉处的频率，可能是两个电子分频器（从动或主动式）电学特性上的分频点，或者是两个声学滤波器上的分频点。
任何喇叭单元实质上都是一个滤波器，每一个都有他们内部所固有的高通和低通滤波器，以及固有的截止频率，斜率，网络类型。
人们经常会问：“对某个系统来说分频点是什么？”其实他们想知道的是对这个系统来说总体声学分频点在哪里？一个系统的总体声学分频点取决于这个系统中电子滤波器与喇叭单元频率响应的数学组合，当一个电子滤波器添加到一个声学滤波器系统时，他们的频率响应将叠加，形成一个全新的响应曲线。
如图4中例子所示。
图4：红色-高频单元响应，棕色-电子高通滤波器，橙色-合成响应。
这个问题通常被看作什么是系统的分频设置，但一个系统的分频设置不只是分频点而已，就像上面所说的，一个分频器是一个高通滤波器和一个低通滤波器的组合，他们每一个都可以用三个参数完整的描述。
四．系统举例看下面这个例子，图5所示曲线为安装在箱体内的一个高频器件和一个低频器件的实际频率响应：图5：两个单元的原始声学响应。
红色-低频，棕色-高频，分频点在大约613Hz。
两个不同单元之间的声级/灵敏度差异，及高频器件的相位滞后都是显而易见的。
高频部分很可能被固定在一个长喉管的号筒上，因此产生相对于低频扬声器的延迟，为了更好地使系统重现信号，最新发展的分频器要求能够平滑频率响应曲线。
按图6所示的处理后得到图7所示的结果。
图6：电子分频器的响应。
绿色-低频，橙色-高频。
分频点在大约1.8KHz图7：加上分频器的系统的总体声学响应。
粉红色-低频，蓝色-高频，红色-总体。
分频点在大约1.3KHz 我们可以注意到在整个频率响应曲线中，平坦的部分是从50Hz到20kHz(-3dB)，高频部分和低频部分的相位响应在分频点附近有相似的斜率，且相位差不超过90度。
这是通过给低频部分的延时使它校准于高频部分。
我们应该意识到这仅仅是一种可行的分频方案，还有很多其他的方案也同样可行。
可以看到在图7中1.3kHz的声学分频点和在低频部分的截止频率为944Hz的低通滤波器，及高频部分的截止频率为2053Hz的高通滤波器没有任何相关性。
此外，它也不对应于原始状态下单元的分频点（图5），也不对应于电子滤波器的分频点（图7）。
五．为什么使用不对称的滤波器？我们注意到在上面的例子中，把12dB的巴特沃夫滤波器用在在高频部分，把24dbB的贝塞尔滤波器用在低频部分，像这样使用斜率和类型都不对称的滤波器是十分常见的，这是因为几乎没有喇叭单元拥有和分频器相同的斜率和网络类型。
我们再回到图5中，可以发现高频部分和低频部分所固有的斜率和网络类型是不相同的，系统全频声学响应取决于分频器的电学响应与变频器的声学响应的组合。
若要使电子滤波器的特性对称，则必须使喇叭单元的特性也对称，但这是无法实现的，因此我们用不对称的电子滤波器来完善变频器的不对称特性。
不幸的是只有极少数昂贵的电子分频器允许使用不对称的斜率或网络类型，许多便宜的分频器有一个简单的标有频率的旋钮，允许拨一个合适的频率值。
尽管在这些单元中只有一个参数可调，但这很可能是分频点的所在。
通常这些器件会采用对称的24dB林克威兹–瑞利高通或低通滤波器，它们在给定的频率处有高的截止斜率和相同的相位响应。
就如图8所示。
图8：24dB林克威兹–瑞利高通和低通滤波器，在1.3KHz。
注意相位响应的重合，所以蓝色相位图不可见我们可以看到用了这些分频器件后的效果，以图5中所描述的系统为例，效果如图9中所示。
图8：用1.3KHz 24dB林克威兹–瑞利高通和低通滤波器代替图6中的高通和低通滤波器处理后的图示，粉红色-低频，蓝色-高频，红色-总体。
注意相位响应的不同。
图中曲线显示了和图6做一样处理的系统全频响应，唯一不同的是这里将高通和低通滤波器替换为对称的分频点在1.3kHz的24dB林克威兹–瑞利滤波器。
1.3kHz是图7中所描述的系统的分频点，所以这里采用1.3kHz作为分频点。
我们下面再来看一下其他两种可能，其一为消除在前一个例子中所说的设置中的延时，因为一些廉价的分频器不具有延时的调整，或无法做0.5ms的精确调整，图10展示了系统没有延时的效果。
图10：系统描述在图9中，没有延时另一种值得考虑的方案是把对称的24dB林克威兹–瑞里滤波器的分频点设置在1.8kHz，这与图4中的电子滤波器的分频点是相同的，这将产生0.5ms的延时，结果如图11所示。
图11：系统显示在图10中，加上分频点设置到1.3KHz。
红色-加0.5ms延时，绿色-没有延时。
最后，我们考虑在图9中使用对称的24dB林克威兹–瑞里滤波器的原例，这个系统需要固定一个外部的参数或图形均衡器，我们来具体研究怎样才能使系统的响应曲线变得平坦。
图9中相位响应显示在分频点附近的相位差可以达到180度，就像前面所规定的一样，是可计算的极性倒置。
图12中展示了高频信号极性倒置后对系统的影响，然后使用了一个附加的在1.49KHZ的均衡器。
此外，现有的均衡器需要精细的调节使之得到平坦响应的结果，但这种调节不能靠直觉，在没有使用合适的测量设备情况下，用户很难做出精确的调节。
若采用ISO标准频率的图形均衡器，在1.49kHz处实现低Q值是很困难的，也是毫无意义的。
同样令人遗憾的是均衡器需要被用来削减在分频点处过多的叠加，在高通滤波器和低通滤波器频率分开时或许可能（降低低通滤波器的截止频率并且升高高通滤波器的截止频率）。
此外，我们还不知道这些改变将会对系统的其他参数造成什么样的影响，像承受功率，偏轴响应，波束宽度等等。
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