1. 功率分頻

1.1. 功率分頻定義

音箱分頻分兩類：一類電子分頻，一類功率分頻。前者為功放前置，也稱主動分頻；后者為功放后置，也稱被動分頻。

在應(yīng)用上，電子分頻（包括數(shù)字分頻）幾路就必須有幾路功放匹配（兩分頻需兩路功放，三分頻頻需三路功放），而且所應(yīng)用的音箱不能再換功放。相對而言，音箱匹配成本高、不方便功放選擇；功率分頻無論幾路分頻都只用一路功放，相對應(yīng)用成本更低，換功放更方便。

一般情況下用戶不會換功放，但是特殊用戶有可能多次換功放。

電子分頻技術(shù)由于DSP數(shù)字技術(shù)的介入，使得其設(shè)計難度與調(diào)試難度愈益降低；相反，由于揚聲器類種的多樣化反而使功率分頻設(shè)計與調(diào)音難度愈益加大。

從理論上看，Linkwitz-Riley分頻模型強調(diào)功率銜接的平直，Butterworth分頻模型強調(diào)電壓銜接的平直。無論采用哪一種模型，一旦與各種響應(yīng)不同的單元相處，理論值與實際值相差就很大。所以，通常按照瑞利或巴特沃特理論值進行分頻都得不到一個好結(jié)果。

因為上述理論值對應(yīng)不了揚聲器的電磁結(jié)構(gòu)與阻抗曲線。如不少音箱用帶式高音單元與動圈式中/低音單元組合。由于帶式高音單元沒有音圈，也就沒有電感，沒有電感就意味著沒有一條阻抗變化的曲線；甚至有的帶式高音單元沒有阻值，為了平衡功放阻尼，尚需配置一個變壓器來平衡電阻；即便是動圈式高音單元，都有音圈，或有磁液方式、短路環(huán)方式等造成阻抗曲線也是千差萬別。

瑞利（Linkwitz-Riley）或巴特沃特（Butterworth）的理論模型是在無條件下的一種理想值判斷。具有理論上的指導意義，絕無應(yīng)用上的實際意義。因為實際工程中，背景條件太多太復雜，不可能給定一個統(tǒng)一標準的電學標準，未給其理論上的理想值留下存在的依據(jù)。

由于電容的波形電流超前電壓90度，電感的波形電壓超前電流90度；容抗（電容的電抗）隨頻率增大而減小，感抗（電感的電抗）則隨頻率增大而增大。分頻網(wǎng)絡(luò)中，電容與電感各自朝著不同的電性方向沖突。

被動分頻中，動圈式單元的音圈本就是一個電感，低通時再串上一個電感，兩個電感串聯(lián)為一個電感，在相位不變下，揚聲器響應(yīng)的阻抗曲線隨著電感值的變化而發(fā)生了變化；如果一個帶式高音單元高通串上電容，而電容在沒有電感條件下，相位發(fā)生90度的變化。這時，180度的相位差，導致分頻點凸翹，只有在低通上并接一個電容來修正相位并消減低通分頻點的功率，以此來平衡兩組電路的功率。這就成了業(yè)界所稱的2:1分頻（一路二階+一路一階）。某些工程師對此不明就里，按照教科書教條、機械地規(guī)劃、設(shè)計分頻網(wǎng)絡(luò)，難以得到好結(jié)果。

實際工程中，高、低（帶通也是高、低）分頻中，常常不是在瑞利（Linkwitz-Riley）或巴特沃特（Butterworth）理論值上某個設(shè)定的分頻點上交叉，因為阻抗曲線不同。

無論是應(yīng)用電感還是電容進行濾波，其結(jié)果都是功率的分組。高通阻擋了低頻，也就等于消減或阻礙了低頻帶的功率；低通阻擋了高頻，也就等于消減或阻礙了高頻的功率。

所以，望文生義：功率分頻就是分頻的同時也分配了功率。

幾乎所有電聲工程師都一個經(jīng)驗：功放連接高音單元測試時，一定要串接一個電容器，否則高音單元很容易燒壞。這里的電容器作為高通讓較高頻率通過，阻擋較低頻率通過，揚聲器得到的所承載功率是電容器通過頻率濾掉低頻功率的所有功率，被電容器阻擋的頻率所有的功率就不會負載在揚聲器單元上。如果分頻點為3KHz，3KHz以下的頻率及其功率就不會負載在揚聲器上。

這樣，揚聲器的功率承載，就變成了分頻功率的承載。

1.2. 揚聲器可承載功率

揚聲器功率（W），是指其可承載功放輸出的電流×電壓的能量值。

關(guān)于此，GB/T 7313-1987（國家標準）解釋為：“在自由場條件下，用100~8000Hz固定頻率范圍的粉紅噪聲信號饋給揚聲器系統(tǒng)，在其參考軸上距離參考點1m處產(chǎn)生94dB聲壓級所對應(yīng)的功率”。該“標準”并未將此功率定義為“額定功率”。該標準只有“額定電阻”、“長期最大功率”、“短期最大功率”等提法，沒有“額定功率”提法。業(yè)界常用的“額定功率”，只能作為“標稱功率”解讀，沒有太多的實際意義。

既然是電流×電壓（UI=W）為揚聲器的功率值，那么它的載體就只能是傳輸電流電壓的電導體——線纜。

而導體線纜的直徑大小（截面積）決定了揚聲器可受功率的大小，決定了載電量（W）。

許多揚聲器單元廠家介紹相關(guān)參數(shù)時，以“額定功率”名義打上參考標簽。有的標稱很高。

如德國伊頓ETON 29HD2 鎂陶瓷28芯高音高音單元，標稱額定功率120W。額定功率從來都沒有一個標準。更何況揚聲器單元的功率承載與功放電壓有關(guān)。如果把這個120W的額定功率作為分頻設(shè)計參考，一定會誤入歧途。

高音單元要做到靈敏度高且頻率上限高，就必須將音圈做到很輕很薄。薄，利于磁隙有功功率發(fā)揮，輕利于聲轉(zhuǎn)換效率和高頻延伸以及瞬態(tài)響應(yīng)。這就限制了高音單元線圈導體的直徑。直徑越大，密度越大，電功率越大，聲轉(zhuǎn)換效率越低，響應(yīng)時間越長，不利于高頻揚聲器單元的電聲特性響應(yīng)。所以，一般高音單元的音圈線徑多為0.1-0.2mm左右。

就算是上限0.2mm線徑，截面積也就0.03mm2左右，如果按照每mm27A為安全電流，也就能承載0.22A。而0.22A只能是揚聲器單元電流的理論值，還不是功率值。

如果按照通常24V輸出電壓功放匹配，那么，其承載功率為0.22A×24V=5.28W；如果按照超高壓設(shè)計58V輸出電壓的功放匹配，其承載功率為0.22A×58V=12.7W。這也不是揚聲器單元的實際功率值，還只是理論值，因為它是在不進行分頻時可承受的揚聲器安全功率。

這是按照銅制線材計算的。高音單元音圈線徑很少超過0.2mm直徑，甚至為了減輕重量，某些在相同線徑條件下采用鋁線，鋁材的承載功率更?。s銅材的66%）。相同線徑的銅線5W時，鋁線只能承載3.3W。

上面分析的是高音單元在線徑承載功率的極限。但伊頓為什么會標稱120W？把理論承載功率夸大了10倍以上？再大膽的“商業(yè)操作”也不至于夸張那么多。更何況IEC的相關(guān)標準要求“在自由場條件下，用100~8000Hz固定頻率范圍的粉紅噪聲信號饋給揚聲器系統(tǒng)，在其參考軸上距離參考點1m處產(chǎn)生94dB聲壓級所對應(yīng)的功率”（標準稱“特性功率”），如果1只高音單元靈敏度89dB，1m處94dB需要4W的功率，音圈很快就燒掉了。IEC的標準是不能應(yīng)用才高音單元上的。它的標準不是分頻承載功率。而分頻承載功率與普通電學的理論值相差甚遠。

電聲行業(yè)從來都沒有規(guī)范過單元的功率標稱。因為它的實際應(yīng)用會碰到不同的功放電壓，以及自身的交流阻抗值（無窮變化）。而交流阻抗對于動圈式揚聲器又是變化的，從中很難找到一個規(guī)范的科學依據(jù)點。

但也不能說廠家標稱功率都完全是瞎編亂造。

1.3. 揚聲器分頻功率

廠家的功率標稱，更多依據(jù)是分頻功率。因為分頻及分功率。分頻后，高音單元所承載功率變得非常小。如果總功率是100W，兩分頻后，高音單元應(yīng)承載的功率可能就只有3W甚至更小。

業(yè)界不少人認為兩分頻低頻占80%的功率，高頻占20%的功率。這種認為沒有理論依據(jù)，難以做出功率匹配的精準度，對揚聲器功率資源應(yīng)用要么浪費、要么過度。

作為分頻功率承載的揚聲器，分頻與不分頻的承載功率的確不一樣：高音單元在分頻后所承載功率要比未分頻高很多。

那么，分頻與所承載功率有什么關(guān)系呢？

首先，必須承認分頻及分功率。在分頻的同時功率也得到了分配：高通獲得高頻帶功率，低通獲得低頻帶功率。

揚聲器的測試，通常用粉噪而不用白噪。這是因為粉噪的頻域特征更相似樂音頻域特征。而粉噪的特點：功率與頻率成反比。即在等比帶寬內(nèi)能量分布相等條件下，頻帶寬度的噪聲強度以每升高一個倍頻程下降3dB（見下表）。

圖 1傅里葉函數(shù)粉噪功率譜示意圖

這個是示意圖表示：“在等比帶寬內(nèi)能量分布相等條件下，頻帶寬度的噪聲強度以每升高一個倍頻程下降3dB。

而“在音頻分析領(lǐng)域，經(jīng)常要分析音頻信號的頻譜，這時最常用的是倍頻程功率譜和1/3倍頻程功率譜。所謂倍頻程功率譜，是將音頻分為一個個的頻段，然后分別計算每個頻段內(nèi)的功率譜。相鄰頻段的寬度為二比一的關(guān)系。1/3倍頻程是將倍頻程再細分為三段”（摘自
https://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/42675765）。

IEC倍頻程劃分如下表：

表 1 IEC倍頻程劃分表

以IEC倍頻程劃分為基礎(chǔ)，可參考如下?lián)P聲器頻率帶功能密度分布表：

表 2揚聲器頻率帶功能密度分布表

根據(jù)這個頻率功能密度分布表，我們就可以從理論上計算出分頻后的高音或低音單元的所承載功率。

分頻功率理論計算公式：

圖 2分頻功率理論計算公式

如高音分頻2KHz，采用二分頻模型公式代入：總頻率為20KHz（密度系數(shù)424.43），高通起始頻率為2KHz（密度系數(shù)415.80），低頻帶中心頻率50Hz（密度系數(shù)8.55）。

如果總功率為120W，那么在高音單元分配的功率就是2.4W，總功率占比2%。在這種理論指導下，德國伊頓ETON 29HD2 鎂陶瓷28芯高音單元所標稱的額定功率120W才是靠譜的。在它標稱中，特別有一個“2K~20KHz”的推薦值。也就說用戶不能進行低于2K分頻。因為低于2K分頻，它的應(yīng)承載功率就會增大，超過它的所承載功率。

這種標稱，把總功率120W條件下進行2K高通分頻后，所承載功率僅僅為總功率的2%，也就是2.4W的功率，似似而非地替換了應(yīng)承載功率概念。如果沒有2K高通分頻前提，饋給其120W，那不是分分鐘燒掉?。?20W的標稱并非無條件地功率承載能力，而是有“功率分頻”這個前提條件的所承載功率。

音箱界是一個“江湖味”很重的業(yè)界，很多似似而非的理論、標稱、術(shù)語，不僅讓用戶迷糊，連許多專業(yè)工程師面對這個“江湖”也是傻眼的、迷糊的。

所以，可推導凡是對含有“分頻推薦”值的單元標稱，都是一種分頻功率的估值標稱。按照8Ω2KHz分頻后，它的實際載入功率（所承載功率）也就是2W~3W，較為符合高音線圈截面積承載功率。不能把它當著應(yīng)承載功率解讀。如果當著應(yīng)承載功率120W來解讀和使用，分分鐘燒掉。只能當著總功率中所承載的分頻功率來解讀。但要清楚：這只是它在分頻高通的應(yīng)用承載功率，不是它實際的理論承載功率。

從上例分析中可以看到：揚聲器所承載功率是與其分頻方式密切相關(guān)的。當然也與功放的匹配相關(guān)。分頻越低所承載功率比越大，反之越小。

1.4. 功率分頻的意義

為了獲得頻率響應(yīng)特性的平坦，功率分頻在工程實施中非常麻煩，尤其是在人工運算年代，所花費的精力遠大于設(shè)計和調(diào)試音箱箱體。

不進行分頻行不行呢？如果采用“全頻”單元就不用分頻了。

然而名義上為“全頻”的單元，實際上不可能是全頻的，頂多就是個“帶通”。它不能對20~20KHz做出完全的頻率響應(yīng)。要么低頻帶缺一塊，或者高頻帶缺一塊。即便是它真正做到了全頻，音質(zhì)也不好聽。

因為它的振膜做不到厚度40μ或50μ，高頻響應(yīng)瞬態(tài)始終不好。

你可以做一個中間部位薄外延部位厚的酮體，就事論事解決方案?？蓡栴}是音圈怎么辦？它為較低頻帶振膜部分提供驅(qū)動還是為較高頻帶振膜部分提供驅(qū)動？如果用低頻帶動高頻，響應(yīng)慢了；如果用高頻帶動低頻，響應(yīng)輕了。這都不實際。

全頻單元廠家為了促銷，編出“定位精準”、“發(fā)聲自然”等一堆“神話故事”。實際上效果“高不成低不就”，聲音高上去了音質(zhì)也不通透，聲音低下來了音質(zhì)也不渾厚。

要做好、做高級音箱就不能選擇全頻單元。

而一旦選擇不同頻響意義的單元組合，就難以避開電子分頻或功率分頻。

電子分頻與功率分頻的應(yīng)用優(yōu)劣文前已經(jīng)提到不贅述。也有一些人片面認為監(jiān)聽音箱用電子分頻，玩家音箱用功率分頻。其實發(fā)燒友與錄音師都是“玩家”。一個制作節(jié)目，一個欣賞節(jié)目。兩者并不矛盾，都是“一家人”。以“監(jiān)聽”名義把音箱分個“三六九等”的人一定是心懷叵測的人?！氨O(jiān)聽”與“其它聽”的物理意義有何不同？不都一樣嗎？

很遺憾的是一些錄音師偏要配置“監(jiān)聽”名義的音箱，而不是追求物理意義上性能高級的音箱。這種錄音師往往缺乏聽覺上的修養(yǎng)和電聲學常識，對自己的知識與感性能力缺乏信心，把作品的優(yōu)劣寄托于“華而不實”的“名義”上。如果真是一個有思想、有判斷的錄音師，不會滿足昨天的感覺，也會根據(jù)自己的實力和追求為了更好“監(jiān)聽”效果更換系統(tǒng)。

以此為例，被動分頻音箱就比主動分頻音箱有優(yōu)勢。

所以說，功率分頻的第一個意義就是便于應(yīng)用升級。

第二個意義在于制造升級。

功率分頻器一般都裝置于音箱內(nèi)部，很少用在外部（我曾經(jīng)做的兩分頻器，重達4.8kg，體積大只好裝置于一個電腦機箱內(nèi)，放在音箱外部）。但是很多高價位音箱分頻器元件用得并不高級（如電感線圈為絞股銅線，電容使用噪音較大的油浸電容），甚至電感的磁感應(yīng)位置都不兼顧。如此，更換元器件立刻會使音箱音質(zhì)全面升級。而這種“換芯”工程非常簡單：要么重新設(shè)計分頻器換掉舊的，要么用更高級的原件替換。可立竿見影地達到制造升級的效果。

第三個意義在于揚聲器的功率保護。

因為分頻后降低了每路單元的承載功率，對揚聲器單元有保護作用。

篇幅有限，更多關(guān)于高級音箱設(shè)計的功率分頻問題之后再作發(fā)布。