深度解析音箱分频器设计

　　粗略统计了一下，我的各个平台点击量加起来差不多也有一个亿了。但我两年前写的文章，关于声音主观评价的很基础的一些概念，两年过去了，我引用无数次，也就一万多人看，算上完成率，甚至不足2700人。
　　既然是深度解析，一些基本的概念：巴特沃斯、Linkwiz-Riley、Q值、2阶、4阶、指向性之类的概念是什么意思我就不再赘述了。
　　其实如果想要比较深刻的理解音箱分频器的作用与调试，除了要有一定的主观评价能力并且了解参考级的声音以外，最好还是需要对音箱本身的声学特性以及人在房间内的心理声学。
　　第一个问题 轴向频响与离轴频响的平衡
　　在分频点附近，如果高音单元和低音单元的指向性系数DI不同，那么就很可能出现如果把轴向频响曲线调平，离轴频响曲线不标准的情况。此时通常并不一定是最优解，听起来也很可能有音染。以我前一段时间测评的ATC SCM7为例，
　　ATC SCM7 CEA2034
　　可以看出4kHz左右，指向性出现反常，由强变弱，如果此时强行把轴向频响曲线调平，会导致离轴频响曲线过多，4kHz左右主观听感可能溢出。（当然，SCM7这个4k左右确实还是稍微少了点。）
　　如果从定量的角度来讲，离轴频响对人的主观音质感知的影响大约为60~70%，当然这还与音箱的具体摆位有关。
　　例如音箱摆位时，声中心并没有正对着听音位，那么直达声也不是轴向频响。
　　这样的摆位在＂发烧友＂中很常见，但通常是有问题的
　　不论如何，毫无疑问，离轴频响对音箱音质的影响在很多时候都是不可忽视的。很多情况下，轴向频响在分频点或者附近频段＂牺牲＂一些，离轴频响更好一些，反而实际听感会更好。这里的离轴频响是泛指的，具体角度与方向的频响需要酌情而定。而具体该如何取舍轴向频响曲线与离轴频响曲线，因为有时无法同时兼顾，需要取舍，需要主观评价，如果想要调到最优，最终以实际听感为准。
　　当然，以上所讲的听感取舍与分频器调节，通常是发生在高音单元与低音单元的频响和指向性在分频点附近并不匹配的情况下。或者用更通俗的话来讲，两个单元搭配不好，不得已而为之。但单元搭配不好的情况时有发生，DIY就是最常见的例子，如果两个单元搭配不好，即便花了很多钱可能效果也不好。而这一现象在厂商设计的产品中也有可能发生，尤其是单元并不是完全由自己设计时，可能这种情况更多一些。
　　但如果在设计之初就考虑到分频点附近的性能表现，通常就不太需要考虑这个问题，或者针对这个问题的调音工作量就不大。Waveguide和号角是最常见的控制指向性的结构，当然，普通的球顶单元也有可能找到与之指向性衔接对应的低音单元。但是，通常指向性DI的绝对值会较小，beamwidth较大。
　　分频器附近的声音与一些人所理解的＂不确定性＂，其原因并不是频响曲线没用，很多时候也不是分频器所引入群时延，而是没有看清问题的全部。
　　丹拿M20
　　丹拿M20
　　纽曼KH120
　　而这些内容的一些相关知识，其实在我两年前推荐的《扬声器设计手册》的序章中就有所论述。
　　这其实再次印证了开头我所讲的，其实根本没几个人去了解和在乎这些东西。第二个问题 音质与声场的平衡
　　首先，在讨论这个问题之前，最好还是要知道什么是声场。
　　这里指的主要还是image的宽度，高度，以及image focus等，用老烧的话来讲就是＂嘴型＂。
　　要更深层次理解这个问题，要了解人是如何唱歌的，以及一些常见乐器的工作原理或者说声辐射特性。
　　分频器有时是可以调整指向性的，或者说局部的指向性。但这可能与音质音色冲突，此时就需要取舍。
　　仅示例
　　仅示例
　　当然，着也要考虑音乐文件本身的混音以及音箱的摆位、房间处理、听音位选择等。通常，立体声音箱系统、多声道系统、单声道（例如只有中置播放特定节目源，例如人声）是不同的。
　　之前部门的老领导对声场很看重，可以在牺牲一定音质音色表现的情况下优化声场表现。或者说当音质音色达到一定的水平，有时即便调音会使得音色略有瑕疵但是可以是image定位和聚焦表现更好，减少声像漂移等问题，通常会这样调节。而这本身与Wolfgang Klippel 30年前的心理声学实验是相吻合的。前提是，音质音色表现已经达到了一定的水平。
　　当然，我以上所说的这些和耳机没什么关系。并且，通常一个分频方案只适用于对应的声学系统，例如音箱箱体/障板/单元排布不同，会因为衍射等因素影响音箱的声音表现。所以，即便是一模一样的单元，如果箱体/障板/单元排布不同，通常不太建议套用相同的分频器——这个问题主要还是出现在DIY中的一些＂复刻＂方案。
　　没有绝对完美的扬声器，或者通常情况下，一个音箱的音质音色和声场表现都可能存在一定的瑕疵或问题，而有时音质音色的问题与声场的问题很难两全其美，需要人主观判断并加以取舍。而这一问题本身固然在扬声器单体中存在，但更多出现在声学系统中，例如立体声音箱系统或者多声道音箱系统。（System Level）
　　主观调音的真正奥义是取舍，人做的是＂战略上的判断＂，而不是听得比仪器还准，或者听到根本不存在的声音，除非像车载音响等系统这样很难直接测量的声学系统。
　　我发现行业内部对于声学产品（耳机和音箱）的研发和评价更多的还停留在单体层面（单个扬声器单元或单个扬声器），而对系统层面的研究少之又少。（毕竟卖的只是单体）
　　回归正题，实际上，仅仅对于扬声器单元和箱体设计等并不需要太多的主观评价。因为通过常规的客观测试结果已经很大程度上可以推测出声学产品的实际表现。
　　而主观调音也根本不是一些＂耳机调音大湿＂和有些HiFi发烧友YY的那样对音乐进行＂二次艺术创作＂，更多时候是尽可能解决单元硬件和声学环境上的缺陷或不足。
　　如果对一套声学系统进行主观调音，可能音质音色的调节只占大约20%的工作量，声场的调节大约占30~40%，平衡声场与音色的表现有时可能占高达50%的工作量。第三个问题 低频管理/低音炮分频
　　有低音炮就必然也涉及到分频。如果是只有一个低音炮的系统，通常如果想要不止一个皇帝位，分频点调节可能比多低音炮系统更难，或者说相位调节需要一定的妥协，考虑到更多的位置。
　　这个问题的难点的最终极体现在车载音响系统。
　　通常一个品牌车载音箱系统拥有一个（或两个）超重低音（Subwoofer）和四个低音单元（Doorwoofer），当然，发烧友管这个叫中低音，但实际上车厂通常管这个就叫低音单元。不过这个名称并不重要。固然现在车载音响系统有很多模式，但是如果是全部乘客模式，需要车内的四个位置低音表现都比较好。但通常事情并不是这样简单的。可以调节低音炮与多个低音单元在驾驶位置叠加相位匹配，但此时可能低音炮在后排与多个单元的叠加相位干涉导致后排低音效果不好。此时可以通过调节不同门低音单元的相位使得后排低音表现较好，但可能发生不同门低音单元之间的干涉导致前排低音表现不好。可以通过分配不同低音单元增益比例均衡一定的干涉但是可能导致低音提前到达limiter而导致动态范围问题。而调节门低音单元相位本身又可能导致牵连到更高频段的相位导致声场与音色问题。等等等等。
　　一句话总结就是——牵一发而动全身。
　　总之这是一个取舍和往复调试的过程。当然，即便是简单的低音分频系统，有时也不是但凡把相位对其就是最优解。有时还需要考虑实际情况和音箱与低音炮本身的特性确定分频点等。
　　多声道系统相位与立体声系统的区别，其实并不是相位本身的区别，而在于多个扬声器直接的相互作用与立体声回放系统存在区别而导致的，或者也可以解释为非对称系统与对称系统的区别。一些相关的零散内容
　　模拟电子混合分频
　　有不少大师例如前JBL HiFi音箱与家庭影院总工程师Greg Timbers自己的JBL Everest DD67000就采用模拟电子混合分频，通俗讲就是同时采用LCR分频电路和DSP数字分频系统。
　　可控指向性有时意味着较高的灵敏度，例如号角。如果没有衰减分压电路，也就是模拟分频器的一部分，可能对功放的底噪表现要求很高。所以模拟分频器可能使得高音在无源状态下的灵敏度与其他单元达到一致水平。数字分频的优势在于可以进行一些细微调节，例如分频点附近Q值与增益的微调，有时这些细微调节是很难通过模拟器件精确完成的。顺带还可以做DSP房间校准~
　　分频点如果单元衔接比较极限，可能存在更多不稳定因素
　　分频比较极限时可能出现分频点处的功率压缩或者THD tolarance问题。THD tolarance问题可能对于量产产品更需要考虑，个人DIY发生的概率不大。结语
　　如果你真的也从多方面理解我这篇文章所讲的内容，就会发现很多这个行业发生的事情本身就很滑稽。很多所谓的＂发烧知识＂和约定俗成的说法有多么荒唐。一些高喊着＂发烧＂的人对声音和真正与声音相关的事物并不在乎，也不想去了解。天下之大，本就无奇不有。音箱耳机行业是少有的黑白颠倒的行业，尤其是耳机行业。