電子管RC有源分頻器的制作

無論是目前還是今后．雙聲道立體聲仍將是家庭高保真放音的主要方式并將一直廣泛地為發(fā)燒友所采用，它不會因SACD和DVD-Audio高質(zhì)量多聲道系統(tǒng)的出現(xiàn)而消亡。這是因?yàn)殡p聲道系統(tǒng)簡單，調(diào)整和使用方便，系統(tǒng)成本低而音質(zhì)相當(dāng)高。
當(dāng)然．這并不意味著雙聲道系統(tǒng)的音質(zhì)沒有提高的余地和必要。采用SACD和DVD-Audio是聲源方面提高雙聲道音質(zhì)的必由之路。若要進(jìn)一步提高SACD和DVD-Audio作雙聲道重放時(shí)的音質(zhì)，那么采用前級電子分頻器是在現(xiàn)有或原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上最為經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的方案。
本文向讀者介紹一款電子管前級RC分頻器的原理、計(jì)算和制作。電子有源分頻兼有雙線分音、雙功放驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)．其電聲性能比一般LC功率分頻更好一些。
RC分頻網(wǎng)絡(luò)
最簡潔的電子分頻網(wǎng)絡(luò)只采用電阻R和電容C兩種元件即可組成。圖1為一階二分頻網(wǎng)絡(luò)及其特性示意圖。

對于圖1的一階二分頻RC網(wǎng)絡(luò)．無論是高通濾波器還是低通濾波器的元件，均可用下式計(jì)算。

式中fc為高通或低通濾波器的截止頻率即分頻頻率(Hz)．R的單位為kΩ，C的單位為uF。
一階分頻網(wǎng)絡(luò)的衰減斜率不大，僅為6dB/oct(倍頻程)。如果把一階網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)起來，可構(gòu)成二階、三階……分頻網(wǎng)絡(luò)．其中尤以二階網(wǎng)絡(luò)最為常用。圖2為二階二分頻網(wǎng)絡(luò)。

顯然，二階分頻網(wǎng)絡(luò)的衰減斜率由一階網(wǎng)絡(luò)疊加而成，達(dá)到12dB/oct。不過，二階網(wǎng)絡(luò)并非一階網(wǎng)絡(luò)的簡單串聯(lián)，計(jì)算這種網(wǎng)絡(luò)時(shí)．應(yīng)注意以下兩個(gè)問題：
1．后面的一階網(wǎng)絡(luò)是前面一階網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。如果把兩個(gè)完全一樣的一階網(wǎng)絡(luò)直接串聯(lián)起來，就會產(chǎn)生相互干擾。為了避免這種影響，后面的一階網(wǎng)絡(luò)的阻抗應(yīng)盡量高一些。一般可取為前者的5～10倍。
具體一點(diǎn)說，對于高通濾波器(見圖2)，后級的R值應(yīng)取為前級Rh的5～10倍。與此同時(shí)后級的C值則按相應(yīng)在比例減小，即取前級C值的1/5～1/10。同理，對低通濾波器，后級的R值取前級RL值的5～10倍，C值則取前級C值的1/5～1/10。計(jì)算公式fc=159/RC則不變。
2．由于二階網(wǎng)絡(luò)為一階網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成。一階網(wǎng)絡(luò)的衰減斜率為-6dB/oct，即在fc處衰減-3dB(圖3a)。于是兩個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后，在fc處的衰減幅度將達(dá)-6dB(圖3b)，從而使分頻點(diǎn)fc處的合成頻響出現(xiàn)下凹。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，由圖3b可知，低通濾波器的截止頻率(-3dB點(diǎn))fc應(yīng)適當(dāng)提高，而高通濾波器的截止頻率(-3dB點(diǎn))fh應(yīng)適當(dāng)降低。如果分頻網(wǎng)絡(luò)的分頻點(diǎn)取為fc，那么可取fL=1.5fc，fh=fc/1.5。這樣大致上可保證在分頻點(diǎn)fc處衰減幅度仍為-3dB左右，而綜合頻響比較平直無下凹現(xiàn)象。

最后，無論是圖1還是圖2的分頻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際使用時(shí)總要受到前、后級其他電路的并聯(lián)作用的影響，從而使得分頻特性發(fā)生偏移。通常都必須在分頻網(wǎng)絡(luò)前、后各加一級緩沖放大器與其他電路隔離。常用的緩沖放大器是陰極跟隨器。

計(jì)算示例
下面以二階二分頻網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際例子來加以說明
二階二分頻網(wǎng)絡(luò)的分頻點(diǎn)設(shè)為fc=800Hz，求分頻網(wǎng)絡(luò)的R、C值。
計(jì)算高、低通濾波器時(shí)，它們的截止頻率不是fc。對高通濾波器應(yīng)取fh=fc/1.5=800/1.5=533(Hz)；對低通濾波器應(yīng)取fL=1.5x800=1200(Hz)。如果電容仍取C=0.01uF，則高通濾波器的Rh為

低通濾波器的RL為

以上是二階分頻網(wǎng)絡(luò)中前面一階網(wǎng)絡(luò)R、C值(圖5)。

計(jì)算后面的一階RC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，R值一般比它前面網(wǎng)絡(luò)中的R值大(5～10)倍，電容值則小(1/5～1/10)。本例按10倍和1/10計(jì)算。后級的R'值對高通濾波器和低通濾波器分別為R'h和R'L：
R'h= 29.8×10=298(kΩ)
R'L= 13.3×10=132(kΩ)
后級的C'值為：
C'=0.01/10=0.001(uF)
計(jì)算的全部結(jié)果示于圖4中。

圖5為本分頻器一個(gè)聲道的電原理圖，圖中的二階分頻網(wǎng)絡(luò)去掉后面一級RC網(wǎng)絡(luò)，即為一階二分頻系統(tǒng)。

圖7為接線圖。

V1a為輸入緩沖級，另一半作R聲道的輸入緩沖級。V2則作同一聲道的輸出緩沖級，它的電路與V1稍有不同，即柵極加有來自陰極的自舉電壓，因而輸入陰抗比V1更高一些，這對采用二階分頻時(shí)，可減小對分頻網(wǎng)絡(luò)的影響。由于高音揚(yáng)聲器的靈敏度通?？偸潜鹊椭幸魮P(yáng)聲器高一些，故高通輸出接入了一個(gè)50kΩ電平調(diào)整電位器，供調(diào)整作微調(diào)之用，也可直接安裝在機(jī)殼面板上，以便隨時(shí)作微調(diào)之需。
本機(jī)實(shí)測分頻點(diǎn)處的衰減幅度約-3.5dB。由于本機(jī)無增益作用．插入損失約1.5dB殘留噪聲約0.16mV．20Hz～20kHz的串音在-80dB以下。

應(yīng)用
最后介紹一下本電子分頻的三種主要用途。
1．基本用法
電子分頻的基本用法是取代一般音箱中的LC功率分頻，見圖8a和8b。為此需要去掉音箱中的LC分頻元件，然后用兩臺功放(也可以是一臺立體聲功放中的左、右聲道直接驅(qū)功高音和低音揚(yáng)聲器)．本分頻器則用來驅(qū)動(dòng)高音功放和低音功效。此時(shí)只要查得音箱分頻點(diǎn)．即可計(jì)算RC分頻網(wǎng)絡(luò)元件值。此外，音箱最好具備雙線分音接線柱，以便駁接。

2．添加超高音
現(xiàn)在許多發(fā)燒友手頭使用中高檔書架箱或中大型音箱的上限頻率都在20kHz范圍內(nèi)。SACD和DVD-Audio的高頻響應(yīng)可達(dá)50-100kHz。一個(gè)簡單而有效的方式是添加一只超高音揚(yáng)聲器，分頻點(diǎn)可選在10～15kHz。(見圖8c)現(xiàn)在國外市場上已有單獨(dú)超高音揚(yáng)聲器可購，可直接置于音箱上面。超高音揚(yáng)聲器實(shí)際所需功率較小，因此高音功放的功率不必很大。如果兩臺功放的功率一樣大?。嗽诟咄ㄝ敵鲭娖秸{(diào)整電位器(圖6中50kΩ)之前串一適當(dāng)阻值的固定電阻，以免不慎損壞超高音單元。
3．添加超低音
在現(xiàn)有的系統(tǒng)上加一臺超低音箱，分頻點(diǎn)即選為100～300Hz．并盡可能低一些(見圖8d)。超低音箱可用市售的商品箱．此時(shí)就無須低音功放：也可使用大口徑低音單元自制，但需要配一臺低音功放。
有些發(fā)燒友覺得，加超低音后效果反而不好。應(yīng)該說這是一個(gè)普遍現(xiàn)象。其原因主要是房間的聲學(xué)處理不到位。特別是對房間的低頻吸聲量不夠充分。實(shí)際上，只要注意房間的聲學(xué)處理(對低頻加強(qiáng)吸聲處理，再加上選購一只好的超低音箱)，是能明顯改善低音重放質(zhì)量的。