電子管RC有源分頻器的製作

    無論是目前還是今後．雙聲道立體聲仍將是家庭高保真放音的主要方式並將一直廣泛地為發燒友所採用，它不會因SACD和DVD-Audio高質量多聲道系統的出現而消亡。這是因為雙聲道系統簡單，調整和使用方便，系統成本低而音質相當高。
    當然．這並不意味著雙聲道系統的音質沒有提高的餘地和必要。採用SACD和DVD-Audio是聲源方面提高雙聲道音質的必由之路。若要進一步提高SACD和DVD-Audio作雙聲道重放時的音質，那麼採用前級電子分頻器是在現有或原有系統基礎上最為經濟而實用的方案。
    本文向讀者介紹一款電子管前級RC分頻器的原理、計算和製作。電子有源分頻兼有雙線分音、雙功放驅動的優點．其電聲性能比一般LC功率分頻更好一些。

RC分頻網路
    最簡潔的電子分頻網路只採用電阻R和電容C兩種元件即可組成。圖1為一階二分頻網路及其特性示意圖。
 
    對於圖1的一階二分頻RC網路．無論是高通濾波器還是低通濾波器的元件，均可用下式計算。
 
    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。
    一階分頻網路的衰減斜率不大，僅為6dB/oct(倍頻程)。如果把一階網路串聯起來，可構成二階、三階……分頻網路．其中尤以二階網路最為常用。圖2為二階二分頻網路。
 
    顯然，二階分頻網路的衰減斜率由一階網路疊加而成，達到12dB/oct。不過，二階網路並非一階網路的簡單串聯，計算這種網路時．應注意以下兩個問題：
1．後面的一階網路是前面一階網路的負載。如果把兩個完全一樣的一階網路直接串聯起來，就會產生相互干擾。為了避免這種影響，後面的一階網路的阻抗應盡量高一些。一般可取為前者的5～10倍。
    具體一點說，對於高通濾波器(見圖2)，后級的R值應取為前級Rh的5～10倍。與此同時后級的C值則按相應在比例減小，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。計算公式fc=159/RC則不變。
2．由於二階網路為一階網路串聯而成。一階網路的衰減斜率為-6dB/oct，即在fc處衰減-3dB(圖3a)。於是兩個一階網路串聯后，在fc處的衰減幅度將達-6dB(圖3b)，從而使分頻點fc處的合成頻響出現下凹。為了避免出現這種現象，由圖3b可知，低通濾波器的截止頻率(-3dB點)fc應適當提高，而高通濾波器的截止頻率(-3dB點)fh應適當降低。如果分頻網路的分頻點取為fc，那麼可取fL=1.5fc，fh=fc/1.5。這樣大致上可保證在分頻點fc處衰減幅度仍為-3dB左右，而綜合頻響比較平直無下凹現象。
 
    最後，無論是圖1還是圖2的分頻網路，實際使用時總要受到前、后級其他電路的並聯作用的影響，從而使得分頻特性發生偏移。通常都必須在分頻網路前、后各加一級緩衝放大器與其他電路隔離。常用的緩衝放大器是陰極跟隨器。

計算示例
    下面以二階二分頻網路的實際例子來加以說明
    二階二分頻網路的分頻點設為fc=800Hz，求分頻網路的R、C值。
    計算高、低通濾波器時，它們的截止頻率不是fc。對高通濾波器應取fh=fc/1.5=800/1.5=533(Hz)；對低通濾波器應取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
 
    以上是二階分頻網路中前面一階網路R、C值(圖5)。
 
    計算後面的一階RC網路時，R值一般比它前面網路中的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)
    計算的全部結果示於圖4中。
 
    圖5為本分頻器一個聲道的電原理圖，圖中的二階分頻網路去掉後面一級RC網路，即為一階二分頻系統。
    圖7為接線圖。
  
    V1a為輸入緩衝級，另一半作R聲道的輸入緩衝級。V2則作同一聲道的輸出緩衝級，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，這對採用二階分頻時，可減小對分頻網路的影響。由於高音揚聲器的靈敏度通常總是比低中音揚聲器高一些，故高通輸出接入了一個50kΩ電平調整電位器，供調整作微調之用，也可直接安裝在機殼面板上，以便隨時作微調之需。
    本機實測分頻點處的衰減幅度約-3.5dB。由於本機無增益作用．插入損失約1.5dB殘留雜訊約0.16mV．20Hz～20kHz的串音在-80dB以下。

應用
   最後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，然後用兩台功放(也可以是一台立體聲功放中的左、右聲道直接驅功高音和低音揚聲器)．本分頻器則用來驅動高音功放和低音功效。此時只要查得音箱分頻點．即可計算RC分頻網路元件值。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
   現在許多發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範圍內。SACD和DVD-Audio的高頻響應可達50-100kHz。一個簡單而有效的方式是添加一隻超高音揚聲器，分頻點可選在10～15kHz。(見圖8c)現在國外市場上已有單獨超高音揚聲器可購，可直接置於音箱上面。超高音揚聲器實際所需功率較小，因此高音功放的功率不必很大。如果兩台功放的功率一樣大小．宜在高通輸出電平調整電位器(圖6中50kΩ)之前串一適當阻值的固定電阻，以免不慎損壞超高音單元。
3．添加超低音
    在現有的系統上加一台超低音箱，分頻點即選為100～300Hz．並儘可能低一些(見圖8d)。超低音箱可用市售的商品箱．此時就無須低音功放：也可使用大口徑低音單元自製，但需要配一台低音功放。
    有些發燒友覺得，加超低音後效果反而不好。應該說這是一個普遍現象。其原因主要是房間的聲學處理不到位。特別是對房間的低頻吸聲量不夠充分。實際上，只要注意房間的聲學處理(對低頻加強吸聲處理，再加上選購一隻好的超低音箱)，是能明顯改善低音重放質量的。