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3．需要澄清的误解
对电路设计不够精通的人，往往以级前分频难以更改分频点，不适合各种二分频喇叭组合音箱使用来指责级前电子分频存在不能通用的缺陷。事实上，若只是要达到让各种二分频喇叭组合音箱都能使用的要求，人们可以采用两阶有源低通与反相后再相加得到高通的分频电路。把两阶有源低通输入端上的两只同阻值电阻换成各串联一只5.1K固定电阻的20K双联电位器，就能使分频点在f～5f之间连续可调。由于二分频喇叭组合音箱的分频点多在2KHz以上，7KHz以下，当分频点能够在f＝1600Hz、5f＝8KHz的范围内任何选定时，并不存在分频电路不通用的事情。即便要采用三阶有源滤波电路，也可以使用三联电位器来调节分频点。根据实测结果，使用三阶有源滤波电路与反相后再相加得到另一通道的电路并未发生某些频率被加大幅度的情况。而对二分频喇叭组合音箱，使用二阶有源滤波电路已经足够。即便是三分频方式，采用反相后再相加得到中音通道的加法电路，也没有可感觉出来的问题。唯一出乎意料的是，将全音频反相后与低通、高通信号相加，得到的中音带通信号幅度只有输入信号幅度的2/5，也即比低通、高通输出信号幅度要小3/5，并不是与低通、高通输出信号幅度一样大。这使得连在后面的中音单元放大器必须比高音单元放大器和低音单元放大器的电压放大倍率高1.5倍，才能在中音单元放大器输出端得到相同幅度的电压幅值。这个现象在我自87年开始研制电子分频放大器后的7年中一直没有找到中音响度比低音和高音相对要低8dB的原因，曾以为是电子分频放大器本身具有的特点。直到后来采用示波器对电路上各个环节进行检测之后，才发现问题出在经加法电路得到的中音幅度只有输入信号的2/5，必须在后级功放做相应的放大补偿，才能使高、中、低音喇叭的输出声压达到一致。没有实践经验的人，误以为制做电子分频放大器需要对每个声频进行实听测试，这其实是一个严重误解。无论是级后分频音响系统，还是级前分频音响系统，每个喇叭本身的声压频率特性曲线都与放大电路无关，并且喇叭的声压频率特性曲线不是理想化直线，上下起伏能保持在±2dB范围内已经是很良好的使用区间。所以，人们只能根据喇叭在工作频段的平均灵敏度，调整各个单元放大器的输出电压幅度与所驱动的喇叭匹配。当高、中、低各单元喇叭的平均灵敏度都相同时，高、中、低各个单元放大器的输出电压幅度也要求相同。人们只要用接近10KHz、4KHz、400Hz的三个同幅度信号分别验证高、中、低各个单元放大器的输出电压幅度相同就OK。如果使用的某个单元喇叭灵敏度偏低或偏高，可以通过提高或降低相应的单元放大器电压放大倍率进行匹配。然而，由于实际使用环境会导致各个频率的声压变化高达±10dB，高音和低音相对于中音的声压误差在±3dB之内并不会产生好坏差别，因此对高、中、低各个单元喇叭的平均灵敏度要求，实际可放宽到相差±2dB之内。以中音喇叭平均灵敏度为90dB来说，高音喇叭和低音喇叭的平均灵敏度在88dB～92dB之间，都不需要再对各个单元放大器的输出电压幅度进行调整，全部以相同的幅度进行输出。真正需要作出严格检测的是分频电路的元件参数是否达到实际需要的设计要求，这个工作是电路设计人员应该完成的事情，一旦验证符合要求，使用者只要按要求采购符合设计参数的元件进行组装即可，并不需要每个使用者再去对各个频率的衰减状况进行检测。如果元件出现参数错误，也会在用10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号分别进行检测时发现问题。正确状况下，高音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为：4KHz幅度约为10KHz幅度的一半，而400Hz幅度应该不到10KHz幅度的1/10；同样，低音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为：4KHz幅度约为400Hz幅度的一小半，而10KHz幅度应该不到400Hz幅度的1/10；中音放大器对10KHz、4KHz、400Hz三个同幅度输入信号的输出幅度应该表现为：10KHz幅度约为4KHz幅度的一半，400Hz幅度只有4KHz幅度的一小半。当高、中、低各段声频的上下分频点实际相差±10时，并不会对综合表现结果产生可感觉出来明显影响。
4．必须纠正的混淆概念
自90年代开始流行3D系统之时，就有商家出于自身利益，故意制造混淆视听的概念。按照他们的宣传，低音是没有方向性的声波，因此左右声道只需要合用一只低音单元，并且可以将它随意摆放在室内任何位置。关于低音没有方向性的理论根据，是源于低音波长比人的头部直径要大得多，左右耳朵听到的低音声压强度几乎完全相同，因而分辨不出低音来自那个方向。人们如果是用耳机来听立体声播音，当左右耳朵听到的低音声压强度相同时，确实分辨不出低音来自何方向。左右耳朵听到的低音必须具有声压强度差别，才能分辨低音来自偏向左或右方一侧，并且分辨不出是来自前方还是来自后方。但用两只音箱对立体声进行播放，左右音箱发出的低音声压强度相同，也会根据存在的相位差使合成声波前进方向按照相位差确定的方向前进。人体的听觉神经虽然区分不了左右耳朵接受到的声波相位差，却可以根据人体各部分皮肤感觉到的声波压力差别分辨出低音来自空间某个方位。所以，Hi-Fi音响的低音重放决不能使用耳机，更不能把左右两个声道合用一只低音单元。只有在受到使用环境条件的限制下，比如在书房和卧室里几乎没可能安放大体积音箱，在仅有狭小地方的商铺里也不能按停音要求摆放两只大体积音箱，为了使重放声音感觉尽可能好一些，人们才被迫把左右声道的低音成分合用一只低音单元喇叭进行播放。这便是3D音响系统的由来，3D是指由三个独立音箱进行重放。即：一个合用的低音箱与两个左右声道主音箱。最早的3D系统制作很简单，直接把左右音箱低音单元合并装在一个箱子中，再把左右音箱里的中高音单元移出来装在两个小体积箱子之中。为了缩小低音箱体积，可用单只双音圈低音喇叭，左右声道功放各驱动其中一个音圈，直接通过电容器把左右声道功放输出的中高音取出接到中高音单元上。实际使用发现，当低音箱被单独摆放在远离中高音单位的地方后，左右声道小音箱的播放声频仍须保持达到200Hz以下才不显得过于单薄。而从低音箱发出的150Hz以上声音如果不与中高音紧紧合为一体，其感受将很不是滋味！因此，必须以150Hz作为上限制作左右声道合用的低音箱，同时把150Hz作为左右声道主音箱必须达到的重放下限。但有人故意把负责播放150Hz以上音频的左右声道主音箱设计得很小，只有一只拳头大小，再同时把左右声道合用的低音箱摆放在不显眼地方或看不到的床底下。从而让刚见到这种播放系统的人们感到很意外，误以为是某种高科技成果！由于左右声道主音箱与左右声道合用的低音箱相比很像天体中的大星球附近的小卫星一般，便把体积很小的左右主音箱改称为卫星音箱。必须指出，由于采用只有拳头大小的音箱，所能使用的喇叭口径很小，只有1.5吋，喇叭谐振频率在240Hz～340Hz之间。为避免振动盆超出允许范围出现打底声，只能让其播放280Hz以上声频！从而导致150Hz～280Hz声频丢失，听感极不自然。美国BOSE音响公司推出的“休闲”系列产品，便是由日本的山本先生设计的这种明显存在缺陷的3D音响系统。其实，BOSE音响公司制造的“休闲”系列3D音响连重低音箱都没有设计好，播放重低音时箱体会产生严重振动回声。国内老牌的上海飞乐公司早在80年代也已经制作出这种只使用拳头大小音箱的3D音响系统，仅作为效果演示给大家参观。95年开始出现多媒体电脑后，美国Packard bell公司最先把音响放到电脑显示器上，而美国Packard bell公司最先推出的那套名叫“响尾蛇”的带超低音箱的3D多媒体音响系统正是由我设计出来。大众想不到，Packard bell公司是把超低音箱设计在显示器底部的半球形座子中，仅有1升容积，安放任何一个按照正常要求设计制造的4吋喇叭上去都只会产生“啪、啪”打底声，后来是我和另一位国内的喇叭制造专家为它制作出专用的喇叭，同时设计了根据音量大小自动提升高低的音控电路，才在全世界有5家大公司同时竞标的情况一举夺标。之后，国外公司用了一年时间才完全仿制出相同效果的多媒体音响系统。其实是音质极其糟糕的破玩艺！为了让这些具有特殊要求的多媒体音响正常工作，前置电路加入了必要的高通、低通有源滤波电路，而这些电路与Hi-Fi音响中的电子分频电路是两码事。差之毫厘，误之千里！
5．级前电子分频功率放大器有什么缺陷
1993年第8期《音响世界》杂志以“音响如是说”为题，发表了我写给刚创刊半年的《音响世界》主编的一篇关于对Hi-Fi音响如何进行评价的研究文章，同时刊登了我提供的一个采用4只TDA1521功放IC设计的电子三分频功率放大器电路和所用印刷电路板供大家参考。不久，邓加欣在93年第11期《音响世界》杂志上发表了回应文章，指出：“电子分频相对功率分频而言确有其优点，但也不应一概而论。电子分频对有源滤波器的要求同样是苛刻的，且由于有源器件的引入，也增加了一些工作不稳定的因素，这就使设计难度加大，成本提高。也许这就是电子分频功放不能普及的原因之一。” 邓加欣的见解代表了不精通电路设计的大众思想。其实，当时刊登的那个采用4只TDA1521设计的电子三分频功率放大器尚未把经过加法电路得到的中音带通信号比从高通、低通有源滤波器输出的信号幅度小3/5的现象予以解决，使用单电源供电也没有做稳压电子滤波处理导致输出具有较大的交流声，开机存在很吓人的冲击声。真正明显存在的问题并没有被看出来，而不用担心会带来问题的有源滤波器反到成了吓阻人们走向进步的理由。实际上，引入有源器件并不意味着必然出现工作不稳定，噪声增大，反应速度不够等问题。确实有人设计出工作不稳定的有源滤波电路，那是因为他们考虑不周，把电路设计成了容易产生自激的临界状态。而就噪声方面来说，有源滤波器不对信号进行放大，即便采用四运放LM324和与运放之皇同档次的四运放LM837做对比，二者在作有源滤波器使用时表现相同。仅是LM324工作到1KHz以上就开始产生波形失真，到4KHz的输出波形已经面目全非！这便是在80年代里，最先推出四运放LM324，只能使用LM324做有源滤波器或作多段音调调节器时，音质会明显变糟糕的原因。但在不久推出四运放TL084之后，TL084的转换速率与LM837处于同档水平。用TL084做有源滤波器，即便信号频率达到150KHz也没有出现波形失真，在噪声方面的表现也与使用LM837无差别。特别要指出的是，大众对稳压电源的使用存在似是而非的误解，以为所有稳压电源都会导致响应速度跟不上反应要求。实际上，只是在使用开关类稳压电源供电时才会出现稳压响应速度跟不上反应要求的情况。但只要把输出电压检测反馈电路设计成光电藕合方式，同时把开关稳压电源的最大输出电流设计为功放部分最大工作电流的两倍，并在靠近功放的电源线位置加入容量足够大的储能电容器负责提供瞬态大电流，使用开关稳压电源也不会发生响应速度跟不上反应要求的现象。若是采用大功率场效应管设计的稳压电源，更不存在响应速度不够快的问题。真正发生的问题是电源所能供给的电流达不到功放瞬态输出的大电流要求，解决办法应该是适当增大电源变压器容量，同时在靠近功放的电源线位置加入容量足够大的储能电容器负责提供瞬态大电流。前置电子分频电路采用普通三端稳压器也已经能提供足够使用的电流，但是在前置电子分频电路与功放合用一个电源供电时，功放电源电压出现大波动会导致给前置电路供电的稳压器因输入电压波动过大而使输出电压发生相应波动，这将引起前置电路静态工作点发生变动并把它叠加到分频电路输出信号之中成为提供给功放的干扰信号。情况严重时，整机会发生剧烈振荡，只得关机。最根本的解决办法,是让前置电子分频电路单独使用一只小变压器供电，按照一点共地原则将前置电路与各个功放的输入地端连接，这将使采用正负双电源供电的电子分频功率放大器只有极轻微的背景噪声。注意前置电子分频电路一定要作屏蔽处理，从分频电路输出到功放输入端的信号连接线也一定要使用屏蔽线，方能消除由于环境电磁波感应产生的严重背景噪声。不知道这些设计常识，去给前置电路增加伺服稳压电路，结果当然是无什么改变，只具有心理安慰作用。简言之，电子分频不存在对电路设计很外行的人士所以为的那些问题。真正的致命问题是在人们还没有制造出大功率集成放大电路之前，功率放大器如果使用分立元件制作，整个体积十分庞大繁琐，而采用输出功率不超过24W的功放IC来制作，高、中、低各单元喇叭不能输出足够大的声压，尚不能与级后分频方式相抗衡，这才是制约它未能在上个世纪得到普及的原因。
