利用数字有源分频滤波器，提升高端有源扬声器性能

波器的性能

　　实施有源分频器，必须注意滤波器的规格，以便保证最佳的音频性能。例如，除非采用适当的架构，否则解析误差可能导致噪音水平提高。

　　在数字放大器中，滤波器通过一组双二阶分级创建，每个分级提供一个二阶特性，而类型则由大量的系数确定；在本例中，5个24位系数形成一个分级。

　　保证系统能够解析和处理所有预期的输入信号，需要考虑计算精度和系数位宽。例如，放大器动态范围目标为116dB时，35位的计算精度可以保证过滤而不产生噪音或失真，系数解析度大于20位。

　　数字滤波器的实施

　　我们可以利用一种现有的扬声器设计，来说明实施无源和有源滤波器的性能差异。图4显示的是图3的无源分频器与高、低音驱动器连接时的特性。

　　图4：连接驱动器的无源分频器特性

　　效率较高时，纳入填充电阻器可以使高音信道减幅。采用数字分频器，在配置放大器和滤波器时进行简单的增益调整，即可轻松解决这种差异。这样的调整还可以改善高音信道的信噪比（SNR）；因为灵敏度比较高，所以保持较低的噪音水平比较好。

　　采用一个双二阶滤波器分级，将系数进行调整以配合无源分频器和驱动器组合，可以复制数字高音单元的实施，见表1。

　　表1：高音双二阶滤波器设置

　　欲实现不太平滑的低音特性，需要四个双二阶分级。低通设置为2.2kHz，两个峰值滤波器分别设置为150Hz和1.7kHz以实现较小的偏移，另外一个高通设置为450Hz，见表2。

　　表2：低音双二阶滤波器的设置

　　这些设置的结果见图5显示的特性，非常接近无源分频器。

　　图5：连接驱动器的无源和有源分频器特性

　　主要特性的测量

　　测量三个主要的特性，对比采用无源和有源分频滤波器设计的扬声器的音频性能。

　　使用Audio Precision分析仪测量总谐波失真和噪音（THD+N）以及交调失真（IMD）。负载均为4Ω，最终目的是揭示分频器产生的性能差异。

　　因为两种系统结构不同，所以应进一步通过阻抗来测量性能。阻尼因子，即两种阻抗之间的比值，对于音频性能有着非常重要的影响。

　　每种情况均采用相同的放大器架构；30W双信道数字放大器基于CSR DDFA CSRA6600/6601芯片组。无源分频器时，绕开放大器滤波器DSP；有源分频器时，放大器DSP配置前述的滤波器架构。

　　THD+N

　　图6显示的是无源和有源低音滤波器在500Hz时的THD+N和功率特性对比情况。

　　图6：无源和有源低音THD+N和功率，4Ω负载

　　很明显，无源滤波器的失真和噪音水平要高得多，而且当输出功率增加时，情况将进一步恶化。

　　图7显示的是有源分频器在22W时的THD+N和频率，在整个音频段上高低音单元的THD+N始终保持较低水平。THD+N持续低于0.005%，并且从没超过0.01%。

　　图7：22W时有源高、低音单元的THD+N和频率，4Ω负载

　　IMD

　　图8中，交调失真性能的对比情况更为明显。该FFT采用SMPTE测试，测试频率为60Hz和7kHz；并对比了14W时有源和无源低音滤波器的性能。

　　图8：14W时无源和有源低音单元的IMD特性，4Ω负载

　　无源滤波器不仅产生较高水平的交调失真，而且低频率时噪音也很高。在无源情况下，这种底噪可通过信号幅度进行调整，但对于有源分频器来说，它则是恒定的。

　　阻尼因子

　　有源分频滤波器的另外一个性能优势是阻尼因子。阻尼因子是驱动器负载阻抗与放大器系统输出阻抗之间的比值。阻尼因子越高，就能够越好地控制驱动器音圈的运动，从而提高音频性能，尤其是低音频率范围中的音频性能。

　　在无源分频器的情况下，输出阻抗由分频器组件确定；而在有源的情况下，则为放大器输出阻抗。如果数字放大器为闭环，如本例所示，那么放大器输出阻抗将会非常低。

　　表3对比了无源和有源分频器在各种频率情况下实现的低音信道阻尼因子，其中负载为8Ω。

　　表3：对比无源和有源低音信道阻尼因子

　　无源滤波器在1500Hz时的阻尼因子非常低，是因为无源组件LC谐振频率为1752Hz，而非分频器频率。通过简单模拟可以清楚地展示这种谐振，见图9。数字实施则可以彻底避免这些谐振峰。

　　图9：模拟无源低音滤波器特性

　　结论

　　测量结果说明，实施有源分频器可以获得显著的优势。

　　降低THD和IMD的潜力非常大。阻尼因子的值可以提高数十到数百，阻抗异常则完全消除。这些特性的改善可最终提高声音的质量。

降低失真水平可提高清晰度，从而显示更多的声音细节，并更好地区分各种乐器。减少底噪调制可以突出动态，并且较低的底噪还方便解析极低的细节水平。较高的阻尼因子可实现卓越的低音控制，从而