扬声器技术指标及其相关问题浅谈

technica · 发表于 2009-5-28 00:03:31

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音响系统

了解扬声器如何工作，以及为什么音箱是绝大多数音响系统的关键
这是怎样一种情况？清晰的音频流经过最先进的数字处理设备处理后由先进的功率放大器进行放大，最后通过木质音箱体中的锥形纸盆呈现给听众。
该链结的薄弱环节在于音箱，通常称为扬声器。任何系统的最终音质都要完全依赖于扬声器再现上行部分提供的优秀音频的能力。
在过去的一个世纪中，商业扬声器经历了漫长而稳步的发展。相反地，系统的电子部分则以极快的速度在物理属性和研究方法上经历了根本性的改变。
然而，仅因为转换器（扬声器）没有跟上对应的电子部分发展步伐的话，并不意味着一切都失去了意义。
恰恰相反，即使是当今最好的设计也不可能实现人们想要的惊人性能。了解扬声器如何工作，以及为什么音箱是绝大多数音响系统的关键
扬声器内部有什么部件？
扬声器的任务是将音频系统的电子信号转换成人类可感知的声能。在绝大多数情况下，输出越接近输入，效果就越好（即高保真）。
明白无论是使用多么优秀的扬声器，不符合标准的输入声源总会减损音质这一点也很重要。
专业扬声器通常会在一个音箱中包含多个单元（组件）。最常见的设计被称作“两分频”，由两个组件共同提供输出。
两分频设计中通常包括一个15英寸或12英寸直径的锥形低音单元，一个小型（1到1.5英寸）高音单元和一个能提供指定覆盖角度的号角。
总体展示一下典型的两分频扬声器组件：在木质音箱或是现在使用越来越多的聚化合物材质音箱中有位于号角上的单元、分频器和锥形低音单元。
对于再现低频的低音单元，箱体会提供一个平面直接将输出辐射到四周环境中。
相反，若是直接将单元处理的高频发送到覆盖区域中，几乎无法聆听到。因此单元必须匹配号角，以配合在指定频率和扩散角度下将单元输出的声波延展到周围环境中。
因此，号角/单元的安装大大提高了效率，只需要几瓦的输入就能提供整个房间的响度。
在扬声器内部，输入信号通过无源分频网络被分配到两个单元，通常称为分频器，直接将低频分配到低音单元，将高频分配到高音单元。

扬声器内部部件

传统扬声器工作起来更类似于汽车引擎，其中音圈的运动类似于活塞运动。都是由往复的移动提供完成工作所需的动力源——转动驱动轴或传播声波。
汽车发动机使用汽油作为燃料，而扬声器则是使用功率放大器的电子输出。为发动机提供匹配的燃料，对于优化性能来说都是必不可少的。
扬声器和功率放大器之间是一种给与和索取的关系，放大器推进扬声器自然状态下的平衡（音箱内、外等压），而扬声器则向放大器推回信号，从而改变放大器的输出。
放大器控制振幅的能力被称为阻尼因子，它对于整体性能而言很重要。优化它是最近很多生产商生产有源扬声器的理由之一。
主要技术指标
面对众多扬声器品牌，要针对应用选出最佳产品无异于谚语海底捞针的情况。
可以通过声誉良好的生产商们对行业标准规格的遵守情况来轻松缩小范围。技术指标包括对频率响应、灵敏度，可承受功率和方向性的评定。
频率响应可以衡量扬声器再现的10个倍频程以内，人类能听到的输入信号的好坏程度。
工程技术中存在的阻碍是，独立扬声器组件的声波物理组成和适于实际应用的扬声器尺寸、重量的限制阻碍了完美频宽重放要求。
低频波的长度能达到56英寸，而高度则只有半英寸。建立一个可以忠实再现这些极端尺寸及其中一切内容的设备几乎是不可能的。
进一步的复杂化设计要让音箱尽可能的小巧而且美观。
指定的频率响应与诸如“+/-3dB（分贝）”等一系列定义数字关联密切。而如果指标没有范围限定，得到的数字就没有意义，因为任何扬声器在一定电平上（即-45dB）都能再现各种频率。
标准不平坦范围是+/-3dB，而事实上的频率不平坦度相对宽泛为6dB，而且这应该是最大可用差额。对于全音域设计来说，50Hz到15000Hz（15kHz）的频率响应就可以成为标准性能的基准。
灵敏度类似于频率响应，只有当参数被明确界定后它才具有意义。灵敏度常用的规格包括“1w/1m”或一瓦特、一米。
如果扬声器数据表上列出的灵敏度是“87dB@1w1m”，那当扬声器的输入终端使用一瓦功率时，扬声器正前方一米远处能产生87分贝的轴上声压级。
在同一位置上使用两瓦功率会产生90dB的可衡量输出，要考虑到功率加倍才能使输出增加3dB。
因此，256瓦的输入意味着有111dB的输出，根据平方反比定律，它会在距扬声器8米处降至93dB——距离加倍后，指定位置的声压会降低6dB，因为距离加倍后需要4倍数量的音箱来达到相同的声压。
相比之下，有同样频率响应、更灵敏的扬声器（92dB@1w1m）在8米距离处能提供98dB。输出中有5dB增益是白得的，因为它没有投入更多输入却得到了额外输出。正如所有设计一样，不管怎么说，折中和灵敏度只是部分难题而已。

得与失

功率承受能力的设计充满了矛盾，增加了某些东西，将会拾取另外一些。
例如，改善功率承受能力的简单方法就是让单元更强有力，这会导致单元灵敏度下降，使得整个音箱的输出声压没有增加。
功率承受能力很重要，将保证扬声器系统的使用寿命。考虑到不确定因素是现场音箱的核心问题，有可能扬声器接收的输入峰值电压量会远远超过正常级别。
面对那些不可避免的峰值，是否能够承受巨大输入电平将会有两种截然不同的结果：系统性能奄奄一息或持续稳定的工作，
当扬声器生产商夸大其产品可承受高输入电平的能力数据时，问题就会产生。我们应该将其中最低的数据可以作为扬声器长期功率承受能力的参考。
根据不同的品牌，长期通常被定义为四、八或二十四个小时持续运行清晰的输入信号。
节目功率往往额定为额定功率的两倍，它意味着扬声器能在更短的时间里处理音乐信号的功率。
顺便说一句，令人印象深刻——但却没有用处——这评价的就是峰值（或脉冲功率），它代表了系统能在片刻间维持的功率数量。
指向性是指扬声器控制其输出位置的能力。低指向性适用于要在近程距离中布置广泛的覆盖范围，而高指向性则擅长于要着重应用模式控制的情况。
大波
由于声波的物理特性，指向性控制具有频率依赖性。它可以相对简单的控制较小高频的声音分布，但却很难控制10英尺长波长（100Hz）的去向。
一般来说，号角的口开的越大，低频指向性控制将更有效。例如，两英尺的号角口相当于把控制降到了约50Hz处。
因此，号角指向定为60×40度，将只对长于号角尺寸的波长有指向控制。
高频尽管易于控制，但是往往会紧密的集中在一起，使得号角设计者要去开发诸如恒定指向技术以帮助高频的扩散。
当然，这种强制控制会产生新的异常情况，而这就需要通过进一步创新技术去解决。
虽然现代商业扬声器在基础上与老产品没有区别，但有了现代技术的计算能力和快速创新，而未来的扬声器可能最终能够摆脱其目前的束缚/限制。
但眼下，频率响应、灵敏度、功率承受能力和指向性等问题就是进行客观判断的参数。如何让这些规格真正转化为主观上的音质——又是另外一回事了。

方雪 · 发表于 2009-5-29 22:16:47

欣赏了，谢谢楼主发布啊，我收藏了啊

wanglinjin · 发表于 2009-7-24 21:37:23

点赞了，谢谢楼主发布啊。

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