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[资讯] 监听音箱圣经 选择监听的艺术(一)

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xiaoyao789 发表于 2009-11-14 12:43:18

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一个简单的问题,当你选择音频系统的时候,哪个环节最影响音质——答案是音箱,为什么?因为当大多数声卡都进入0.005%失真度的阶段时,音箱的失真度竟然还徘徊在0.1%左右。自音箱出现100年来,这项指标始终没有突破性进展。因此。想要提高整个系统的音质,投入银子最能起效果的环节就是音箱了——毕竟一般情况下没人能分辨出信噪比-115dB和-120dB差异的。
    一直想要写一篇关于监听音箱技术和选购的全面文章。目前无论是在网上还是网下,都能看到许多网友询问哪款监听音箱好的问题,而回答者则多以主观作为结论。这样,一方面充斥着不同的主观看法,另一方面商家的宣传又很专业、夸张。无论是哪种趋势都是不合适的,本文的目的就是尽可能站在公正立场上解释监听音箱中的技术,并通过一定的示范培养用户自己选择音箱的能力,而不是告诉用户哪款音箱是最棒的。
    (一)音质的决定因素——扬声器
    每当我们打开一款音箱的技术参数介绍,里面总有许多关于扬声器的参数。比如高低音扬声器的尺寸、频响范围还有振膜材料等等。这些数字往往使得用户云山雾罩一般。因此,我们将扬声器的问题分为以下几个主要方面来讲。
    1.口径的争论
    我们经常听到某种说法:“xx音箱的低音单元是8寸的,自然要比6寸的低音好许多”。这种说法虽然很多时候是正确的,可是有多少人知道这种说法片面的一面呢?常见的说法是低音单元口径越大,低音下限越低,回放的低音质量就越好,因此口径越大就越好。但是这种说法只是片面的考虑了一边的问题,忽略了另外一边的因素。我们知道,扬声器不是全才,是专才。所以大家都认同低音扬声器不一定能高质量地回放出高频声音,也就是扬声器擅长的回放频率是有限制的。如图1:
图1
    低音扬声器和高音扬声器擅长的回放频率,超过这个频率,声压级(实际体现就是声音的大小)就会下降到允许范围(正负3dB)之外。中间交界地方的谷,需要通过计算两端合适的位置,使得这个谷在听感上不明显,分频器就是起到决定谷的形状,将对听感的影响降到最低的作用。
图2
    这是一个8寸的低音加上1寸的高音,我们看到虽然低频表现好了,但是高低音中间的谷更宽了。也就需要我们要下大功夫去修补,使得山谷变平川,而处理不好中频就会丢失成分——都坏掉了。对于这种情况,厂家一般有两种方法处理
    a.调节分频器,如果调整的不完美,中频方面就会出现混乱。调整的完美,缺点就会比较少
    b.依靠低音扬声器的性能“硬抗”。有些性能超群的扬声器,往往拥有惊人的频宽。因此这个谷就会窄许多
    对于这两种方法,a很明显是治标不治本,并且很多厂家在这里做得并不好。而b则是高端厂家的杀手锏。这也就是为什么同样是8寸的箱子,有箱子卖2000,而真力敢卖2w的缘故。
    当然,这种靠扬声器的良好性能“硬吃”的办法不是万金油,随着扬声器口径的继续增大,这时候就需要中音扬声器了。因此我们在大型的远场监听上,往往能看到独立的中音扬声器。这样,就可能有三个扬声器负责整个频段。各尽其责,各司其职,以获得更好的效果。
    此外,口径越大的低音,越吃房间。如果你的房间只有10平米,并且没有什么声学处理,那么8寸的低音只能给你带来嗡嗡的失真。而如果房间在50平米以上,则10寸以上口径的低音是不二的选择。
    在这个问题上,我们提供的答案是具体情况要具体分析。8寸并不一定好过6寸,要视房间情况和扬声器性能决定。
    2.单元的失真和分割震动
    要了解题目上所说的专业术语,首先我们要了解扬声器的工作原理。我们常说喇叭出声,而实际上喇叭通过推动空气发声是个很复杂的过程。如下图就是常用的电动扬声器结构图3:
图3
 楼主| xiaoyao789 发表于 2009-11-17 16:34:57
看到结构图,我们可以发现简单的一点——振膜推动空气做功发声。再深入想一下,我们就会很自然想到如果振膜不结实,运动的时候突然形状改变,这时候声音自然就会失真。而形变可以是振膜的内圈运动速度快,外圈速度慢,这种两部分产生速度差异的现象被称为分割震动,会产生严重的失真。分割震动是很难判断的,但是如果你能够看到低音单元在微微震动,而低音单元尺寸又不大,从经验上说很有可能是失真了——人眼能看到的震动一定是很低的频率,这种低频往往在扬声器的频响范围之外。如下图4是丹拿的大音圈单元。
图4
    这样的单元由于音圈很大,造成分割震动的机会就会相对少很多。而理想的振膜,要求是一个完全的刚体的同时,保持很轻的质量,即能够在工作时产生位移但是不产生形变。
    3.几种典型的振膜材料
    振膜材料,也就是我们在广告上看到的低音扬声器采用xxx振膜,xxx材料等等。而这个xxx,却是可能连材料专家都不知道物质。或许某一天真的出现了月球物质,火星物质等等……
    这里所要说的问题在于以前在发烧界流行过的唯振膜论的观点。该观点认为只要一看振膜材料,就能够判断音箱的声音好坏甚至档次,可谓是神话了。实际上任何一种材料的振膜,都有高低档之分,比如价值10元的多媒体音箱采用的多是纸盆单元,而价值10多w的监听中,也有使用纸盆单元的,因此不能一概而论,唯振膜论马首是瞻。但是,可以通过振膜材料,大致判断声音的走向。这里要注意,是大致,而不能完全作为结论。下面我们就分别举几个例子:
    金属膜高音:典型的代表是真力(Genelec)、JBL和Samson的Resolve系列监听。金属由于刚性比较强,在快速运动时不易发生形变,失真小,因此瞬态表现极好。但是也有声音过亮,听感略显刺耳的弱点。比如真力的高音,明显非常亮,甚至略微发尖。此外还有、一些发烧厂商的金属高音单元,高音的表现相当惊人。
    丝绢膜高音:典型代表是丹拿(Dynaudio)的高音单元。丝绢膜高音音色柔美,不刺耳。缺点在于高音上限不高,瞬态表现一般。但是丹拿的高音单元,在这方面的造诣相当深厚,其高音不但柔美,而且上限很高,瞬态也很好。
    凯芙拉防弹布单元:这是近些年风靡的设计,著名的B&W以及ATC均有类似的音箱问世。所谓防弹布喇叭,是指振膜用Kevlar(凯芙拉,俗一点的译为“功夫珑”)纤维制造的扬声器。凯芙拉具有相当硬的情况下有相对轻巧的质量的优点,因此比其它材料更加接近理想振膜的条件。
    4.振膜位置、工作方式
    带式高音:带式高音是一种模糊的分类,其可以分成等磁场带式高音或者加速磁场带式高音。或者按照振膜材料分为铝带高音等等。带式高音由于更接近于理想振膜的状态——运动时产生位移但是几乎不形变,因此拥有普通动圈扬声器不可比拟的优点。用麦克风作比较来说,如果普通扬声器相当于动圈麦克风,那么带式高音就相当于电容麦克风。带式高音在失真度、瞬态反应上具有压倒性优势。但是由于其需要的电压不是220V或者110V,所以需要额外的变压器。而在后端引入变压器,将会导致相当大的相位失真,即便是相当昂贵的变压器,也无法彻底消除这一点。因此带式高音的优势被抵消了大部分。但是其优点我们不能否认。采用带式高音的监听音箱有著名的Adam,如下图5:
图5
    同轴单元:一般的音箱,我们往往看到高音在上,低音在下。虽然看上去没问题,但是从声学原理看,由于高低音在人耳的距离不同,导致高低音会产生相位差异。到了人耳这块就变成相位失真了。而同轴单元,正是根据这一点设计的。其高低音在同一轴上,因此更接近现实中点声源的情况。相位表现非常完美。目前采用真正同轴单元设计的有英国的天朗(Tannoy)和KEF,天朗著名的音箱如下图6:
图6
    全频单元:由于一般的单元的频带宽度问题,所以要有高低音之分,有了两个单元,中间的
    “谷”就需要细心调节分频器。但是由于各种因素,这些调节往往不能达到预期的目的。因此有些厂家就想到设计一个全频带的单元,这样不就丢掉了分频器的大麻烦了吗?而且简化了设计就等于降低了成本,并且可能提高音质。著名的全频带单元包括Fostex出品的一系列单元,品质较高。
 楼主| xiaoyao789 发表于 2009-11-22 09:39:06
   号角箱:有一种扬声器的外型很有趣,从扬声器外观看到的不是扬声器单元,而是像喇叭花开口一样的号角,这种外型奇特的扬声器就叫做「号角扬声器」。号角投射的地区声音更集中、音量更大些,这就是号角的好处。就如同我们向远方喊话,需要用手掌在嘴边合拢,号角的原理就从这里来。Klipsch可以说是号角的先驱,其次还有著名的JBL。
图7:JBL4425的号角
    (二)功放和分频器的学问
    分频器的主要作用在于将声音信号分配给不同的单元,比如一个100Hz的声音,就不该分给高音单元。分频器是一对音箱的灵魂,它直接决定了音箱的音色。其实质上是一个滤波器——负责使得低频或者高频信号分别通过,然后分配到各自的单元做功。我们通常会看到有些音箱数据中标注-6dB/OCT或者-12dB/OCT和-24dB/OCT,这里的数值用术语称之为分频器的阶,-6dB被称为1阶,-12dB为2阶,也就是说每增加6dB,就增加一阶。而6dB代表什么呢?-dB代表是下一个倍频程衰减的声音大小是6dB。比如你将截止频率(从哪个频率开始衰减)设定为440Hz,那么在下一个倍频程的声音就要衰减6dB,再下一个倍频程再衰减6dB。有兴趣的朋友不妨研究一下滤波器的原理,就能更加明白怎么回事了。
    1.认识SPL,蝠频和相频、瀑布图
    大家在监听音箱的背后,一般能看到一个声压曲线图,也就是我们通常所说的频响图。如图8:
图8:LMS频响曲线图
    频响图的横轴是频率,纵轴是声压(SPL)。所谓声压,用大白话描述就是声音对你的压力,简单说就是声音的大小。此外有些音箱后面还有一个三维的瀑布图——瞬态响应与累积频谱衰减图。
图9:瞬态响应与累积频谱衰减图
    这里所要阐述的概念还有幅频和相频。我们都知道声音的振幅决定了声音的大小,因此我们所说的频响图,就是一种幅频图。而相频,就是声音相位和频率的关系。这里面,就是厂家容易玩猫腻的地方,下面我们细细道来。
    2.低端音箱的平直曲线是怎么来的?
    我们用户所看到的频响曲线,一般都是要比“太平公主”还要平的。想想也是,如果厂家拿了一个很“性感”的频响曲线给你,恐怕就没人敢买它家的监听了。我们看这些曲线,有时候甚至能发现有些2000元监听的频响曲线,竟然要比2万元监听的还要平,这是怎么回事呢?问题的答案就需要回到前面的分频器了。我们知道分频器的实质是滤波器。而声音通过滤波器之后,虽然被过滤的声音是随着频率的增加呈衰减,声音相位的变化却不是线性变化的。说明白、简单些,就是声音通过滤波器之后,其相位会产生失真,而这个失真在截止频率附近是最大的。在这个时候,从幅频曲线上看虽然很平,但是相频曲线却是一团糟。这就使厂家的猫腻了,可惜厂家永远不会让用户看到相频曲线的,因为相频总是不如幅频那么平!那些昂贵监听,一般都是因为扬声器的性能很好,分频器不需要太费劲去填补漏洞。而如果扬声器性能不行,则只能走“邪路”——对分频器进行了多重相位补偿。而后者的难度和失败率也是很惊人的,不过也有歪打正着成为经典的——BBC的著名人声监听LS3/5A,就是因为极其复杂的相位补偿造就了迷人的中频。因此,当大家看到频响图的时候,除了看看高低音的上下限之外,无其它参考意义。
    3.储备功率和烧音箱
    我们还要讨论的一个主要问题,就是功放的功率问题。这里首先问:“一个大功率的功放容易烧音箱还是一个小功率的功放容易烧音箱呢?”这个问题很有迷惑性。对于功率不足的功放,当声音开大后,小功率放大器出现饱和了,输出存在大量直流成分,很可能会烧掉低音单元。还有,小功率功放当动态很大的时候,容易因失真急剧增大出现大量高次谐波,这些高次谐波很可能导致高音单元烧掉。因此,对于功率这方面,千万不要配小了。
    4.做工用料很重要吗?
    目前很多朋友,喜欢将音箱拆开看看如何,结果就出现了真力一肚子烂草这样的事情。用料固然重要,但最重要的还在于设计。换句话说,再好的设备,如果使用者水平不行,也出不来好东西。音箱也是如此,再好的料,如果设计者不行,还是出不来好东西。而许多发烧友,看到5532或者3886就大叫垃圾,很显然是不正确的。因此,对于音箱来说,电路设计比用料要重要很多,可惜能做到这一点的用户,实在是太少了。这也就是厂家为什么能玩猫腻的缘故。
    (三)箱体
    扬声器做运动的时候,箱体要受到很大的冲击,因此在箱体设计上有很重要的一点——避免谐振和驻波。而我们首先想到的办法,就是加重箱体。一旦箱体重了,也就稳定许多。所以从某种意义上说,箱体是越重越好。而厂家在箱体内部设计上,通常喜欢在内部打上不规则的木条,这样可以加强整体结构,杜绝谐振的产生。此外还有一点是关于箱体的大小,一般来说,箱体越大,低音的下潜和量感越好,同时音场感觉良好。因此箱体大是有很大优势的。目前市面上比较火的ICON监听,良好的声音很大程度上得益于又大又沉的箱体设计。
    目前的箱体设计比较常见的有两种:闭箱和倒相箱
    闭箱最早是AR公司发明的技术,早先一直是采用障板式设计,也就在AR发明了所谓“气垫式”专利后(即闭箱)才名符其实地成为音箱了,闭箱的特点是低频力度好、反应迅速、低频清晰有力,但是下潜深度有限,低频量感不足。
    倒相式是在密闭箱的基础上增加了一载导管(倒相管),导管一端跟箱内的空气连通,另一端通过箱壁上的开口(倒相口)通往箱外。当喇叭单元的振膜运动时,一方面直接对外辐射声波,另一方面又压缩(或扩张)箱内的空气。使箱内的控制气从倒相口排出来,这样,倒相口就成了策动空气的“第二振膜”,如果设计得巧妙,倒相管-箱体系统可以刚好使振膜后向辐射的声波倒相180度(倒相箱因此而得名),这样从开口处辐射出去的声波就与振膜前方辐射的声波同相了,而同相的辐射使声能得到叠加,于是加强并延伸了音箱总体上的低频响应。倒相箱和密闭利用了振膜的后向辐射能量,因而效率比较高。故此目前倒相式与闭箱成为目前设计的两大系统,其它较常见到的还有空纸盆式(被动辐射式),其原理与倒相式相同。我们如果看到音箱箱体上有孔或者是狭缝,就可以判断是倒相箱了。
    (四)无源还是有源?
    有个很悠久的话题,那就是到底是无源监听好呢,还是有源监听好呢?实质上此问题需要比较才能得出结论。有源监听是现成的声音风格,也就是快餐一样,标准。而无源监听,就好比自己烹饪一样,可能性很多。而具体结果,就要看是你手艺高还是快餐厅大厨(有源监听设计师)的水平高了。而很多时候,你可能确实比不过大厨。还有某些情况,你是老板,实在太忙了,这时候还是吃个汉堡包比较合算一些,不是吗?当然,如果你水平极高,又对“烹饪”非常感兴趣,那么无源监听就是你的唯一选择了。

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