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[电力接插件座] 在音响音质中喇叭线的作用

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小秋1979 发表于 2005-11-1 21:27:00

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在音响音质中喇叭线的作用% d& U% I6 Q4 n& P- |0 |) u
2 ?8 N* w3 D" p! y) d( i: P  D; K
  音响喇叭线有讲究吗?1 t0 u! L! k1 b( p4 P4 {9 g

0 c& U2 D- S/ |% ]% t8 e+ R8 W  喇叭线在电子物理上充当什么组件,是一条导线、一个铜块、一个阻抗匹配传输线、一颗电容、一个电感、还是一个电阻?那些夸夸其谈喇叭线的人,是真懂还是唬烂骗钱?到底谁是巫师,谁是麻瓜?; f1 h: v  @4 Z; g/ J1 g
5 w% M+ Y% N* y9 P$ Q! L' O
  以下分享自一篇网友的“电子学”学习日记,看看他是如何探析个中缘由。5 N  N4 F  p& l7 N  {8 K
6 h2 ~/ p* l3 k6 i
  我是学电子学的,音乐素养很差,我都是假装听懂音乐、歌剧、交响乐,钢琴演奏,男高音、女高音。但其实我只是在玩音响设定,欣赏外观及其电路规划。由于我年轻时有设计中级音响的经验,所以自以为可以参加高阶音响讨论。
. \0 j: ~. i% x: l; g% {7 @4 L* e/ e9 K: r4 |; f3 @) b; k" V
  我认为要谈喇叭线的粗细、材质是否会影响音质,首先要了解什么是喇叭,什么是喇叭线,什么是扩音机,什么是阻尼系数。
5 M+ ?' ^, ?. A' ]# i0 ?, _4 e0 G% g) w4 j3 B
  喇叭是什么?( v# K# y  v$ I2 N
, b0 U8 t5 o) _( [( n9 W7 o8 E$ G. }
  8Ω的喇叭为何用三用表量起来却只有0.1Ω?
3 ^7 V. v/ j$ m* V+ Z4 Y
. r8 c4 k, V) R) E  8Ω是用 1000Hz交流正弦波测量到的。至于是用喇叭单体或装入标准音箱,有没有气垫、吸音棉,是用小信号测试,还是大音强时测试,喇叭离墙面多远?怎样设定测量条件,我发现很少资料详细谈到,也没有人音响人真的去测它,因为它们都是行业Know-How(实际知识)。  U. Y6 K5 g* [3 T, J7 _

' P5 b5 W3 [6 U. y6 n  s; m; z  一般书上都说,它是线圈在1000Hz时的的交流电感抗。是真的吗?错!
0 n8 W& M/ |6 K/ H% r  f4 C% A, E2 w7 a/ B$ n& u: J1 t
  其实喇叭在无音箱、大音箱、小音箱时,其阻抗测量值是完全不一样的,如果用手强力压住纸盆,阻抗更是大乱。所以喇叭的阻抗一定不是单纯的是线圈在1KHz时的电感抗。如果不是单纯的电感抗,那它是什么?
* d5 H/ J: P7 w
, J! |1 ]& r; J, p- f3 F, A% t& a  就好像偶极天线用三用表量,电阻是无限大,但是电磁波专家却说它的射频辐射阻抗是72欧姆纯电阻一样。+ ?0 |; R5 a! @: K6 F, |0 `9 J
. j( F( {( i! `/ V: ~, p' Q
  喇叭的8Ω也可看成是纯电阻,是纸盆将能量传到的空气时的辐射阻抗而不是音圈的。% ]& l4 X! m/ a9 y, L3 {$ y
: F5 Q  t. Y) m4 Q4 b
  Z=R+XL=8 Ω" Y, E. h- v9 _
( V% w) W# }; c" j
  XL = ωL = 2πfL" s2 _- @$ ~. t  u6 z, D
' h5 |4 p1 W/ }, P  T; p
  =2x 3.14 x1000 x ? mH=8欧姆
# G0 R$ B% R* l( \1 f/ h1 h4 z& U
2 m& e5 a, G( x! c  但是一个喇叭要处理20Hz至20KHz这个1:1000倍的带宽,实在是很艰巨,便分成三个喇叭:低音 20-200Hz 、中音 200-2000Hz 、高音 2000-20000Hz。5 {/ \, I: w3 ^: q  l7 p

/ g: }: _8 i* L; f$ O* Z  每一个喇叭也要处理1:10的带宽范围。但相比通常无线电射频导波管能处理的带宽1:2 ,顶多1:3,喇叭的工作实在很艰难。  u* j+ s/ n4 {* R
% M+ F0 r9 r' h0 @) x7 J2 Y; H1 B, `% F
  由于音圈是个线圈,所以很多电子学专家,自然的认为它的阻抗8欧姆是来自电感抗。Z=XL=2πfL( f是频率、 L是电感值)% O5 G& i% i. [; F+ t% k0 ^

7 Y+ O5 H$ [* ?+ ~  ~- r  可是实测喇叭在不同频率时的阻抗会发现,阻抗曲线不是完全像一颗电感,乖乖随着频率线性变化。在某个很低的频率例如50Hz时还会突然增高到数十欧姆,而且是呈现电容抗,简单的否定了电感论。
1 ~8 N% z) [" V% Z/ F
1 Q, Z7 }0 v% U- w. F, m  喇叭会受纸盆、音箱、空气压力、密度、湿度影响。换句话说,8欧姆是它1KHz 时的声音「辐射阻抗」而不是一个简单的电感抗XL。
- _( y% w( g0 n; X- w" I! n1 r: u
7 K; C, D  l4 q. b1 ~+ e1 |' m- y5 Q0 d8 e
  扩音机的阻尼系数* @' f9 M4 y5 j2 k# C
. V! y3 a! z/ r" Y# U
  扩音机的末级输出机制就像一颗可变电压的电池,电流由晶体管节制,电力经喇叭线输出,使电流在喇叭音圈上流动,以产生磁场,磁场与磁铁互相吸斥,推动喇叭纸盆,震动空气产生声音。除此之外末级晶体也要提供阻尼,吸收喇叭音圈产生的电力,否则纸盆就会胡乱颤动,这种控制能力称为阻尼。
4 r. P9 `( b1 |7 M7 V- w: N5 [9 @  x0 Y! P' [. H
  由于纸盆音圈有质量与弹性,音箱内的空气有气压,一旦推力结束后,纸盆就会想要弹回,此时喇叭的音圈会划过磁铁的磁力线,依照愣次定理,线圈就会像发电机一样发电。
  Z( G1 L9 k% R; ^0 h! `2 B( p, r, M# v
  这个电力,必须由扩音机的输出阻抗来吸收控制。此时扩音机的末级晶体必须开通,引导电流,予以消耗成热量。就好像汽车的煞车,在下坡时阻止汽车冲下山坡一样。4 v8 d. t; W$ G/ Q1 n6 K7 H
/ ]2 Q# ?4 M$ y. H* |! v# F8 [
  所以阻尼的原理就好像用力推车上桥的人,下桥时也要费力拉住让车不要爆冲下桥,物理学家称之为消耗势能。( Y6 C/ }. f! N1 d- {; N& U- y1 d7 P

6 X5 Y  W  M" J9 K+ w7 |  基本上阻尼就是末级晶体可以提供多少低电阻通路,让喇叭的反电动势被吸收。所以阻尼系数的定义就是喇叭的阻抗与扩音机的输出阻抗之比值。) I0 j6 J; r& S  @
6 Q+ ]5 w* t' n1 Y* `' l
  例如喇叭阻抗8欧姆,扩大机输出阻抗是0.04Ω,阻尼系数就是200,(8/0.04=200)也就是说,0.04Ω有强大力量可以吸收电流,精密控制喇叭纸盆走动的位置。4 U; o$ K# q8 n9 N) Y2 U2 N
, y& Y0 K! |, f4 Q  E/ C
  一般的扩音机规格) r+ b% L% C1 ~8 F. B
( w6 _3 E' H! M% R8 H; M
  0.01%失真值,200 高阻尼系数,是高级晶体管音响的基本功。真空管机通常失真5%,阻尼系数则只有10,质量实在很差,是超级差的,但是真空管机因为阻尼不良,控制力不足,因而产生的偶次谐波失真,却是悦耳的,听起来很温润,没有违和感。所以没有人胆敢说真空管机的阻尼不好,控制力不好,就像没有人敢说国王没穿新衣一样。
$ I" {  U$ u5 d8 }- e: t, Z: a! |( l! s8 e" S1 ?
  丰富的奇次谐波会形成方波,代表激烈冲撞,突然停止,剧烈转向,它可能是波浪拍打礁石,代表危险或有掠食者靠近。8 S9 c* P' X+ p* x
: u; ]1 v- U, \, A  b) v; P4 X
  所以人类听到偶次谐波失真时会很舒服。; j' M  r5 P4 h6 _

1 N5 C# {) U" _* H9 O: N  阻尼就像汽车的煞车力一样,法律规定煞车必须要是引擎马力的十倍。扩音机也一样,阻尼至少要达到 10,只是大部分人只当它是一个神圣数目,数钞票用的,不知道为什么需要高阻尼。( F7 V9 k  X2 s* {& t1 z

! a$ Z9 c" X9 y7 t( ]% f1 A  知道「阻尼」的人才有资格来谈喇叭线,否则一切都是清谈、胡诌、堆砌形容词。6 `8 J- ?: O% c: O; B

8 K$ o, m$ Y: F$ z4 w  k  那些金耳朵说什么清脆、高昂、滚珠、温润、饱满。我都听不进去。我要的是可以测量的物理量。
 楼主| 小秋1979 发表于 2005-11-1 22:40:00
喇叭线5 e! ?# x$ e/ O
) ~2 I4 ?2 k- N* p: ^: S4 E% Z' X* p. }
  喇叭线的直流电阻最好是零,以免耗损阻尼系数。设若喇叭线有0.1Ω的电阻,扩音机输出阻抗一样是0.04Ω,那么从喇叭看到的扩音机输出阻抗就会变成 0.14Ω,阻尼系数就只剩57了。好好的高级扩大机阻尼系数200就被降为57。
  g. Y# f$ u. ^' a
8 [/ ?' M, b. Q/ |4 p# `/ S  0.1+0.04=1.04Ω
: ^, u% W% t& q- ]7 T! |
7 z0 O8 ]$ ^- z) Z$ t  8Ω/1.04Ω=57
6 ^  _7 k- W! x; z5 ^% M2 ]* J+ V: B; b/ ~6 @7 @/ ~
  所以喇叭线里的铜线越粗越好的观念基本上是正确的,可是如果粗到直流电阻只有0.0001欧姆,意义就不大了。因为这时的串联值是:" T7 Y* B( T) E. S4 y6 t

* n1 X) W0 [- G  0.04+0.001=0.0401 Ω0 S$ ^+ a! T  ?1 y* C; y

1 P; P5 @/ f0 F( r4 M  阻尼 8Ω/0.0401Ω =199.59 r6 S1 K0 t7 [/ t5 ^/ {  D: N/ }
7 j( v9 E8 w6 f( _* `: B' x7 x
  所以3公尺以下喇叭线粗到AWG 12以上就渐渐没有意义了。使用更粗的线只是浪费铜矿,增加重量而已。
+ G! l* Y" B. d1 K: j; c6 I" J* M$ D
! g5 H  N1 `2 I6 Z) |7 m' V# b  电阻1 c% `( T; j) r7 j9 f: I: M
5 O- E7 x' b1 H& L
  一般喇叭线的直流电阻是多少呢?查ㄧ查电工数据就知道。, _7 f. N1 ]3 N$ d! ~
4 K: o& @6 L) M$ i, }& L
  5.5平方的电线每公尺约0.003Ω
; P% E- d. |- L& u" r) g
0 n3 @, E9 i  A, i0 S0 J8 r7 |' Y3 K  8平方的电线每公尺约0.002Ω; W' [( w" {  u- s" p* @( y
4 s% P! @2 L1 Q& B& K2 K
  14平方的电线每公尺约0.0006Ω1 Z( n* o# S* u% b9 Z8 r  b; r
+ ~% K3 H6 q0 u3 y$ Q% {
  所以三公尺长喇叭线来回共6公尺
- r  w2 R/ z. C. I' R5 I, c
: K0 V& i7 h1 l  5.5平方线电阻约0.018Ω。
; `. R4 M: M& D5 U9 t7 r# y. \; X, V1 d& X2 u3 ~
  8.0平方线电阻约0.012Ω。
0 L  ~& }9 ?+ w0 F) k% H! t3 j6 c4 G  D  s0 K
  14平方线电阻约0.0036Ω。
+ j; ]) L* M( Y
& W; m$ w& w  z  喇叭线加扩音机阻抗后% Z3 d  D9 l3 \+ p) k
3 Q/ S6 n" v7 H* k$ Z2 N
  5.5平方 0.04+0.018=0.058 Ω$ A0 t* h/ H( n9 T0 ?

1 C* B: ^5 Q" A: ^6 T/ D  8.0平方0.04+0.012=0.052Ω
% o% }6 p% ]: @8 X: M3 w4 m2 i# Z8 }, N: _) e
  14平方 0.04+0.0036=0.0436Ω
* e3 r* g7 E2 v+ B2 M) ]
* M6 n. B& D' x- Z4 @  阻尼系数
& \* K* M0 g# y. T. d
; {" c* J# ]/ c* q( N  5.5平方 8/0.058 =137
* o4 r" v0 E* D" p$ |* R. \% P, k- R5 _  M5 W7 y8 Q, v( P
  8.0平方8/0.052=153. [2 q/ E* {5 B( ]2 H

( Z( a! z' Q* D" g+ Q  14平方 8/0.0436=1839 V8 z, u9 M# N- g; A: A

# a; A2 A) e7 K5 ]  所以乍看之下用14平方喇叭线,甚至再粗的铜线好像是有意义的。但是其实现代型低效率喇叭,阻尼系数只要 10 就够了,因为煞车力比引擎马力大10倍其实已经非常足够,再多根本无益,只是商人的宣传口号而已。) ?- _, K7 ^' R3 K1 o1 _; h

: P3 j8 ~' h. R; M; S* z  I; ^* M  喇叭线的电感量与电容量
2 P3 V+ B, ^4 b8 d5 A
$ d6 e& ^1 F, s/ [  电感会阻挡高音通过,电容短路吸收高音。# S' `+ A3 f4 E. O* r  W

  j5 s+ X7 `2 ]0 |( ~+ O6 r  3公尺的喇叭线会有100uH电感及300PF的线间电容量,在频率为20-1000Hz时这些电抗值,微不足道。但是在10KHz -50KHz 时它们就会渐渐变得很重要。倒不是因为怕阻尼变坏,而是怕高频会被移相,混淆定位感。4 i( F9 M% N; b+ C5 ^. Y

6 O/ M' b' S8 C3 F( T0 y& m/ u! z0 J  如何降低电感7 N2 v( T0 p2 F; I% h/ ^( b
' w7 @$ g+ A- q5 N* C9 ]
  若想要减少喇叭线的介入电感,喇叭线要尽量加粗,加粗不是增加铜线截面积喔,只要将原有铜线,拆开打松变胖即可,铜线间要有绝缘体撑开,做成多股,多股不是要防射频集肤电流,而是要产生降低电感值的功能。, c8 S6 V( Z+ [6 C

% R4 }7 N* q5 ]' Q1 _, X  喇叭线间寄生电容& o: F& l/ Z0 s6 `, A( K7 g

8 m& P- F1 z3 v9 s  两条金属靠近就会有电容,越胖的线电容量越大,电容会损耗高频,也会产生移相,常见的平行喇叭线三公尺长时约有100pF电容量,要降低电容量很简单,只要将喇叭线割开,用筷子撑开20公分,电容量就会降到1pF以下。2 E# H4 r/ V9 q. S

: z' ]# Y" ?8 u  所以以后你如果看见1000万元的音响,使用很高级的喇叭线,但是看来很细不胖,而且去回两条线紧靠在一起。你就可以问卖家,这条喇叭线,每公尺的直流电阻、电感、电容量各是多少。: ?$ r" e" i7 y' B- _" K1 x6 q; p/ L

0 Q! B) w+ `! `+ g  传输线特性阻抗
% u* v2 ^! j8 I" S. X9 u
1 u$ ~+ k- N3 _, N  理论上喇叭线跟射频天线的馈线一样,传输线的特性阻抗最好与喇叭的阻抗一样。才不会有反射波。问题是喇叭与天线不同,它没有固定阻抗,例如:/ R: u4 _8 D5 o/ n3 q) D

4 P7 O: b6 S! ?! I$ B' H# V# ^  某高音喇叭在
5 `4 W$ }1 Q" e0 \8 P& K3 z
: T3 M% O$ u. M* l7 f8 m  1KHz时如果是8Ω
2 n0 {4 m* \8 J% Y. M0 g: M( t( |4 H: t4 n: Z% A
  2KHz时通常是15Ω
* f- e9 _' M, l! ^3 `& W2 C+ j6 D/ `* ?1 @0 ?$ A2 Z$ c# L0 B
  4KHz时常常是30Ω
" k6 W4 S, E# u) r
4 X( w- Z& |  }, R4 o+ E1 m  8KHz时是常常是60Ω
0 ?- c( ?8 v/ {
  o9 e" y" O& {1 d* x* W3 b: ?  16KHz时是常常是120Ω
6 s, y$ o5 ?: _% ]$ e5 d- ^! S; q* n: b/ i
  低音喇叭在8 Y, I# l* o" ^: B

/ G+ ?: u- B- p: C, [/ j  1KHz时如果是8Ω5 R) N$ @! k) F! b0 a( I

/ h8 G. W$ O" |4 ^% c/ k+ c8 z  500KHz时通常是4Ω/ x% V+ L! z  j

) |! c! N7 h0 T# [( u) |5 C7 K  50Hz时常常是30Ω
6 _( k  f6 ?$ m; @+ U7 m9 [1 m. i5 C: v$ _2 J7 F
  20KHz时是常常是10Ω& m' g" k2 C! h2 M: p8 {* _
/ M: X0 w: i& I2 [% X7 B: V; }
  所以喇叭线是要设计在0 v$ P; h9 s; U
, I* a5 n( a5 a, X# k
  50Hz时的30Ω,还是: I, O9 f3 z# k. a' S  a
, A( k* \/ n" I; s# I! r
  1000Hz时的8Ω,或是
. Q8 m! n# S# d: i; d. ^7 j" X) A) ~, m3 o/ @, e" v: E& J' T
  8KHz时的60Ω?9 k0 C, d) O4 B6 E$ l" \* J5 C

, ?& T0 ]2 ?% x$ t( c  其实都不对。
+ q1 |! t  k7 ~1 N; Q
7 v! ~# T) Y% W3 H2 F- O  可见喇叭线不可能与射频传输线一样以特性阻抗来讨论。所以喇叭线不是「特性阻抗传输线」,而只是扩大机体的延伸,其导线的电阻、电感量,电容量,只能希望越小越好,无法阻抗匹配。
小晴天 发表于 2005-11-4 05:39:00
哇!受用、学习了!太感谢楼主了… 支持啦!
我的部落格:www.zgycgc.com制作组成员,制作专帖请点击下面链接
mllmll 发表于 2005-11-11 06:40:00
点赞。学一学了
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