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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
: U# J' e7 }4 T) h$ [3 ~9 H  Y# @% D- J6 Q- F
  音响喇叭线有讲究吗?, Q5 y) T9 y+ m% r9 H

6 Q- m/ t7 y: U  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?
6 m8 V8 U+ A) _: ?5 m
# S/ _  r8 K0 q9 q* `5 t5 n  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。
$ l8 n) N' ]2 v3 P
4 O: c5 u+ P& c( Y5 F% g  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。
) Z' P: J0 t# k, A- z* A
! ^- t2 T* r  C6 @4 W* e6 }0 o  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。( u# H, d6 a% Q
# O$ D, t: G! H' f  z) t4 g
  喇叭是什么?) w# x9 [; r" W

3 G9 |' `8 i  n2 A' k  8Ω的喇叭为何用三用表量起来却只有0.1Ω?/ K$ D9 U! H3 s6 V4 c

! E4 t. O- ~1 [3 S$ @1 l  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)。
. r) r& j/ r5 B- Y6 p/ X& z5 X4 x$ C7 d0 x- j
  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!
$ L) Y2 C9 d9 l7 z6 k* S
0 q# k' p+ t9 {$ W7 c  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?
) \7 |% o% u; L4 H$ Z; z5 Z/ w4 L) r% J. N# ~: B! ]* g
  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。
# Y9 U) D7 `& m, h7 K$ _/ s. y- [3 x/ X  m2 F7 a
  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。
" H# p2 ?4 R8 z& K) W
9 X$ w$ w1 f* `) d$ i  Z=R+XL=8 Ω; H, g' n# C% g- C7 T: B

& n* G4 s3 n% H) w4 G7 E" V2 w3 Q1 W  XL = ωL = 2πfL
( v% h3 N9 w/ H8 C5 ?
1 L' y5 O9 C. x- ^) U  =2x 3.14 x1000 x ? mH=8欧姆
9 N/ I- E4 K4 G8 a9 k5 d# k" B* B3 O
  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。
. k3 Q5 `7 x; K: ^9 A# ^( }) Z( C/ q' {8 H; q; ~
  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。
& P' T2 L& O) I
3 w9 C0 c# N% D+ c  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)
' l+ e" C( w. N4 D& f4 _0 s2 H7 A" Y- d; E% `9 B
  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。7 \& p- N' b, S

- X$ n5 }+ r* i# Z  N9 u, U  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。% x  T- g* x: U  Z. ?8 A

% Y2 N9 z, i* I( h
8 o% c4 u6 _; d/ [' P  扩音机的阻尼系数6 D% L0 H/ v4 n0 W

6 c4 M" l. o3 q$ z) b/ e. N8 s/ d  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。
" ?9 G, A3 B9 o; v  m
, i# F! ^* ~1 K: k2 X. ]: l  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。
9 U! i( p9 L. Z6 f2 _( a' H7 D( ]( ?6 l# I7 }4 {/ U$ @8 t2 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。7 L" V, V+ n, C
+ }( s: v1 s$ c% P8 j
  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。
7 V; R9 K" ~6 G
: V* N* {7 H& v, C  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。4 {: U  \- h. O

3 a) j% S( i/ l8 f- a  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。2 Y' W+ |  q* Q8 p
7 M# ]; O; B8 ?' Z
  一般的扩音机规格
2 c& V( J$ f' E
4 F9 Y. \8 ]; G/ U" }" J  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。
; a) s1 _2 Q2 _8 n" ^
8 i) x, _1 H/ G3 d2 s+ o4 C  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。2 U) x# k1 y& y

3 ?4 d, f2 K+ s  所以人类听到偶次谐波失真时会很舒服。' ~) S* \, o: p5 ~
+ V; t: n! d+ W0 d( B: R
  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。+ M& V: _2 g8 y( H

; X: c/ {' D. c/ W! d; Y  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 u0 _: A( F8 D2 u
6 R: h" {2 {0 Q9 \+ g  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# \* }# a2 R2 v$ w' d/ }# U

9 Z  D* |% q$ H% w/ s: A. C7 m) l  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。
' _& f# \  Z  m$ z8 Q, y% B' e6 S
' T( j, D# R# g; @; g& {0 d  0.1+0.04=1.04Ω
& ^( h' i2 i# m; i5 G+ J* U- I. T' a, [+ E. W+ W% F# Y
  8Ω/1.04Ω=574 H; J  ~. ~! @& @# n

/ Q5 @% w+ r# i1 |  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:) Y  r5 `5 I+ T* }9 Q0 ~- B7 N9 B; {# I

. ^! E, ]! H: C  0.04+0.001=0.0401 Ω" i! Y( e/ H: P4 I* u# _
$ U- R, ]! T( b0 V7 U* m( \4 @/ Z
  阻尼 8Ω/0.0401Ω =199.55 L# P/ A+ c, M
6 J! _' O9 U, ]7 h& t6 x7 W
  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。9 Y0 S5 z/ b% f; D3 F

6 d" s; P% _/ W: o# K' A: {  电阻
" p3 f2 I" |; q. N3 ?' u7 D1 Q1 @- M! H& a$ }  O' ^& Z
  一般喇叭线的直流电阻是多少呢?查ㄧ查电工数据就知道。
' w* T# ]2 I) C0 D& t
# g3 A/ E* h; D* u  5.5平方的电线每公尺约0.003Ω3 Z' m, ]+ U1 e$ F9 l

# o: T4 f/ z% Q$ l5 a  8平方的电线每公尺约0.002Ω6 \& d. _) ^  D* H* Y6 r

4 T0 w$ e5 Y7 c- T& ^* I  14平方的电线每公尺约0.0006Ω- Q& r3 F  ^( N% [9 q( j
- K# x& W9 Y) f+ [
  所以三公尺长喇叭线来回共6公尺
: {- A/ E5 X, [, e
( ?/ C0 Z; f. ?8 R- {  5.5平方线电阻约0.018Ω。. E* l$ }4 M6 z' B; w/ W

# T3 ^3 W( Z* n' Q3 @. D9 a  8.0平方线电阻约0.012Ω。$ P& W6 T5 X3 c" f+ q0 ~
5 s/ B+ M6 j7 L+ h0 ^5 R
  14平方线电阻约0.0036Ω。* C1 u+ r! a/ s

& s# m" @0 o+ W+ g  喇叭线加扩音机阻抗后6 x/ K, Z0 z6 E
$ ]8 p3 ^7 F3 h7 z' |
  5.5平方 0.04+0.018=0.058 Ω8 U! y! T! e2 i% `6 e" R

" _5 A8 q3 N9 C  n% w  8.0平方0.04+0.012=0.052Ω% ?0 o7 r7 K5 V! f
5 P1 k, d7 Y! y0 \2 B6 l9 m+ k7 `
  14平方 0.04+0.0036=0.0436Ω6 a. I7 i! D. o/ r, x
/ M) z  x. T' l  w. X; l0 L* k* q/ ~
  阻尼系数
7 s, v/ t% x4 z! m5 i& J. M
4 r7 `9 L1 E* T9 @6 a  5.5平方 8/0.058 =1373 m( J5 E& y$ n6 v! [; u

( Q. ~* q: I7 U, ~  8.0平方8/0.052=153
; r* x5 i+ Q- h% T
* B  H) u! {) i$ b  14平方 8/0.0436=183
8 r! ]( o: }0 B6 ]
/ ^. p4 L% e7 F( {7 q  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。
2 M( D; P, r  n7 [9 h7 ?( d. w  H
  喇叭线的电感量与电容量  ]$ ^; B8 m9 _3 ]/ W; N5 f* T- A

  L- T/ S. \! Y0 w  电感会阻挡高音通过,电容短路吸收高音。
# C# a: Y1 X- s
' d3 K! ?9 r! l% F  ?/ ?' d! X  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。9 Y4 k! l' |) C% l! F8 D

5 n: w; ?9 }: r/ V2 I  如何降低电感
1 C* v: M  f% P( k5 {
) V9 c; D1 K* j  A  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。
% R" h: k& @. ]$ R7 `% V
6 |/ d# H, r5 m: O  喇叭线间寄生电容; k8 H: {5 n% F

! L. A4 L  G! a4 Q  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。
. T9 ?. h* M5 I4 Z, j( X# e9 z) }5 _( m; l$ q
  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。1 s' ^' D8 G' r7 Q3 |0 |# S/ k

0 X, G- M; z0 @! c$ |# b2 O  传输线特性阻抗7 d; y; Y* Q, a' y

! |: h1 r# y4 y+ g# o  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:
  M- M, N* r3 Z+ L9 W* R
; {( L; q, s. r' D8 S, R4 R" d, a3 W9 R  某高音喇叭在! O! \3 z  c5 s

- [/ U3 t. ~# w3 z; ^  1KHz时如果是8Ω
0 s" `; x5 G7 ]6 e
  j- M' s3 k+ e# b# ?; u  2KHz时通常是15Ω+ n- F! S# V, f; B: y* n
6 J$ ^* q* ]  Q3 a8 f( P* z
  4KHz时常常是30Ω% j; w: l. d; f& O; |/ E6 V4 c
7 t) s* _+ o9 f% K
  8KHz时是常常是60Ω4 I, C% B8 o( y8 s4 x+ u6 H; ]! B
( z. y8 T6 L+ U3 E. e! ^& S  }
  16KHz时是常常是120Ω% K9 R& F/ r" r8 P
  _& u: Z  q# G, L$ q  f9 a
  低音喇叭在
1 G$ e" I+ c8 \; M9 \) h  o  M2 i  [2 I  J7 L% V7 f
  1KHz时如果是8Ω9 e$ E. [3 _% O8 G* F* v1 ?

" k' {2 D1 I8 X/ a3 V( O8 P/ g  500KHz时通常是4Ω# l4 N% [' O& \) B

+ T8 H2 a8 {7 P+ s  50Hz时常常是30Ω& r* y5 I- z2 y3 ?

, a4 Z' w( n+ B2 P  e7 l9 O  20KHz时是常常是10Ω, v2 m% \  m+ q9 Z+ {

( b) H4 J" n9 r  所以喇叭线是要设计在
$ R  \9 g) M7 V7 O! \
7 ?! V" K. D; {. A  50Hz时的30Ω,还是
7 a7 _" T4 A' P$ |% t
) K' Y5 {! [2 Z  x  1000Hz时的8Ω,或是" P, _5 |) ?8 q+ Y" g7 M
, _, g- W- u3 P% B7 V: i
  8KHz时的60Ω?6 O  S- h0 x/ l; e2 o

" U1 l- S3 o  ?5 c  其实都不对。
8 F5 F6 ~) U' {6 A2 Q/ {- m
2 l  V+ y( K- `0 p3 r$ i  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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