知識篇 一

技術·特性·要點

揚聲器

揚聲器(簡稱音箱)是音響系統的喉舌,直接影響還音的音質,是音響系統最關健的部份。它如像歌星的嗓子,有了好的歌喉,才能唱出優美動聽的歌曲。因此,如何選擇好聲音宏亮、音質優美、失真極微、工作可靠的揚聲器是廣大用戶共同關心和追求的目標。

一)如何選擇揚聲器?

揚聲器實際上是一種把可聽范圍內的音頻電功率信號通過換能器(揚聲器單元),把它轉變為具有足夠聲壓級的可聽聲音。為能正確選擇好揚聲器,必須首先了解聲音信號的屬性,然后要求揚聲器能 “原汁原味”地把音頻電信號還原成逼真自然的聲音。
　　人聲和各種樂聲是一種隨機信號,其波形十分復雜。可聽聲音的頻率范圍一般可達20HZ-20KHZ;其中語言的頻譜范圍約在150HZ-4KHZ左右;而各種音樂的頻譜范圍可達40HZ-18KHZ左右。其平均頻譜的能量分布為:低音和中低音部分最大,中高音部分次之,高音部分最小(約為中、低音部分能量的10/1);人聲的能量主要集中在200HZ-35KHZ頻率范圍。這些可聽隨機信號幅度的峰值比它的平均值均大10-15DB (甚至更高一點)。因此揚聲器要能正確地重放出這些隨機信號,保證重放的音質優美動聽,揚聲器必須具有寬廣的頻率響應特性,足夠的聲壓級和大的信號動態范圍。我們希望能用相對較小的信號功率輸入獲得足夠大的聲壓級,即要求揚聲器具有高效率的電功率轉換成聲的靈敏度。此外我們還要求揚聲器系統在輸入信號適量過載的情況下,不會受到損壞,即要有較高的可靠性。還有一點是用戶希望能買到“物美價廉”的好產品,即性能價格比高的產品,最后還要考慮產品的配套方式,外形結構和吊裝方法等條件。

二)技術應用
圖片
    揚聲器系統有許多與音色效果和使用場合直接有關的技術特性,為了用好用活這些技術特性,用戶必須對它們有所了解。

2.1) 二路(二分頻)和三路(三分頻)揚聲器系統

音頻信號的頻譜范圍很寬,把20HZ-20KHZ的信號要用一種揚聲器單元是無法滿足整段頻響的;因為一般的12寸以上大口徑揚聲器單元,低音特性很好,失真不大,但超過1.5HZ的信號,它的表現就很差了;1-2寸的高音揚聲器單元(高音壓縮驅動器)重放3KHZ以上的信號性能很好,但無法重放中音和低音信號。于是就有了由各種頻響特性單元組成的揚聲器系統,由低音(含中低音)和高音(含中高音)兩種單元組成的稱為二路揚聲器系統,由低音、中音和高音三種單元組成的稱為三路系統。
　　二路揚聲器系統結構簡單,造價相對較低,為了解決缺少這段中音頻率.于是有些廠家用了一種折衷的方法,即在分頻網上把低音單元的頻響特性向上移動,把高音單元的頻率特性向下移動。另外一個問題是,分頻交叉點頻率只能設定在500HZ-2KHZ之間,而此區域正是人聲和樂聲頻譜的重要部分。因此在聽覺上會留下“空洞”感和可聞的失真(當然分頻器的斜率特性大些,例如,18DB/倍頻程,此缺陷可得到一些補償)。亦因為如此,二路揚聲器對喇叭單元的要求相對較高,假若單元的性能不佳,整個揚聲器系統的聲音就不夠平滑,或有嚴重的相位失真。
　　三路揚聲器系統各單元的特性可不作折衷,充分發揮它們各自的長處,兩個分頻交叉點可選在中音人聲和樂聲頻譜重要部份的上、下邊緣處,對音質沒有任何影響,故三路揚聲器系統小了聲音的失真,提高了聲音的清晰度,改善了低音和高音間交叉頻段的性能,增加了揚聲器系統的功率處理能力。因此是文藝演出、音樂廳和歌劇院擴聲系統的最佳選擇。

2.2) 靈敏度和最大聲壓級
　　揚聲器單元是一種電信號與聲音之間的換能器,要求它能以相對較小的輸入功率換成很宏亮的聲音,這就求揚聲器有較高的聲壓靈敏度。「靈敏度」實質是一種「轉換效率」的體現。各類揚聲器系統由于設計技術、選用的材料和生產工藝等多方面的差異,靈敏度的差異也很大。靈敏度是指輸入揚聲器單元1瓦的電功率,在揚聲器軸線方向離開1米遠的地方測得的聲壓級大小。如果兩種揚聲器的靈敏度相差3DB,要達到同樣大的聲壓級輸出,需要增加電輸入功率一倍,因此靈敏度較高的揚聲器能發出較大的聲音。
　　揚聲器系統的輸入功率能力一般都遠遠大于1瓦(一般都在100瓦-2000瓦之間),因此實際使用時都可輸入這個最大允許的電功率。以額定最大功率,輸入揚聲器,在揚聲器軸向1米處生產的聲壓級稱為最大聲壓級 SPL MAX。例,靈敏度=100DB,1W/1M的揚聲器,若具最大功率承受能力為1000W,則SPLMAX=100DB+30DB=130DB,1M。另外大家關心的間題是兩個相同聲壓級的揚聲器箱放在一起的合成聲壓級到底增加多少? --------- “回答是：在室內混響聲場兩倍半徑以外的地方約增加3DB。”
　　這里就引出了一個性能/價格比的經濟核算問題。例如，一個SPL1=90DB的音箱,單價為5000元,另一種音箱的SPL2=99DB,單價為2萬元,如果系統要求達到99DB的聲壓級,那么聲壓級低的音箱要用8個(8×5000=4萬元),另一種高聲壓級的音箱只要用1個(2萬元)就足夠了,此外8個音箱還需用8倍的功率推動,更增加了投資成本。

2.3) 失真和音質
　   音質是一個比較抽象的評價,亦沒有可能在文件上標稱,只能采取主觀的聽音比試。通常,靈敏度和音質是有矛盾的,生產商需要在兩者中作適當的平衡。一般來說,中低價的產品,均以靈敏度作主導,追求性能價格比。而高價位產品偏重音質。而最高層次者是兩者兼備。

2.4)「個性」與「共性」
　　在此又再引伸出另一個相對抽象和主觀的性能評價。擴聲用的音響,有別于家中的HI-FI音響器材,必須兼容性非常高,因為每個場地都可能演出不同類型的節目從歌劇到搖滾音樂會,亦可能只是以語言信號為主的報告會...故其音響系統必須要兼容不同的節目源,做到「平均性」的優異,即不能偏重于某一個用途。而家里的HI-FI音響器材,只需要照顧一個人或一小撮人的口味,其產品的「個性」是容許存在。但作為專業擴聲系統器材,則這種「個性」將會變成「局限性」或「缺陷」。專業擴聲器材需要為一大群公眾服務,節目內容經常變換,「共性」是基本要求,兼容性要強,不同性質的節目都要有「平均」的表現。除此之外,專業擴聲器材必須是無“無渲染”,“不夸張”,“忠實”地將音源還原。這就是「共性」或「共用性」。

2.5)揚聲器系統的指向特性
　　揚聲器發出的聲音通常在低頻段(低于200HZ)的聲音是無方向性的,在各方向均勻傳播。但在高頻段時,聲音的傳播呈現較強的方向性,這個指向特性(各類音箱均不相崐同)正是我們在系統設計中要加以應用的。優良的恒定指向特性可在現場布置時把聲波的能量集中到觀眾區,避開聲波的強烈反射面和聲場互相干擾。試舉一個比較容易相差明白的例子,市面上的手電筒。一支普通的手電筒與一支有聚光功能的手電筒,價格可以相差數拾倍。一般的手電筒就算其功率與聚光手電筒相同,但光線無法投射很遠,而且無法控制投射區域。音箱的高音部分與手電筒的光線相當類似。若只需要有聲音,什么檔次的音箱都能辦得到,就等于任何一支普通手電筒也能照明一樣了。但作為大型工程,必須有效地控制聲場分布及考慮可投射的距離。指向性的優劣,足以影響工程的成敗,必須選擇有優良指向性的音箱。揚聲器的指向特性使偏離軸向的聲壓級隨偏角的增大而壓級逐漸減小;同時聲壓級又隨聲波傳播距離的增加按距離的平方成反比而衰減,在距揚聲器遠近和方位不同的聽眾區,若將這兩種衰減選擇得當,就可使兩種衰減互相補償,從而使聲場更為均勻。大型工程需要覆蓋相對比較闊的區域,單只音箱通常不足以應付,需要將多只音箱拼合成音箱群(陣列)。而在陣列揚聲器系統中,恒指向特性可使音箱之間的中、高頻段的聲波在音箱間不產生干擾。用具有上述恒指向特性的一對揚聲器組成八字型擺放,可以覆蓋單個音箱的一倍。否則,聲音在音箱前方已經互相干擾,嚴重影響聲場的均勻度和聲音的清晰度。

2.6)揚聲器系統的功率處理能力
　　揚聲器系統的功率處理能力(或稱揚聲器的額定功率)是一項重要技術參數,它代表揚聲器承受長期連續安全工作的功率輸入能力,了解揚聲器的功率處理能力,首先必須懂得揚聲器驅動器是如何損壞的,驅動器的損壞模式有兩種:一種是音圈過熱損壞(音圈燒毀,過熱變型,圈間擊穿等),另一種是驅動器的振膜位移量超過極限值,使揚聲器的錐型振膜和/或其周圍的彈性部件損壞,通常發生在含有很多大振幅的低頻信號。聲音信號不是一種純正弦波信號,而是一種隨機的,這些隨機信號可用三個參數來表式:有效值(RMS)又稱均方根值,是以信號峰值等幅的正弦信號的一種測量結果,接近于平均值,基本上代表信號的發熱能量。
　　峰值(PEAK)是信號達到的最大電平,對于正弦波來說,峰值電平大于有效值電平3DB,對于音樂信號來說,峰值電平超過有效值可達10-15DB,在評定一種揚聲器的位移能力時,峰值是重要的。峰值因子,用來說明峰值電平與有效值電平的比率,對于按AES2-1984的粉紅色噪聲源來說,峰值因子為6DB,即峰值電壓是有效值電壓的4倍。揚聲器的功率處理能力是按(AES2-1984)處理后的粉紅色噪聲信號連續加2小時工作后,其電性能和機械性能的永久性變化不大于10%的情況下測得的技術參數。

2.7)加載(受熱)后的聲壓級下降(又稱功率壓縮)
　　所有產品說明書上標稱功率都是各廠家自定的,是音箱在廠方選定的測試信號和條件下的最佳值。當音箱進入工作狀態(譬如等于或大于滿功率20秒之后),音圈和磁體受熱溫升后,由于它們性能下降改變了受熱前單元的原有特性,這時,實際的聲壓輸出就會減少。常規音箱,如音圈溫升60℃-80℃,常見額定聲壓級下降3DB為容限,如音圈散熱優異,而溫達100℃以上,實際的聲壓下降可達6至8DB,這是相當驚人的下降。如前文題及,增加一倍的音箱只提升聲壓級3DB,若音箱聲壓級下降達6DB,要彌補這么大的聲壓級下降,必須由原來的一只音箱增加至四只。非常遺憾,音響工業界沒有標稱這種聲壓級下降的習慣,用戶只能自行比試各種品牌擇優選用。若要改善這種聲壓級的下降,必須更好的改善揚聲器單元的散熱設計。

2.8) 揚聲器單元的阻抗
　　揚聲器單元的阻抗包含,電感量,電容量和電阻值。電感和電容是隨頻率而變化的。雖然在揚聲器系統中標稱一個阻抗,例如8歐姆,4歐姆,但這個數值會跟隨頻率變化而改變。假若阻抗變化太大,將會影響整個音響系統的穩定性。JBL最新的DCD雙線圈差驅動設計是將阻抗變為「純電阻」性,不受頻率變化而影響,讓整個音響系統穩定工作。

三)如何提高揚聲器系統的可靠性
    日常生活中,即使是在功放和揚聲器系統的功率匹配相當的情況下也會發生揚聲器單元受損的事件。其原因有 :

1. 操作不當,功放輸出功率過大                                   

2. 演出達到高潮時,場內氣氛熱烈,需要提升聲壓,在加大信號時,話筒輸入信號過大,引起功放過載削波,失真波形產生大量諧波,損壞高音單元。                                    

3. 話筒產生強烈聲反饋嘯叫,功放強烈過載,損壞揚聲器系統。為此,現代新型揚聲器系統采取了多種保護性措施,這些措施可分為兩類:

(1) 提高揚聲器單元的散熱力,使其在過載時不發生過熱損壞。

(2) 在揚聲器箱中安裝限幅保護裝置,當驅動功率和峰值電平超過揚聲器的額定值時,限幅器把超過的功率電平用非線性電阻(燈泡)對音圈進行阻止。這些措施,提高了揚聲器抗過載的能力,但也影響了聲音的動態范圍,使音域不夠寬廣,音色感覺模糊和暗淡。因此,最好的辦法還是在功放上采取措施,使它的輸出不產生削波和功率過載等問題。

鑒賞音響的基本概念
　　我們要提高對音樂的鑒賞能力，一定要多的、聽、多做比較。沒一種樂器豆油其獨特的頻譜、音色、播放一首樂曲時，音箱系統放出的音色與實際樂器演奏的音色有哪些不同，偏離多少等。為了進行聽力對比，首先該來了解一些聲學名詞概念、人耳的聽覺特性和音響設備的主要技術參數指標。

一、電聲學名詞解釋

1、純音：它有兩種含義：
　　(1)指瞬時聲壓隨時間作正弦變化的聲波；(2)指具有明確單一音調的聲音。
　　2、基音：是指復合音中頻率最低的成分。
　　3、泛音：復合音中頻率高于基音的成分，其頻率可以是基音頻率的整倍數，也可以不是。各種樂器用不同演奏方法能產生數量和強弱各不相同的泛音成分，?即使基音相同也能具有不同的音色。
　　4、聲波：彈性媒質中傳播的一種機械波，起源于發聲體的振動。聲波范圍為2 0 H z一2 O K H z、頻率高于2 0 K H z的聲波為超聲波，頻率低于2 0 H z的聲波為次聲波，超聲波和次聲波一般不能引起聽覺，?只有頻率在兩者之間的聲波才能聽到，我們把能夠聽到的聲波稱為音波或可聽聲。
　　5、聲場：指媒質中有聲波存在的區域。不同的聲源和環境可以形成不同的聲場。
　　6、響度：又稱“音量”，人耳對音量大小的一種感受取決于聲強、頻率和波形。
　　7、音色：
　　又叫“音品”，主要由其諧音的多寡及各諧音的相對振幅所決定。

二、人耳的聽覺特性人耳對聲音的方位、響度、音調及音色的敏感程度是不同的。存在較大的差異。
　　1、方位感：人耳對聲音傳播方向及距離、定位的辨別能力非常強。人耳的這種聽覺特性稱之為”方位感“。
　　2、響度感：對微小的聲音，只要響度稍有增加人耳即可感覺到，但是當聲音響度增加到某一值后，即使再有較大增加，?人耳的感覺卻無明顯的變化。通常把可聽聲按倍頻關系分為3份來確定低、中、高音頻段。即：低音頻段2 O H z一1 6 0 H z、中音頻段1 6 O H z一2 5 O 0H z、高音頻段2 50 0 H z一2 0 KH z。
　　3、音色感：是指人耳對音色所具有的一種特殊的聽覺上的綜臺性感受。
　　4、聚焦效應：人耳的聽覺特性可以從眾多的聲音中聚焦到某一點上。如我們聽交響樂時，把精力與聽力集中到小提琴演奏出的聲音上，其它樂器演奏的音樂聲就會被大腦皮層抑制，使你聽覺感受到的是單純的小提琴演奏聲。這種抑制能力因人而異，經常做聽力鍛煉的人抑制能力就強，我們把人耳的這種聽覺特性稱為“聚焦效應”。多做這方面的鍛煉，可以提高人耳聽覺對某一頻譜的音色、品質、解析力及層次的鑒別能力。

三、影響音質、音色的主要技術指標
　　1、頻率范圍(單位H z)：功率放大器在規定的失真度和額定輸出功率條件下的工作頻帶寬度。即功率放大器的最低工作頻率至最高工作頻率之間的范圍。
　　2、頻率響應(單位：分貝d B)：功率放大器的輸出增益隨輸入信號頻率的變化而提升或衰減和相位滯后隨輸入信號頻率而變的現象。這項指標是考核功率放大器品質優劣的最為重要的一項依據，該分貝值越小，說明功率放大器的頻率響應曲線越平坦，失真越小，信號的還原度和再現能力越強。一套好的音響器材，除要把各種樂器的音韻再現外，還要把各種樂器演奏的位置、距離、場面再現出來。

四、高保真的含義
　　無論個人偏愛的是哪種色調或機型，如果播放出來的音色與原來樂器演奏的音色有聽覺上的差異，就不能算是一臺好設備。高保真音響(H i—F i)的真正含義是高還原度。如果你的音響設備不能還原出原有樂器的音色韻味，那么就稱不上高保真設備。當我們利用主觀聽覺判斷某一音響設備時，要充分注意這一點，不要因個人的偏愛而影響正確的判斷與鑒別能力的提高。

什么是均衡器
　　均衡器是一種可以分別調節各種頻率成分電信號放大量的電子設備，通過對各種不同頻率的電信號的調節來補償揚聲器和聲場的缺陷，補償和修飾各種聲源及其它特殊作用，一般調音臺上的均衡器僅能對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進行調節。均衡器分為三類：圖示均衡器，參量均衡器和房間均衡器。

   一）圖示均衡器
      亦稱圖表均衡器，通過面板上推拉鍵的分布，可直觀地反映出所調出的均衡補償曲線，各個頻率的提升和衰減情況一目了然，它采用恒定Q值技術，每個頻點設有一個推拉電位器，無論提升或衰減某頻率，濾波器的頻帶寬始終不變。常用的專業圖示均衡器則是將20Hz~20kHz的信號分成10段、15段、27段、31段來進行調節。這樣人們根據不同的要求分別選擇不同段數的頻率均衡器。一般來說10段均衡器的頻率點以倍頻程間隔分布，使用在一般場合下，15段均衡器是2/3倍頻程均衡器，使用在專業擴聲上，31段均衡器是1/3倍頻程均衡器，多數有在比較重要的需要精細補償的場合下，圖示均衡器結構簡單，直觀明了，故在專業音響中應用非常廣泛。

   二）參量均衡器
       亦稱參數均衡器，對均衡調節的各種參數都可細致調節的均衡器，多附設在調音臺上，但也有獨立的參量均衡器，調節的參數內容包括頻段、頻點、增益和品質因數Q值等，可以美化（包括丑化）和修飾聲音，使聲音（或音樂）風格更加鮮明突出，豐富多彩達到所需要的藝術效果。

   三）房間均衡器
      用于調整房間內的頻率響應特性曲線的均衡器，由于裝飾材料對不同頻率的吸收（或反射）量不同以及簡正共振的影響造成聲染色，所以必須用房間均衡器對由于建聲方面的頻率缺陷加以客觀地補償調節。
　　頻段分得越細，調節的峰越尖銳，即Q值（品質因數）越高，調節時補償得越細致，頻段分的越粗則調節的峰就比較寬，當聲場傳輸頻率特性曲線比較復雜時較難補償。