音响侠客行六十: 六指琴魔大战聋耳陈: 喇叭与耳朵 (上)

第尾才子

音响侠客行六十: 六指琴魔大战聋耳陈: 喇叭与耳朵 (上)

对于土豪而言, 除了换线材之外，会换喇叭也是很牛的。可是，由于人耳的主观性不同，因此也没有一定的标准。而且, 一直到今天, 喇叭还是以10多%为主的失真大户，因此, 注意喇叭才是正道。

较好较差是很主观的，但有些部分可以很明显的去感受到，有的喇叭低频表现软弱单薄、不适合放舞曲，但它的人声特别柔美；有的低频浑厚有力、但中高频明显虚掉或是生硬，所以还是要看您常听的是哪种类型的音乐，然后再去挑选在该音乐类型表现良好的喇叭。

至于良好的定义，如果有机会的话最好可以自己亲身去试听，因为喇叭是放在您家，是您自己要听，不是别的玩家或评论家要听，所以这对喇叭对您来说是不是好喇叭，问自己的耳朵才是最准的。

也因此, 有大侠因而制造出耳朵形扬声器，以配合土豪耳形。


图1

扬声器结构：可分两大类，1内磁扬声器 2外磁扬声器。 内磁扬声器体积小重量轻，磁场泄漏小，适合于需防磁场干扰场合，如电视机等电器，但这种由于散热不畅原因，扬声器功率不能做的太大。外磁扬声器具有功率大，散热好等优点，但磁场辐射大，能干扰其它设备，这种扬声器广泛用于音响设备及不需防磁的场合。

按工作原理分类:按工作原理的不同，扬声器主要分为电动式扬声器、电磁式扬声器、静电式扬声器和压电式扬声器等。

1、电动式扬声器：这种扬声器采用通电导体作线圈，当线圈中输入一个音频电流讯号时，线圈相当于一个载流导体。如果将它放在固定磁场里，根据载流导体在磁场中会受到力的作用而运动的原理，线圈会受到一个大小与音讯电流成正比、方向随音讯电流变化而变化的力。这样，线圈就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜振动，振膜前后的空气也随之振动，这样就将电讯号转换成声波向四周辐射。这种扬声器应用最广泛。


图2

电动式扬声器运用了电磁铁和永久磁铁 (图1)电流过线圈的时候产生电磁场，和磁铁产声吸引和排斥的现象，进而推动音圈，音圈带动音盆推动空气来发出声音，例如要发出C调的声音，C调的频率是256Hz，这时扩大机输出256Hz的交流电，每秒钟有256次的电流改变，每改变一次就会推动一次音盆，即每秒钟推动256次，这时就会听到C调的声音，这就是扬声器的运作原理。

2、电磁式扬声器：也叫舌簧式扬声器，声源讯号电流通过线圈后会把用软铁材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振动舌簧与磁体相互吸引或排拆，产生驱动力，使振膜振动而发音。


图3

3、静电式扬声器：这种扬声器利用的是电容原理，即将导电振膜与固定电极按相反极性配置，形成一个电容。将声源电讯号加于此电容的两极，极间因电场强度变化产生吸引力，从而驱动振膜振动发声。

4、压电式扬声器：利用压电材料受到电场作用发生形变的大原理，将压电动组件置于音频电流讯号形成的电场中，使其发生位移，从而产生逆电压效应，最后驱动振膜发声。

按振膜形状分类：扬声器主要有锥形、平板形、球顶形、带状形、薄片形等。

1、锥形振膜扬声器：锥形振膜扬声器中应用最广的就是锥形纸盆扬声器，它的振膜成圆锥状，是电动式扬声器中最普通、应用最广的扬声器，尤其是作为低音扬声器应用得最多。
2、平板扬声器：也是一种电动式扬声器，它的振膜是平面的，以整体振动直接向外辐射声波。它的平面振膜是一块圆形峰巢板，板中间是用铝箔制成的峰巢芯，两面蒙上玻璃纤维。它的频率特性较为平坦，频频宽而且失真小，但额定功率较小。

3、球顶形扬声器：球顶形扬声器是电动式扬声器的一种，其工作原理与纸盆扬声器相同。球顶形扬声器的显著特点是瞬态回应好、失真小、指向性好，但效率低些，常作为扬声器系统的中、高音单元使用。

4、号筒扬声器：号筒扬声器的工作原理与电动式纸盆扬声器相同。号筒扬声器的振膜多是球顶形的，也可以是其它形状。这种扬声器和其它扬声器的区别主要在于它的声辐射方式，纸盆扬声器和球顶扬声器等是由振膜直接鼓动周围的空气将声音辐射出去的，是直接辐射，而号筒扬声器是把振膜产生的声音通过号筒辐射到空间的，是间接辐射。号筒扬声器最大的优点是效率高、谐波失真较小，而且方向性强，但其频带较窄，低频回应差。所以多作为扬声器系统中的中、高音单元使用。

按放声频率分：可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器等。

1、低音扬声器：主要播放低频讯号的扬声器称为低音扬声器，其低音性能很好。低音扬声器为使低频放音下限尽量向下延伸，因而扬声器的口径做得都比较大，一般有200mm、300-380mm等不同口径规格的低音扬声器，能随大的输入功率。为了提高纸盆振动幅度的容限值，常采用软而宽的支撑边，如像皮边、布边、绝缘边等。一般情况下，低音扬声器的口径越大，重放时的低频音质越好，所承受的输入功率越大。

2、中音扬声器：主要播放中频讯号的扬声器称为中音扬声器。中音扬声器可以实现低音扬声器和高音扬声器重放音乐时的频率衔接。由于中频占整个音域的主导范围，且人耳对中频的感觉较其它频段灵敏，因而中音扬声器的音质要求较高。有纸盆形、球顶形和号筒形等类型。作为中音扬声器，主要性能要求是声压频率特性曲线平担、失真小、指向性好等。

3、高音扬声器：主要播放高频讯号的扬声器称为高音扬声器。高音扬声器为使高频放音的上限频率通达到人耳听觉上限频率20kHz，因而口径较小，振动膜较韧。和低、中音扬声器相比，高音扬声器的性能要求除和中音单元相同外，还要求其重放频段上限要高、输入容量要大。常用的高音扬声器有纸盆形、平板形、球顶形、带状电容形等多种形式。

4、全频带扬声器：全频带扬声器是指能够同时覆盖低音、中音和高音各频段的扬声器，可以播放整个音频范围内的电讯号。其理论频率范围要求是从几十Hz至20kHz，但在实际上由于采用一只扬声器是很困难的，因而大多数都做成双纸盆扬声器或同轴扬声器。双纸盆扬声器是在扬声器的大口径中央加上一个小口径的纸盆，用来重放高频声音讯号，从而有利于频率特性响应上限值的提升。同轴式扬声器是采用两个不同口径的低音扬声器与高音扬声器安装在同一个中轴在线。


扬声器的放声质量

扬声器的放声质量主要由扬声器的性能指标决定，进而决定了整套的放音指标。扬声器的性能指标主要有额定功率，额定阻抗、频率特性、谐波失真、灵敏度、指向性等。


扬声器的性能优劣主要通过下列指标来衡量：

1、额定功率（W）
扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，它一般都标在扬声器后端的铭牌上。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械振动过载等现象，发出的声音没有显示失真。额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，它随输入音频信号强弱而变化，在弱音乐及声音信号中，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。一般扬声器能随的最大功率是额定功率的2-4倍。

2、频率特性（Hz）
频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz-2000Hz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现该音域，故目前高保真音箱系统采用高、中、低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会引入重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于10dB。

3、额定阻抗（Ω）
扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在，扬声器的额定阻抗一般有2、4、8、16、32欧等几种。扬声器额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的，而扬声器音圈的直流电阻R直≈0.9R额。扬声器的直流阻抗(DCR)与交流阻抗(ACR)之间比率约为1.1;即ACR/ DCR≈0.925

4、谐波失真（TMD%）
扬声器的失真有很多种，常见的有谐波失真（多由扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引起，常在低频时产生）、互调失真（因两种不同频率的信号同时加入扬声器，互相调制引起的音质劣化）和瞬态失真（因振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化，从而引起信号失真）等。谐波失真是指重放时，增加了原信号中没有的谐波成份。扬声器的谐波失真来源于磁体磁场不均匀、振动膜的特性、音圈位移等非线性失真。目前，较好的扬声器的谐波失真指标不大于5%。

5、灵敏度（dB/W）
扬声器的灵敏度通常是指输入功率为1W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大小。灵敏度是衡量扬声器对音频信号中的细节能否巨细无遗地重放的指标。灵敏度越高，则扬声器对音频信号中所有细节均能作出的响应。作为Hi-Fi(高保真)扬声器的灵敏度应大于86dB/W。

6、指向性
扬声器对不同方向上的辐射，其声压频率特性是不同的，这种特性称为扬声器的指向性。它与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径小时指向性宽。指向性还与频率有关，一般而言，对250Hz以下的低频信号，没有明显的指向性，对1.5kHz以下的高频信号则有明显的指向性。


图4
频率响应（Frequency Response）指的是喇叭的发声频率范围，以「理论」而言，喇叭的频率响应范围当然是越宽越好，也就是说低音可以低到很低的频率，在高音部分则可发出频率很高的极高频，发声范围越宽广，所能重现的音乐范围也就越广。



图5

上图就是一个典型的喇叭频率响应图，可以看出这喇叭在40Hz以下、20kHz以上的「音量」就大幅衰减。不过你也可以注意到在40Hz-20kHz这段区间的频率响应曲线并不是平直的，而是高高低低、上上下下变化。所以完整的喇叭频率响应标示，应该在频率范围之后，再加上音压变动的范围，像是40Hz-20kHz±3dB或是40Hz-20kHz±1dB，前者表示40Hz-20kHz之间音压变动范围±3dB，后者则表示40Hz-20kHz之间音压变动范围±1dB，所以后面这个规格表示喇叭的频率响应曲线平直很多。不过，是否喇叭频率响应越平直，声音就越好呢？这倒不见得，因为影响喇叭听感表现的因素有很多，也有频率响应相当平直却并不好听的实例。



图6

上图是一款喇叭的典型阻抗（Impedance）变化曲线。什么？我们一般不都说这对喇叭是8奥姆或4奥姆阻抗吗？怎么会是这样高高低低的变化曲线？没错，所谓8奥姆喇叭或4奥姆喇叭，所指的是「一般阻抗」（Normal Impedance），事实上只有「参考」价值，所有喇叭实际的阻抗特性都如同上图一般是高高低低的，这是由于喇叭分音器里面除了电阻之外还有电感与电容，喇叭的音圈动作也是造成喇叭整体阻抗随频率不同而变化的原因之一。这世上有频率响应曲线相当平直的喇叭，但有没有阻抗曲线很平直的喇叭呢？答案是没有。至于阻抗曲线对喇叭的特性有什么影响？阻抗变化较少的喇叭，「一般来说」对扩大机的负担比较轻，可能会比较容易推动；但实际上，有些喇叭的阻抗曲线虽然变化较平缓，但可能单体尺寸较大或阻抗曲线低至两奥姆或更低，对扩大机而言也不见得是「易与之辈」。

频响曲线固然很重要，从频响曲线上看出扬声器的灵敏度等参数，以及判断扬声器输出升压的起伏走向，确实有重要价值。许多使用或制造扬声器的人对扬声器的频响曲线很重视，但对阻抗曲线并不是很在意。

频响曲线固然很重要，从频响曲线上看出扬声器的灵敏度等参数，以及判断扬声器输出升压的起伏走向，确实有重要价值。不过，在测试扬声器的频响曲线时是将扬声器安装在一块标准障板，测试出的曲线是扬声器和标准障板所构成的系统的频响曲线，并不是扬声器的真正特性，特别是扬声器低频响应曲线与实际窜在一定误差。而扬声器装在音响或独立进行测试，也会收其他因素的影响，总之扬声器的频响曲线收环境影响很大，所以各国声电专家认定扬声器装载标准障板上，还必须在合标准的消声室内测试的频响曲线为准。但这又与扬声器实际的使用环境不一致。

这就出现了扬声器研究的两个悖论：

（1）要了解扬声器的真是状况，必须对扬声器的真实状况进行测试，而真实的测试又在一定程度上破坏了扬声器的真是状况；

（2）要了解扬声器的真是状况，其目的是为了实际的应用。而测试条件和实际的应用条件又存在较大差异。

而扬声器阻抗曲线的测试就不同，无须讲扬声器装在障板上或音箱上，也无须在消声室内进行，它守环境的影响较小。只要测试方法正确，结果必然是真确的。也就是必须用恒流法或恒压法进行测试，扬声器1M之内无反射物。

一、扬声器阻抗曲线的作用：

(2)求扬声器的品质因子；

(3)分析与扬声器的频响关系（阻抗曲线与频响曲线又一定的函数关系）；

(4)阻抗曲线的小峰或小谷，与扬声器的折环的反谐既中频谷及振动系统的局部谐振相对应。而阻抗曲线的高频小峰，与扬声器频响曲线的高频峰相对应；

(5)可以反映扬声器结构的变化（如不同的音圈材料，加磁流体，加短路环……）

(6)反映小信号参数关系

二、扬声器阻抗曲线的分析：

如下图，扬声器的阻抗不是一个恒定值，随着频率的变化，阻抗曲线也在变化。频率从20HZ开始，慢慢向高频变化，阻抗曲线慢慢上升，随着频率的上升，阻抗曲线出现一个峰。频率在升上，曲线又开始下降。到达某个频率，阻抗曲线下降到最低，频率又开始向上一直到20KHZ。


图7

(1)        扬声器阻抗曲线的这个峰对应的频率，就是扬声器的谐振频率Fs（共振频率Fo）；
(2)        扬声器阻抗曲线的这个峰值就是扬声器的最大阻抗Zmax .在谐振频率时扬声器的最大振幅，既音圈的位移最大;
(3)        在扬声器阻抗曲线峰后的最低点的阻抗，是扬声器而定阻抗Ze(Zo)
(4)        在扬声器阻抗曲线最小值后面还肯能有些上下波动，这是音盆折环反射的影响；
(5)        从阻抗峰下降起，下降3DB，划一条横线，与阻抗曲线相交有两个点，分别是F1与F2 。

三、如何测量阻抗曲线

测量主抗曲线的发放很多，可以用专业的软件比如FINEComne，也可以用简单的设备阻抗测试方法如下图：


图8


从图中我们可以看出，测量阻抗曲线的设备很简单，相信绝大数业界朋友，与DIY玩家都可以做的到。

四、阻抗曲线的实际应用

阻抗曲线对我们日常工作的帮助也是不用言论的，特别是在制作低音音箱的时候。我们在日常工作设计低音箱体时经常会碰到没有低音单元参数的情况，使得很多从业人员无从下手，不知改如何快速准确设计低音箱体，这时，我们就可以根据阻抗曲线分析中所得出的喇叭单元参数，在测出扬声器的直流电阻Re(Rv)，利用以上参数，计算出扬声器的总质量因子Qts，器械Q值Qms，气Q值Qes ，以及等效容积VAS 。就可以在没有厂家提供的扬声器单元参数的情况下快速准确的设计出一个基本合适音箱。

设计出一个基本合适音箱后，在从新测试阻抗曲线，根据测试结果，就可以很快的调试出一个理想的低音箱体。

以上，对喇叭的「频率响应」与「阻抗」简单作说明，要再详细就得翻阅电子学书籍了，希望能提供一些参考。

第尾才子

顶一下，以便写帖子七十一。

wasyj

那喇叭有意思

Kouzh

好多年没有复习喇叭的知识了，谢第尾兄

玩残武大郎

研究得透彻，好文