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【專題】知之非難,行之不易 小談揚聲器的失真(連載2)

作者:十三行經典音樂

前情回顧

【專題】知之非難,行之不易 小談揚聲器的失真(連載2)

箱體、分頻器引起的失真

一隻揚聲器,驅動單元的性能固然重要。但從整體上,箱體、分頻器都是揚聲器的一部分,這兩部分也會産生失真。

對于分頻器來說,分頻器裡面通常有電容、電感、電阻等電子元件,音頻電信号經過這些元件之後會産生失真,是以好的電容和電感,價格不便宜,有些音響公司甚至需要定制,價格自然更高。另外,分頻點的不合理設定也會産生失真。例如說,分頻器對聲音頻率并不是一刀切下去,而是對分頻點以外的頻率做衰減。如果分頻點設計不合理,盡管從頻率響應上看是能銜接得上,但剛好落在兩個驅動單元失真較大的區域,那麼在兩個單元的作用下在分頻點附近就會形成一個較大的失真。

對于箱體方面,箱體内部相當于一個房間,也會有駐波、反射聲的問題,箱體引起的共振都會産生失真,在聽感上會讓中音,或者低音變得不幹淨,清晰度不夠,需要通過箱體長寬高比例、箱體材質,結構,内部的輔料方面去妥善解決問題。最常見的做法計算好箱體的容積,把握箱體比例,避免一些駐波,而且箱體内部放入一定量的吸音棉,用于吸收箱體内部的聲音反射。

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寶華韋健的Matrix結構,設計的目的就是為了降低箱體振動,減少音染

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Magico Q5揚聲器内部的金屬結構

通常使用吸音材料吸收箱體内部的聲音,主要是面向低音驅動器,或中音驅動器。因為它們的背面絕大多數都是開放式,是以會對箱體内部輻射聲音。相比之下,高音驅動器,甚至某些中音驅動器,它們的背部是密封起來的,通常封閉的腔體内部都有吸音棉,用于吸收高音驅動器的背部聲波。但也有一些音響公司會采取針對性的做法來降低失真。比如說,英國寶華韋健Bowers & Wilkins推出的“鹦鹉螺”旗艦音箱,它在高音驅動器和中音驅動器背部有一條長長的導管,目的就是為了吸收高音單元的背波,以減少失真。KEF近年推出的MAT技術也是如此,但是它不是導管,而是一個類似迷宮的MAT部件,安裝在同軸驅動器的後方。MAT部件裡面有多條長度不同的管道,每個管道對應一個特定頻率,達到吸收高音驅動器的背波的作用。對于箱體結構,音響公司會在箱體内部采取一些支撐結構起到加強箱體的作用。比如說,英國寶華韋健Bowers & Wilkins 著名的Matrix結構就是為了加強箱體,還有Magico(魔力)音箱内部複雜的金屬支撐結構,也是為了加強箱體,防止共振。當代的音響公司會采用有限元分析(FEA)來分析箱體的振動分布情況,針對振動特别劇烈的部分做針對性的加強結構。

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新款KEF揚聲器使用了MAT技術,就是驅動器後方的部件,用于吸收高頻驅動器的背波

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MAT技術主要是針對600Hz以上的頻率進行吸收

對于低音反射式揚聲器,倒相管的設計很重要

低音反射式設計是揚聲器當中十分常見,可以提高靈敏度,讓低頻延伸更低。但千萬不要以為低音反射式就是給箱體挖個洞,再裝上一根管子那麼簡單。實際上,倒相管的設計也是大有學問,否則倒相管也是一個引起失真的部件。當驅動單元發聲時,振膜往後移動會壓縮箱體内的空氣,然後從倒相管中排出,當振膜往前移動時,又從箱體外部吸入空氣,是以管道中會有進進出出的氣流,空氣在管道裡流動就有流阻,流阻是非線性的,取決于管道中的空氣速度。當驅動單元播放聲音時,振膜的運動幅度大小不斷改變,管道中的空氣速度也不斷變化,流阻也随之不斷變化會造成管道内的氣流紊亂會産生噪音。另外,空氣是有慣性的。當振膜往後移動将箱體内部的空氣壓縮,再通過管道推往外部。當振膜往前移動時,因為空氣但慣性問題,吸入需要一定時間。但這時候振膜已經往前運動,與空氣的進入形成一定的滞後,這對音圈運動造成影響,也會引起磁路産生失真。

【專題】知之非難,行之不易 小談揚聲器的失真(連載2)
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從倒相管想到了壓縮驅動器

說到倒相管,我也想到了壓縮驅動器。它被廣泛的應用在專業揚聲器裡面,通常負責高頻和中頻的回放。另外,少數的家用揚聲器裡面也使用壓縮驅動器。壓縮驅動器搭配号角波導器一起使用,被人稱為“号角喇叭”。号角喇叭的好處是靈敏度高,輕松發出強大的聲壓。它們通常會搭配大口徑的低音驅動器工作。對于發燒友來說,号角喇叭聽交響樂,鋼琴的錄音,氣勢和動态都好出色。

對于壓縮驅動器,因為有壓縮腔體,有喉嘴。振膜往前運動時會壓縮腔體内部的空氣,再從喉嘴輸出,往後運動時又會從外面吸入空氣,這過程跟倒相管道無異,一樣會産生失真。而且這裡面還牽涉到壓縮比的問題。比如說,振膜越大,喉嘴越小,壓縮比越大,失真越大,相反壓縮比越小,失真相對小。是以要設計一個“HIFI級”的壓縮驅動器的确不是一件容易的事情。

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壓縮驅動器 + 号角是專業音響中最常用的擴音方式,這種方式效率高,能夠輸出強勁的聲壓,在音響發燒友裡面也有人喜歡壓縮驅動器 + 号角的聲音

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頻率響應失真

“頻率響應失真”我相信很多人還是頭一次看到這樣的說法。其實失真的含義就是指信号在傳輸過程中與原有信号(或标準)相比所發生的偏差。在測試揚聲器時,測試音頻信号的頻率響應範圍從20Hz~20kHz,頻響曲線是平直的,經過揚聲器播放之後最終由測試麥克風接收,最終得到揚聲器的頻響曲線,與原來的标準對比起來就有很大的差異,揚聲器的頻率響應不可能像輸入信号那麼平直,是以沒有任何一款揚聲器不存在頻率響應失真。但同時你會發現,幾乎每一款揚聲器的頻率響應曲線都會有一段處于比較平穩的,平均輸出聲壓級最高的範圍,這就是揚聲器的頻率響應。

另外,這裡的頻率響應曲線通常都是近場測試,或者在專業消聲室裡面測得的結果。實際上,揚聲器到了消費者家裡因為房間聲學因素的影響,頻響曲線會被改變得更厲害,頻率響應失真越嚴重。有追求的,财力允許的發燒友會有一個獨立的聽音室,然後做好聲學處理,甚至會借助音頻處理器來修正頻率響應曲線。

對于采用音頻處理器來修正頻響曲線,我相信很多學員都熟悉不過。它的原理就是提高,或者降低某一段頻率的電平來改變揚聲器的輸出聲壓,用于補償聆聽區域的頻響曲線。如果是提高電平來補償,意味着揚聲器的總諧波失真會提高,補償程度越大,失真越大。音頻處理器的均衡功能要慎用。

【專題】知之非難,行之不易 小談揚聲器的失真(連載2)

修正前的頻率響應

【專題】知之非難,行之不易 小談揚聲器的失真(連載2)

修正後的頻率響應

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未完待續

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