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音响基础知识科普
发布日期:2021-1-22   点击次数:

1、扬声器


①扬声器的分类


扬声器有多种分类式:


按其换能方式可分为电动式、电磁式、压电式、数字式等多种;

按振膜结构可分为单纸盆、复合纸盆、复合号筒、同轴等多种;

按振膜开头可分为锥盆式、球顶式、平板式、带式等多种;

按重放频可分为高频、中频、低频和全频带扬声器;

按磁路形式可分为外磁式、内磁式、双磁路式和屏蔽式等多种;

按磁路性质可分为铁氧体磁体、钕硼磁体、铝镍钴磁体扬声器;

按振膜材料可分纸质和非纸盆扬声器等。


②箱体


箱体用来消除扬声器单元的声短路,抑制其声共振,拓宽其频响范围,减少失真。音箱的箱体外形结构有书架式和落地式之分,还有立式和卧式之分。箱体内部结构又有密闭式、倒相式、带通式、空纸盆式、迷宫式、对称驱动式和号筒式等多种形式,使用最多的是密闭式、倒相式和带通式。


落地音箱属大型音箱,箱体高度在750MM以上,书架音箱的箱体高度在750MM以下,450MM~750MM之间的为中型书架音箱,450MM以下的为小型书架音箱。


③分频器


分频器有功率分频和电子分频器之分,主要作用均是频带分割、幅频特性与相频特性校正、阻抗补偿与衰减等作用。


功率分频器也称无源式后级分频器,是在功率功放之后进行分频的。它主要由电感、电阻、电容等无源组件组成滤波器网络,把各频段的音频信号分别送到相应频段的扬声器中去重放。其特点是制作成本低,结构简单,适合业余制作,但插入损耗大、效率低、瞬态特性较差。


电子分频器也称有源式前级分频器,是由各种阻容组件与晶体管或集成电路等有源器件组成,它昌置于前置放大器和功率放大器信号线路中的一种模拟电子滤波器,能把前置放大器输出的音频信号分成不同频段后,再送入功率放大器进行放大处理。其特点是各频段频谱平衡,相互干扰小,输出动态范围大,本身有一定的放大能力,插入损耗小。但电路构成要相对复杂一些。


2、技术篇


扬声器系统有许多与音色效果和使用场合直接有关的技术特性,为了用好用活这些技术特性,用户必须对它们有所了解。


①二路和三路


音频信号的频谱范围很宽,把20Hz-20kHz的信号要用一种扬声器单元是无法满足整段频响的;一般的12寸以上大口径扬声器单元,低音特性很好,失真不大,但超过1.5kHz的信号,它的表现就很差了;1-2寸的高音扬声器单元(高音压缩驱动器)重放3kHz以上的信号性能很好,但无法重放中音和低音信号。


于是就有了由各种频响特性单元组成的扬声器系统,由低音(含中低音)和高音(含中高音)两种单元组成的称为二路扬声器系统,由低音、中音和高音三种单元组成的称为三路系统。


②灵敏度和最大声压级


扬声器单元是一种电信号与声音之间的换能器,要求它能以相对较小的输入功率转达换成很宏亮的声音,这就要求扬声器有较高的声压灵敏度,[灵敏度]实质上是一种[转换效率]的体现,各类扬亏损顺系统由于采用的设计技术,选用的材料和生产工艺等多方面的差异,灵敏度的差异也很大。


灵敏度是指输入扬声器单元1瓦的电功率,在扬声器轴线方向离开1米远的地方测得的声压级大小,如果两种扬声器的灵敏度相差3dB要达到同样大的声压级输出,需要增加电输入功率一倍,因此灵敏度较高的扬声器能发出较大的声音。


③[个性]与[共性]


在此又再引伸出另一个相对抽象和主观的性能评价,扩声用的音响,有别于家中的Hi-Fi音响器材,必须兼容性非常高,因为每个场地都可能演出不同类型的节目,从歌剧到摇滚音乐会,亦可能只是以语言信号为主的报告会,故其音响系统必须要兼容不同的节目源,做到[平均性]的优异即不能偏重于某一个用途,而家里的Hi-Fi音响器材,只需要照顾一个人或一小撮人的口味,其产品的[个性]是容许存在,但作为专业扩声系统器材,则这种[个性]将会变成[局限性]或[缺陷]。


④指向特性


扬声器的指向特性使偏离轴向的声压级随偏角的增大而声压级逐渐减小,同时声压级又随声波传播距离的增加按距离的平方成反比而衰减,在距扬声器远近和方位不同的听众区,若将这两种衰减选择得当,就可使两种衰减互相补偿,从而使声场更为均匀,大型工程需要盖相对比较阔的区域,单只音箱通常不足以应付,需要将多只音箱拼合成音箱群(阵列),而在阵列扬声器系统中,恒指向特性可使音箱之间的中、高频段的声波在音箱间不产生相互干扰,用具有上述指向特性的一对扬声器组成八字形摆放,可以覆盖单个音箱的一倍,否则,声音在音箱前方已经互相干扰,严重影响声场的均匀度和声音的清晰度。


⑤功率处理能力


扬声器的功率处理能力(或称扬声器的额定功率)是一项重要技术参数,它代表扬声器承受长期连续安全工作的功率输入能力,了解扬声器的功率处理能力,首先必须懂得扬声器驱动器是如何损坏的,驱动器的损坏模式有两种:


一种是音圈过热损坏(音圈烧毁,过热变形,圈间击穿等),另一种是驱动器的振膜位移量超过极限值,使扬声器的锥形振膜/或其周围的弹性部件损坏,通常发生在含有很多大振幅的低频信号。


⑥加载(受热)后的声压级下降


所有产品说明书上标称功率都是各厂家自定的,是音箱在厂方选定的测试信号和条件下的最佳值,当音箱进入工作状态(譬如等于或大于满功率20秒之后),音圈和磁体受热温升后、由于它们性能下降改变了受热前单元的原有特性,这时,实际的声压输出就会减少,常规音箱,如音圈温升60度-80度,常见额定声压级下降3dB为容限,如音圈散热优异,耐温达100度以上,实际的声压下降可达6至8dB,这是相当惊人的下降。增加一倍的音箱只提升声压级3dB若音箱声压级下降达6dB,要弥补这么大的声压级下降必须由原来一只音箱增加至四只,非常遗憾,音响工业界没有标称这种声压级下降,必须要好的改善扬声器单元的散热设计。


3、音质篇


①鉴别扬声器的音质


虽然任何扬声器都有其强项和弱点,尤其在有限的预算下,低价的扬声器并不容易得到尽善尽美的效果,但无论任何价位和层次的扬声器而言,都有一定的参考标准或指涉方向。


测试低频的质量


劣质扬声器所产生之低频可以是轰耳若聋,但完全是那种臃肿松厚,缺乏层次感和结实感。好的低频应是洁净明快,层次分明,不会拖泥带水,冤魂不散似的,即使各种低频乐器如大小鼓声、低音吉它和钢琴的低音,都能轻易分辨出来。所以不要轻易被低频的量感所蒙骗,劣质低频不如干净的声音来的自然舒服。


测试中频的人声


人声是最常听到的声音,优劣并不难察觉,留意人声是否有不寻常的鼻音或被抿着嘴发声的感觉。


一些扬声器的“箱声”同样会大大干扰中频,令此频段的声音模糊不清。中频音染相对于其他频率音染而言更为严重,因为大部分可听到的声音频率,或是音乐的频率都集中在中频范围,这点几乎对所有种类的乐曲而言,都会成为重播的障碍。


测试高频的柔韧感


劣质的高频是尖声插耳,听得人头痛欲裂的,极端情况下把小提琴或女高音的美声变为刹车的尖锐噪音。同样,高音中的不同器乐多产生的不同质感,好的高音是能分辨出来的。


再优劣一级的高频甚至能令人从中分辨出两把不同年份不同木质的所奏出的不同音韵。最易掌握的要决是,好的高音是不回令人听而生畏,毛孔竖立,也不会令人越听越累的,而且该是绵韧而富弹性,幼滑而具层次,高至最高处仍可容易听见却不会产生变音的(当然不是以走音歌手的录音做参考)


测试高音量及音场结像


一些扬声器在低音量时表现稳定,但在音量提升到某个指数便会失真,或“拍边”,出现各种非录音中的音乐信号。


具体而言,若管弦乐是喜爱乐种之一,则必须通过此关。合乎标准的扬声器在一定程度上做到声音离箱,营造出清晰的音场和结像,显示出不同乐器的分点位置和质感,有充足的扩散以至生长、阔、高但度音频空间。


弱音和尾音应该清楚听见,而在大音量和“大爆棚”的情况下没有变形失真,人声和乐器声不会纠缠不分。优质的重播能显现丰润的音乐感和空气感,和音符的弹跳力,像拨开云雾见青天一样,展现出整幅细致有序的音像。而更直接的是在长久聆听下不会令人耳朵疲累。


②对不同声音的调控


怎样调整演讲人的声音?

(1)语言声的基音频率范围是100HZ~1kHZ,泛音成分可达8 kHZ。泛音成分所占比例小(约占5%),但其反映了每个人不同的发音音色。

(2)拾音传声器:多采用电容式传声器(会议传声器)或领夹式传声器夹在胸前衣领处。

(3)拾音位置:距离演进人0.5m,将领夹式传声器夹在胸前衣领处。

(4)混响时间:0.5s以下。

(5)调节:演讲声应清澈、明亮、富有朝气,减低声音浑浊感。在调音台的输入通道上按下低切按键,对中高频成分提升3~6dB的同时,对4~8kHz成分提升4dB左右,减弱8kHz以上的成分,以免出现齿音。



怎样调整节目主持人的声音?

(1)节目主持人多为女性,而且一般声音都比较明亮。发声的基音频率范围为200Hz~1.1kHz。

(2)拾音传声器:采用电动式近讲传声器,使声音亲切,易于和观众进行感情交流。

(3)拾音位置:手持传声器近距离拾音。

(4)混响:不特意加入混响,利用厅堂自然混响。

(5)调节:在调音台上进行均衡补偿,对2~4kHz成分提升3dB~6dB,使声音透亮清晰,亲切感人,降低6kHz以上成分,减少可能出现的齿音。同时保持适度的音量,使后排观念也能听清声音。


怎样调整演唱声?

(1)演唱声的基音频率范围:童声高音频率范围为260~880Hz低音频率范围为196~700Hz;女声高音频率范围为220Hz~1.1kHz,低音频率范围为200~700Hz;男声高音频率范围为160~523Hz,低音频率范围为80~358Hz。

人们唱歌时运用肌肉拉动声带,发生诸多泛音成分,频率高达8~10kHz,通过鼻腔的作用,对某些频率成分(包括基音和泛音成分)产生共鸣,使声音更明亮。

(2)拾音传声器:美声演唱时多采用电容式传声器,通俗演唱时多采用电动式演唱传声器。

(3)拾音位置:电容式传声器采用支架或吊挂方式,距离演唱者0.5m。手持电动式近讲传声器进行演唱。

(4)混响时间:在满场情况下,女声演唱,混响时间保持在1.3~1.8s (美声唱法为1.3s,通俗唱法为1.8s左右)。男声演唱的混响时间保持在1.1~1.6s(美声唱法为1.1s,通俗唱法为1.6s左右)。


怎样调整弦乐音?

(1)各类提琴的频率范围:小提琴(Violin)为200Hz~3.5kHz;中提琴(Viola)为134Hz~1.1kHz;大提琴(Cello)为72~640Hz;低音提琴(Double Bass)为42~250Hz。

(2)拾音传声器:电容式传声器或铝带传声器。

(3)拾音位置:斜上方对准共鸣箱,距离为1m左右。小提琴远些。大提琴、低音提琴近些。

(4)混响时间:在满场情况下为1s左右,小提琴旁边最好加反射板,大提琴下面的地板需铺上地毯。

(5)调节:在调音台上利用通道的参量均衡器对相应的发声频率范围进行补偿,使其音色纯正、音品上乘、耐人寻味。利用效果机加入适量混响,控制混响时间在1s左右。如果作为主乐音,将该通道上的声像调节旋钮放在中间位置,推子推大,突出该乐音的主导作用。若作为伴奏乐,则将该通道的声像调节旋钮放在其他位置,推子放在较低处。


4、功放与音箱的配接


在设计、安装一套音响系统时,不免遇到功放与音箱的配接问题。在音色方面,会注意其搭配上是否冷暖相宜、软硬适中,最终使整套器材还原音色呈中性,这仅是从艺术方面考虑。从技术方面考虑功放与音箱配接的要素有:


功率匹配

为了达到高保真聆听的要求,额定功率应根据最佳聆听声压来确定。我们都有这样的感觉:音量小时、声音无力、单薄、动态出不来,无光泽、低频显著缺少、丰满度差,声音好像缩在里面出不来。音量合适时,声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来。但音量过大时,声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。因此重放声压级与声音质量有较大关系,规定听音区的声压级最好为80~85dB(A计权),我们可以从听音区到音箱的距离与音箱的特性灵敏度来计算音箱的额定功率与功放的额定功率。


功率储备量匹配

音箱:为了使其能承受节目信号中的猝发强脉冲的冲击而不至于损坏或失真。这里有一个经验值可参考:所选取的音箱标称额定功率应是经理论计算所得功率的三倍。

功放:电子管功放和晶体管功放相比,所需的功率储备是不同的。这是因为:电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号巅峰,电子管功放并不明显产生削波现象,只是使颠峰的尖端变圆。这就是我们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过荷点后,非线性畸变迅速增加,对信号产生严重削波,它不是使颠峰变圆而是把它整齐割削平。有人用电阻、电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器,对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明,在负载有相移的情况下,其中有一台标称100W的功放,在失真度1%时实际输出功率仅有5W!由此对于晶体管功放的储备量的选取:

高保真功放:10倍

民用高档功放:6~7倍

民用中档功放:3~4倍

而电子管功放则可以大大小于上述比值。

对于系统的平均声压级与最大声压级应留有多少余量。应视放送节目的内容、工作环境而定。这个冗余量最低10dB,对于现代的流行音乐、蹦迪等音乐,则需要留有20~25dB冗余量,这样就可使得音响系统安全,稳定地工作。


阻抗匹配


它是指功放的额定输出阻抗,应与音箱的额定阻抗相一致。此时,功放处于最佳设计负载线状态,因此可以给出最大不失真功率,如果音箱的额定阻抗大于功放的额定输出阻抗,功放的实际输出功率将会小于额定输出功率。如果音箱的额定阻抗小于功放的额定输出阻抗,音响系统能工作,但功放有过载的危险,要求功放有完善的过流保护措施来解决,对电子管功放来讲阻抗匹配要求更严格。


阻尼系数的匹配

阻尼系数KD定义为:KD=功放额定输出阻抗(等于音箱额定阻抗)/功放输出内阻。

由于功放输出内阻实际上已成为音箱的电阻尼器件,KD值便决定了音箱所受的电阻尼量。KD值越大,电阻尼越重,当然功放的KD值并不是越大越好,KD值过大会使音箱电阻尼过重,以至使脉冲前沿建立时间增长,降低瞬态响应指标。因此在选取功放时不应片面追求大的KD值。作为家用高保真功放阻尼系数有一个经验值可供参考,最低要求:晶体管功放KD值大于或等于40,电子管功放KD值大于或等于6。

保证放音的稳态特性与瞬态特性良好的基本条件,应注意音箱的等效力学品质因素(Qm)与放大器阻尼系数(KD)的配合,这种配合需将音箱的馈线作音响系统整体的一部分来考虑。应使音箱的馈线等效电阻足够小,小到与音箱的额定阻抗相比可以忽略不计。其实音箱馈线的功率损失应小于0.5dB(约12%)即可达到这种配合。


5、使用音箱时要注意的几个方面


优质的监听音箱价格昂贵,但是不要以为用它扩声可以提高节目的质量,其实,它是一种挑毛病的设备,不但对节目没有任何修饰能力,还会使很多缺陷暴露出来。监听音箱也不具备扩声音箱的强大功率、承受力和恒指向的特性,灵敏度远低于扩声音箱且不能够提供最大的声压级。


如果音箱长时间工作在最大的输入功率的状态下,音圈可能由于温度达到一百度以上而导致音箱烧毁。因此需要有一个能保证扬声器长时间正常工作的输入电功率,即额定输入功率,这个数据在设备的资料里都会给出,重要的是在使用中要严格执行,在扩声效果不如人意的情况下应首先考虑改变配置,而不是简单地加大功率。


扩声用音箱如果使用不适当很容易引起啸叫,为了减小散射声,提高清晰度,要尽量把音箱的作用区指向受众的座位方向。

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