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关键的扬声器参数和它们告诉我们的内容

时间:2020-11-03  作者:  来源:米饭星

 

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    在上图的情景中,存在什么问题?一个清晰的音频流,会通过那些最先进的数字设备进行层层处理,并通过那些先进的放大设备进行放大之后,通过木制音箱箱体中的纸盆扬声器喇叭,再次传送给观众。

 

    在这一整个声音链条中,最为薄弱的环节,就是音箱,也被称作扬声器。任何系统中,观众所听到的最终音质效果,都是取决于扬声器重现整个上游那些出色音频设备的音色的能力。

 

    在过去的一个世纪中,商用扬声器经过了一个缓慢而又稳定的发展过程。而相比之下,音频系统中的电子元件部分的变化,却是光速发展,无论是物理属性还是使用方法都发生了彻底的、根本的变化。

 

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    然而,仅仅因为传感器(扬声器驱动器)没有跟上相对应的电子原件的发展速度,并不意味着所有的传感器都是落后的。恰恰相反,使用当今最好的设计也依旧可以实现惊人的性能。了解扬声器的工作原理是从任何音响系统中获取最大收获的一个非常关键的步骤。

 

    它的内部构造是什么样的?

 

    扬声器的任务是将音频系统的电信号转成可以被人类感知到的声能。在大多数情况下它所输出的声音和流经上游原件后输入扬声器的声音越接近,越好。因为这个时候,输出的是最为真实的输入声音(即,保真度高)。

 

    而另一个同样重要的问题是,你要理解,不管你所使用的扬声器的性能如何优秀,如果输入的音源差劲的话,音质同样也会差劲的。

 

    专业扬声器通常在单个外壳中包含多个驱动器(组件)。最常见的设计被称为“双向”,两个组件组合起来提供输出。双向设计通常包括一个直径为15英寸或12英寸的锥形低音扬声器和一个小型(1至1.5英寸)压缩驱动器,该驱动器与喇叭口相连,可以提供规定的覆盖范围。

 

    对于再现较低频率的低音扬声器,外壳一般会提供一个操作面板,一种直接将输出辐射到周围空气中的装置。

 

    相反,那种处理高频的压缩驱动器,如果直接发送到覆盖空间的话,实际上是听不见的。因此,通过以规定的速率和分散模式展开声波,驱动器必须与喇叭配合以使驱动器的输出与周围的空气相匹配。最终,喇叭/驱动器设置的效率获得显着提高,只需要几瓦的输入就可以提供足以填充整个室内的电平。

 

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    在扬声器箱内,输入信号通过无源分频网络在两个分量之间分配,无源分频网络通常称为分频器,它将低频引导至低音扬声器,高频引导至压缩驱动器。

 

    传统的扬声器很像汽车发动机,其驱动器的锥形动作类似于活塞的运动。每个驱动器的来回运动是完成工作所需的动力源——转动驱动轴或传播声波。

 

    汽车发动机使用汽油作为燃料,而扬声器使用功率放大器的电输出。在这两种情况下,将燃油与电机匹配对于优化性能至关重要。

 

    扬声器和功率放大器具有给定和接收关系,放大器推动扬声器的自然平衡状态(扬声器箱体内外压力相等),扬声器推回放大器的变化输出。

 

    鉴于市场上可用的扬声器品牌众多,找到适合特定应用的最佳扬声器单元可能类似于大海捞针一般。但是,通过那些信誉良好的制造商坚持行业标准规范的坚韧,才使得寻找合适的工具变得没那么麻烦。而这些行业标准规范,包括:频率响应,灵敏度,功率处理和方向性的额定值。

 

    频率响应

 

    这个参数是用来量化一个扬声器在人耳可听辨的十个八度音程范围中再现声音的能力。而造成单个扬声器组件在频率图响应这项科目上获得完美分数的制作工程障碍,始于声波的物理构成以及使得实际公开的扬声器在尺寸和重量上所使用时需要所施加的限制。

 

    低频的波长可长达56英尺,而高频可短至半英寸。因此,想要建造一个在整个频谱上表现都同样出色的扬声器几乎是不可能的。因此,进一步复杂化的设计是非常必要的,既要让箱体尽可能小一些,并且保证美观。而频率响应确定之后,将会使用一个可定义范围的数字来量化,比如+3dB或者-3dB。如果没有前面的限制范围的+-号的话,单纯的数字号去一一。因为任何扬声器在特定电平上都有可能产生任何频率的声音(比如-45dB)。

 

    标准范围+/-3dB实际上允许存在相对较宽的6dB窗口,因此应该被视为最大可用方差。对于全频设计的音箱来说,频率响应为50Hz至15,000Hz(15kHz),这可以作为标准性能的基准。

 

    灵敏度

 

    和频率响应一样,灵敏度这个参数也需要限定明确的定义和单位,它的通用规格包括1w/1m,或者瓦每米。

 

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    如果一个扬声器的数据列表上列出的灵敏度为87[emailprotected]/1m,那么表示,当扬声器的输入端施加1瓦的功率的时候,距离扬声器1米的轴上的声压级将为87dB。1米的轴上的声压级将为87dB。如果功率加倍导致输出增加3dB,则2瓦特的功率应在同一位置产生90dB的可测量输出。

 

    输入功率为256瓦意味着输出为111dB,由于采用平方反比定律,在距离扬声器8米的距离处将降至93dB——距离加倍导致了输出电平在指定位置下降了6dB,因为距离倍增导致了覆盖面积增加四倍。

 

    相比之下,频率响应相同、灵敏度更高的扬声器((92[emailprotected]/1m)将在8米(略大于25英尺)距离处提供98dB的电平。输出的5dB增益是免费的,因为它不再需要输入来获得更多输出。然而,与所有设计一样,权衡取舍和灵敏度只是难题的一部分。

 

    功率响应

 

    这个参数是灵敏度的相对面,其中一个的增加,会导致另一个的减少。例如,增加功率响应的一种最简单的方法,就是让组件更加稳定,但是,增加驱动器功率响应所需要的附加质量,会导致这些组件的灵敏度下降,通常最终的结果是输出的电平整体并没有增加。

 

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    但是,功率响应能力对扬声器来讲很重要,因为它确保了扬声器系统的长期可行性。扬声器在现场演出时,鉴于现场声音核心所具有的未知性,扬声器可能会接收到高于平均操作水平的输入峰值。对于那些不可避免的峰值,极端电平足够实用、合乎设计的功能便是系统最后的余量和持续性功能之间的差异性。

 

    当扬声器制造商夸大他们的产品所处理搞输入电平的能力数据的时候,问题就出现了。因为,数值越低,反而意味着扬声器的功率响应能力的持久性。根据品牌的不同,持久性可以指代特定的输入信号可以连续操作4,8,或者24小时。

 

    而峰值功率通常是持久性音量的两倍,代表了扬声器可以缩短可变宽带音乐素材处理时间的瓦数。顺便一提,有一个令人印象深刻但是没什么用的评级,叫做峰值程序(或脉冲瓦数),它代表了系统在短时间内可以维持的功率。

 

    指向性

 

    指向性是指扬声器控制其输出位置的能力。低指向性的扬声器适合在短投射距离内放置,以便覆盖更宽广的覆盖范围,而高指向性在方向模式控制的要求最为重要的时候,是最合适的。

 

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    由于声波的物理属性,方向性控制取决于频率大小。控制高频的频散较小,控制起来相对简单,但10英尺长波长(100Hz)的频率控制起来就会困难得多。

 

    通常来讲,喇叭的开口越大,越低的模式控制,越得意有效保持。例如,两英尺的喇叭口对应于低至约500Hz的模式控制。因此,额定角度为60度×40度的喇叭形图案仅显示高于由喇叭尺寸决定的截止频率的那些度数所覆盖的范围。

 

    高频虽然更容易控制,但却倾向于以紧密的方式聚集在一起,迫使喇叭设计者开发诸如恒定方向性的技术,以帮助确保高频率在喇叭的工作范围内可以更加均匀地分布。当然,这种通过武力强制控制会导致产生新的异常现象,需要进一步的创新技术来解决。

 

    虽然现代商用扬声器基本上与其古老的祖先相近,但鉴于当前技术的计算能力和快速创新,未来的扬声器可能最终摆脱与那些古老设备之间的联系与限制。

 

    但就目前而言,频率响应,灵敏度,功率响应和指向性这些问题,依然是客观判断的定义参数。虽然这些参数将如何实际转化为整体音质表现,完全是属于主观问题——但那就又是另一个话题了。

 

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