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[扬声器] 扬声器声压曲线的深度分析:辨别一个音箱的好坏

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发表于 2021年07月20日 12:18 39905 0 来源:高级Hi-Fi> 扬声器 |只看大图 回帖奖励 |正序浏览 |

小uu 帖主

2021-7-20 12:18

扬声器的声压曲线是音响技术派和喜欢DIY朋友最重视技术指标之一,能重放宽且平直的频带是我们追求首要目标,但难道声压曲线平直就是好扬声器吗?在回答这个问题之前我们先了解一下扬声器发声原理。
扬声器是利用振盆振动所发声的,所发出声压的高低可以用声功率来表示。
W(声功率)=V(振膜速度)^2 * R(声阻)
[类似于电路里W(电功率)=I(电流)^2 * R(电阻)]
所以声功率和扬声器振盆的振动速度与声阻有直接关系。
下图是扬声器振速和频率的关系。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

响应曲线类似带通滤波器,在f0振速最大,以f0为中心,高于或低于f0频率每倍频程振速也增加或降低6db,也就是谐振频率以上的频率与振盆的振速成反比,这也不难理解电动扬声器是受迫振动,频率高于f0时,振动系统的速度受惯性力控制,振动系统质量越重、频率越高惯性越大,振速越小。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析


下图是扬声器声阻和频率的关系。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析


声阻的响应曲线是一条沿着频率不断上升的曲线,其拐点取决于ka=1时
(k是6.28米内的波数  a是振膜直径   ka=X是表示一个频率,此频率的波长是振膜周长的 1/X  倍,例如ka=1就是指此频率的波长正好等于振膜周长的频率)
声阻的计算方法可以简化如下式

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

现在我们再看看扬声器输出声功率和频率的关系,输出声功率分两种情况

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

以6.5寸扬声器为例分析,在ka<1的频段振速V随频率下降,声阻R随频率上升,使得V^2和R乘积消去了频率f,所以输出声功率是恒定的。也算是自然的一种馈赠,为什么这么说呢?比方熟悉的音源黑胶与磁带输出信号都需要均衡,因为不均衡的话输出电平会随着输出信号频率上升而上升。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

例:6.5寸扬声器直径约等于13cm,当ka>1-1.5时即频率f>832-1250hz左右,声阻抗不再随频率上升而振速却仍随频率下降,根据公式,声功率和频率的平方成正比,即频率上升一倍声功率下降四倍,结果是声功率W在频率f>832-1250hz时每倍频下降6db。
但事实上很多普通6.5寸扬声器在大于832hz以上的声压曲线很平直,并没有衰减、有的甚至上拐的,甚至有些全频扬声器能到达15000-20000Hz。对于这个矛盾,就要引入分割振荡这个老问题了,(振膜的形状引起的指向性分布特性也能扩展扬声器0轴的高频响应,不过指向性只能增强已有的升压,不能“无中生有”,在此不多做赘述。)多数6.5寸扬声器在1000Hz以上的频率工作时,分割振荡也逐渐走上舞台了, 一个扬声器的振动模型可以看做一个物体挂在一个弹簧上,但在分割振荡出现后振动模型就复杂了起来,分成了一串又一串的物体和弹簧的组合。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析
     

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

因为其振膜物理材料限制,其刚性不足以让力在这一串串的物体和弹簧传递下去,越靠近上端,也就是靠近音圈位置振动越容易传递,而较远的位置就可能一动不动了。随着工作频率不断的提高,扬声器的分割振荡也愈发严重,振动的部分就越来越小,但此举正是扬声器高频延伸的关键,振动的部分变小了,可以变相等效成一个的小口径扬声器,振动面积随变小了,但相应的质量也变小了,扬声器效率没有改变,但因为振膜尺寸的改变 Ka>1-1.5时的频率却远远提高了。正是这随着频率自动变化尺寸的“扬声器”,延伸了高频。

很多人认为硬质振膜的扬声器高频会延伸的更多,事实却截然不同。以全频扬声器为例,全频扬声器多数都是非常轻薄的纸质振膜,而且音圈直径都非常小,这样设计最利于分割振荡的产生,在高频段尽量只让靠近中心的位置振动发声,从而延伸频带。

所以声压曲线平直的扬声器不一定是好的扬声器原因是ka>1-1.5时所输出的平直声压都是分割振荡产生的,常识告诉我们分割振荡范围内失真大、音质差应该尽量避开此范围。好的扬声器当ka大于1~1.5频率时,(大概5寸1050-1600hz左右、6.5寸834-1250hz左右以此类推)声压应随着频率上升而下降,每倍频程大下降6db左右。
大部分“硬盆”扬声器都有这种规律(图1 图2)。所以活塞区相对于软盆较为宽阔。

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

                                    图  1

扬声器声压曲线的深度分析

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                                      图   2
图2是西雅士E0021 4寸扬声器,属于铝镁盆“硬盆”,活塞区能达5.5k肯定是个好扬声器,但好的有点“过分了”,够用就行,有谁把分点搞到5.5k呢?指向性也过不了关,再说过高的技术指标也太浪费RMB。“硬盆”扬声器技术指标,毫无疑问要好过所谓的“软盆”扬声器,但是主观上给人的听感有点“硬”,没有纸质振盆来的柔和自然。所以能用小口径纸质扬声器,活塞区能到2k或者多点,就能和高频扬声器很好的衔接,也是个不错的选择。例如4寸纸质扬声器做2分频音箱,或者做3分频音箱当中音用,特点中音甜柔失真小,但有一定局限性,不能用大一点口径的扬声器。要是用5寸以上纸质扬声器在1000多hz就进入分割区了,1000多hz分频对高音压力太大,音质也不会好。所以做2分频用“硬盆”比较好,“硬盆”活塞区宽比“软盆”有优势。所以设计音箱要扬长避短、灵活运用,应用好的话,看似不上档次的纸质扬声器也能发出不次于“硬盆”扬声器的音质。


扬声器声压曲线的深度分析

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                                   图    3

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

                           图           4
图3图4是西雅士E0042 6.5寸和西雅士H1216 5寸扬声器,都属于“软盆”范畴,可看出所谓的软盆喇叭相对硬盆声压曲线较为平直,但是活塞区没有硬盆宽阔,基本上不会超过Ka=1.5时的频率。


扬声器声压曲线的深度分析

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                                     图      5

扬声器声压曲线的深度分析

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                                   图       6

扬声器声压曲线的深度分析

扬声器声压曲线的深度分析

                                      图        7
图5图6图7 分别是西雅士的E0011、E0058 、H0831,从这几种扬声器声压曲线看也符合这种规律。E0058是金属铍“硬膜”、其余两款都是“软膜”。E0058一只价格近4000元,而H0831不过3、5百元,从声压曲线上看E0058还不如H0831好看而平直,所以很难只从声压曲线判断一只扬声器的优劣。
以上所讨论的主要是指常见的指数型状扬声器振盆,其它异形及特除形状振盆不再本讨论之列。
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