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发布日期:2014-07-12


   音箱由哪几部分组成?

   市面上的音箱形形色色,但无论哪一种,都是由喇叭单元(术语叫扬声器单元)和箱体这两大最基本的部分组成,另外,绝大多数音箱至少使用了两只或两只以上的喇叭单元实行所谓的多路分音重放,所以分频器也是必不可少的一个组成部分。当然,音箱内还可能有吸音棉、倒相管、折叠的“迷宫管道”、加强筋/加强隔板等别的部件,但这些部件并非任何一只音箱都必不可少,音箱最基本的组成元素只有三部分:喇叭单元、箱体和分频器。

   为什么有些音箱用两只喇叭单元,而有的要用三只,还有用四只、五只的,用一只行吗?

   喇叭单元起电-声能量变换的作用,将功放送来的电信号转换为声音输出,是音箱最关键的部分,音箱的性能指标和音质表现,极大程度上取决于喇叭单元的性能,因此,制造好音箱的先决条件是选用性能优异的喇叭单元。

   对喇叭单元的性能要求概括起来主要有承载功率大,失真低、频响宽、瞬态响应好、灵敏度高几个方面,但要在20Hz-20kHz这么宽的全频带范围内同时很好兼顾失真、瞬态、功率等性能却非常困难,正如道路警察,如果管得太宽肯定会顾此失彼,而各管一段就容易得多,喇叭单元也是这个道理,最有效地解决方案就是分频段重放。为此喇叭厂生产了不同类型的单元,有的只负责播放低音,称为低音单元,播放中音的叫中音单元,高音单元只负责播放高音,这样便可采取针对性的设计,将每种单元的性能都做得比较好。

   所以,尽管可以采用一只全频带喇叭来设计音箱,不过出于上述考虑,用多个单元的组合来覆盖整个音频频段的设计方式还是占了绝大多数。具体用几只单元,取决于音频范围的频率划分方式,如果是简单地分成高音和低音(或中低)两段的二分频音箱,选用一高一低(或中低)两只喇叭就够了;如果是分高、中、低三段的三分频音箱,那么最少也得用三只单元,现在两只低音单元并联工作的设计方式也很流行,这样总的单元数便可能达到四只;有些大型音箱的频段划分得更细,如果再采用单元并联工作的设计,总的喇叭单元数就会更多。在音箱的资料或说明书上通常有“X路X单元”这样的文字,就是对音箱的分频路数和所用单元总数的具体说明,例如“三路四单元”,表示这是三分频设计的音箱,总共用了四只喇叭单元,其余依此类推。

   对振膜的要求是刚性好(不易产生分割振动)、重量轻(瞬态响应好)、具有适当的内阻尼特性(抑制谐振),但这些要求并不容易同时满足,纸质振膜的重量和阻尼特性都能达到要求,但刚性不够强;金属振膜的刚性很好,但阻尼又欠佳;聚丙烯振膜比较好地兼顾了各个方面,近年来获得较多的应用。此外,还有些厂家采用很复杂的工艺制造振膜,“三明治”复合结构就 是其中之一,它的上下两个表面之间夹着蜂巢结构的中间层,整体上具有很高的刚性,同时又有重量轻、阻尼好的特点,很有发展前途。

   高音单元最常用的是球顶式高音,从工作原理上讲也属于电动式单元。球顶高音的振膜可以用金属材料制造(如铝、钛、铍等),称为硬球顶,也可以用软质的织物制造(如蚕丝、化纤),称为软球顶,通常,硬球顶的高频响应比较好,而软球顶的声音比较柔和。近年来,带式高音和静电高音也得到一定的应用,它们共同的优点是振膜特别轻盈,因而高频响应出色,声音纤细透明,不过,这两种高音的生产还不如球顶高音那么容易,应用不太普及。还有一种号角高音,由球顶式的驱动部分加一个喇叭状的号角构成,它的特点是声音指向性强,而且效率高,因而在专业扩音领域的音箱中应用很普遍。

   还有一种同轴单元,实际上是低音和高音单元的组合。

   喇叭单元为什么要装在箱子里?不装箱行吗,比如用个支架来固定它们?

   不行,准确地说是低音单元必须要装箱,高音则可装可不装。有两个原因使得低音单元必须装在箱子里:一是为了消除“声短路”现象;二是为了抑制喇叭单元的低频谐振峰。

   先说第一个原因。低音单元的振膜在前后运动时,除了有向前方辐射的声波,也有向后方辐射的声波,两个方向的声辐射相位正好相反,即相差180度。由于低频声波的波长很长,其绕射能力是很强的,也就是说低频声波的方向性很弱,如果喇叭单元不装箱的话,后向辐射的声波就会绕到前面来与前方的辐射异相相消,总体上的前向声波辐射能量就被大大削弱,这种现象称为“声短路”。“声短路”现象必须设法消除,否则低频根本无法有效地辐射。

   如果把喇叭单元装在箱子里,振膜后方的辐射被箱子阻音箱是如何分类的?

   音箱的分类有不同的角度与标准,按音箱的声学结构来分,有密闭箱、倒相箱(又叫低频反射箱)、无源辐射器音箱、传输线音箱之分,它们各自的特点。

   倒相箱是目前市场的主流;从音箱的大小和放置方式来看,有落地箱和书架箱之分,前者体积比较大,一般直接放在地上,有时也在音箱下安装避震用的脚钉。落地箱由于箱体容积大,而且便于使用更大、更多的低音单元,其低频通常比较好,而且输出声压级较高、功率承载能力强,因而适合听音面积较大或者要求较全面的场合使用。书架箱体积较小,通常放在脚架上,特点是摆放灵活,不占空间,不过受箱体容积以及低音单元口径和数量的限制,其低频通常不及落地箱,承载功率和输出声压级也小一些,适合在较小的听音环境中使用。

   按重放的频带宽窄来分,有宽频带音箱和窄频带音箱之分,大多数音箱其设计目标都是要覆盖尽量宽的频带,属于宽频带音箱。窄频带音箱最常见的就是随家庭影院而兴起的超低音音箱(低音炮),仅用于还原超低频到低频很窄的一个频段;按有无内置的功率放大器,可分为无源音箱和有源音箱,前者没有内置功放而后者有,目前大多数家用音箱都是无源的,不过超低音音箱通常为有源式。

   密闭箱的特点是什么?

   密闭音箱的喇叭单元装在一个完全密闭的箱体内,这样,振膜向后辐射的反相声波就被箱体完全阻隔,不会跑到箱外去和振膜前方的正相声波相抵消,解决了“声短路”问题,使低音能够有效地辐射。密闭箱的低频衰减特性比较其他类型的音箱都平缓,形同一个二阶低通滤波器的衰减曲线,这意味着它具有各类音箱中最好的瞬态响应。

   同时,密闭在箱内的空气形成一个强劲的“空气弹簧”,能有效抑制振膜在谐振频率处的位移量,减少非线性失真。不过,空气的劲度也使喇叭单元的低频谐振频率上升,使音箱总体的低频下限比单元在自由空间的条件下有所上升,与倒相箱、传输线音箱这些设计相比,密闭箱的低频下限相对要差一些。还有,振膜后向的辐射得不到利用,致使其效率也要低一些。

   传输线音箱有什么特别之处?

   传输线音箱与密闭箱或倒相箱的设计思路完全不同,它利用了1/4波长的传输线来达到吸收单元谐振、抑制振膜位移、拓展低频下限这些目的。传输线音箱有以下一些基本特征:低音单元后面接有一跟长长的导管(传输线),导管的长度取单元低频谐振频率(或稍高一点的频率)的1/4波长,为了实用化,导管通常折叠于箱体内部,看上去象一个迷宫;连接喇叭单元那端的传输线截面积至少比单元的辐射面积大25%,然后逐渐变小,到传输线的出口处刚好等于单元振膜 的辐射面积;传输线内敷设羊毛或玻璃棉等阻尼物质。

   传输线音箱与密闭箱和倒相箱等设计相比,具有更为深沉的低音,但以英国著名音箱专家Martin Colloms为代表的一些人则认为传输线音箱较难避免因传输线谐振所造成的音染。

   什么是同轴音箱?

   一般的音箱,高音单元和低音单元由于平面地排列在音箱的面板上,所以它们的发声中心不可能重合为一个点,这样,高音和低音到达聆听者的距离就有差异,这种差异会导致相位偏差从而影响声像的正确还原。同轴音箱用的是同轴单元,这种单元实际上是高音单元和低音单元的组合体,高音巧妙地放置在低音振膜的中心处,因此能保证高、低音的声学中心是同一个点,从而解决了相位偏差的问题。

   最著名的两种商品化同轴音箱都是英国的产品,一个是使用“郁金香”同轴单元的Tannoy(天朗),另一个是使用Uni-Q同轴单元的KEF。

   什么叫哑铃式的单元排列?

   就是高音单元紧夹在一上一下两只完全相同的中/低音单元中间,形式上有点象两头大中间小的哑铃。哑铃式排列可以获得近似于点声源的发声效果,对立体声的声像定位有好处,所以近来这种设计比较流行。

   音箱的主要性能指标有哪些?

   客观衡量音箱性能的技术指标有很多,我们在产品目录或音箱的说明书上经常看到的有:频率响应、阻抗、灵敏度、最大承载功率以及最大输出声压级。

   频率响应表示音箱输出声压级随频率变化的关系,如果画成图,就是一条以频率为横坐标、以输出声压(或者声压的分贝数)为纵坐标的函数曲线。这条曲线在中频段的总体趋势是水平的,当然中间可能有很多因为系统不够完美造成的小波动。在低频端和高频端,曲线出现下跌的趋势,音箱的输出会减少,通常把低频端和高频端的输出相对于中间水平段下跌3dB的那两点成为低频截止点和高频截止点,这两点之间的频带就是该音箱的频响范围。

   显然,频响范围越宽越好,这样就能还原音乐信号更宽广的音域。对于目前的音箱来说,高频端不是问题,早已达到音频的上限20kHz,有的产品还远远超出,困难在于低频端,一般书架箱 达到50-60Hz左右、落地箱达到30-40Hz左右就很不错了。另外,频响范围内的曲线越平坦、波动越小越好,这表示该音箱对频带内的所有频率信号都 能一视同仁地重现,不会出现平衡度的扭曲。

   阻抗通俗地说,就是对输入电流信号阻力的大小,单位为欧姆(Ω)。音箱最常见的阻抗值有8Ω、4Ω和6Ω三种,当然还有3Ω、5Ω、10Ω等其他值,但不常见。需要特别说明一点:音箱的阻抗只是一个标称值,音箱的实际阻抗大小是随频率变化的,譬如标称8Ω的音箱,只有在某些频率点上阻抗才为 8Ω,在其他频率可能为10Ω、20Ω,另一些频率又可能低至6Ω或4Ω。阻抗随频率变化的特性,在音箱的阻抗曲线图上可以看得很清楚,这种变化增加了放大器驱动的难度。

   灵敏度是衡量音箱电-声转换效率的指标,单位是dB/W/m,含义为输入1W的功率时,距音箱轴向1m远处能获得的声压级大小,比如灵敏度90dB/W/m的音箱,表示输入1W的功率,在音箱正前方1m远处就能够得到90dB的声压级。灵敏度高的音箱比较节省放大器的功率,应该算优点。

   不过,有时灵敏度和其他性能指标不易兼顾,权衡之下,往往宁可牺牲一点灵敏度来换取更好的其他性能,这是因为目前大功率的放大器很普遍,价格也不算太高,灵敏度低一些不算很大的问题。

   功放无论晶体管机还是电子管机,都属于恒压输出功放,其输出阻抗是很小的,晶体管机一般在0.1Ω以下,电子管机要高一些,但一般也在1Ω以 下,而不是8Ω。晶体管功放的带负载能力很强,原则上接任何阻抗的音箱都可以,当然也要注意,阻抗不能低到让功放吃不消甚至过载。例如,接一对2Ω的音箱,大多数中、小功率的功放会吃不消。

   对于电子管功放,有一个“最佳负载”的问题,即负载阻抗为某个值时电路的性能最好,这个最佳负载阻抗通常为几千欧到几十千欧,而音箱的阻抗只有几欧姆,相差太大,所以要用输出变压器进行阻抗变换。电子管机的输出变压器一般设有不同的抽头,无论音箱的阻抗为多少,只要选择输出变压器上数值相同(或者接近)的那组抽头,都能够“映射”为功放需要的最佳负载。

   综上所述,功放在搭配音箱时,根本无须操心音箱的阻抗,晶体管机可以接任何阻抗的音箱,而电子管机可以通过选择输出变压器的抽头来适应各种阻抗的音箱。

   为什么有的音箱很吃功率,是什么原因造成的?

   第一,可能音箱的灵敏度比较低。灵敏度相差仅3dB的音箱,要获得同样的音量大小(或声压级),输入功率相差就达到一倍,比如一只90dB/W/m的箱子,若要在1m远获得100dB的声压级,只要输入10W的功率就够了,而对于87dB/W/m的音箱,就需要20W的功率才行。倘若音箱的灵敏度差异有10dB,那么同样输出声压条件下的输入功率就达到10倍之差。比如将前面87dB/W/m的音箱换成80dB/W/m灵敏度的音箱,还是在1m远获得100dB的声压,所需要的输入功率就高达100W,比90dB/W/m的箱子高出10倍。

   第二,也许灵敏度不算低,但阻抗特性有异常。例如有些音箱,灵敏度87-90dB/W/m以上,已经不低了,但再看它们的阻抗曲线,在某些频率点的阻抗可能低至2Ω甚至1Ω,这么低的阻抗对于普通放大器而言已经接近短路了,还怎么推啊?肯定在这些频率处会产生很严重的过载失真。要驯服这样的音箱,只有出动Krell、Mark Levinson这些负载阻抗降至1Ω时功率还能保持线性增长的超级强力功放才行。如果同时遇到灵敏度又低、阻抗特性又怪异的箱子,对放大器的要求就更苛刻了。



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