扬声器的主要技术特性及其应用

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(二分频)和三路(三分频)扬声器系统 


    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;因为一般 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1.5hz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。 


    二路扬声器系统结构简单,造价相对较低,为了解决缺少这段中音频率.于是有些厂家用了一种折衷的 方法,即在分频网上把低音单元的频响特性向上移动,把高音单元的频率特性向下移动。另外一个问题 是,分频交叉点频率只能设定在500hz-2khz之间,而此区域正是人声和乐声频谱的重要部分。因此在听 觉上会留下“空洞”感和可闻的失真(当然分频器的斜率特性大些,例如,18db/倍频程,此缺陷可得到一 些补偿)。亦因为如此,二路扬声器对喇叭单元的要求相对较高,假若单元的性能不佳,整个扬声器系统的 声音就不够平滑,或有严重的相位失真。 


    三路扬声器系统各单元的特性可不作折衷,充分发挥它们各自的长处,两个分频交叉点可选在中音人声 和乐声频谱重要部份的上、下边缘处,对音质没有任何影响,故三路扬声器系统小了声音的失真,提高了 声音的清晰度,改善了低音和高音间交叉频段的性能,增加了扬声器系统的功率处理能力。因此是文艺 演出、音乐厅和歌剧院扩声系统的最佳选择。 


2)灵敏度和最大声压级(spl max) 


    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换成很宏亮的声音,这就求扬声器有较高的声压灵敏度。「灵敏度」实质是一种「转换效率」的体现。 各类扬声器系统由于设计技术、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。 

        扬声器系统的输入功率能力一般都远远大于1瓦(一般都在100瓦-2000瓦之间),因此实际使用时都可输入 这个最大允许的电功率。以额定最大功率,输入扬声器,在扬声器轴向1米处生产的声压级称为最大声压级 spl max。例,灵敏度=100db,1w/1m的扬声器,若具最大功率承受能力为1000w, 则splmax=100db+30db=130db,1m。另外大家关心的间题是两个相同声压级的扬声器箱放在一起的合成声 压级到底增加多少? “回答是：在室内混响声场两倍半径以外的地方约增加3db。” 


    这里就引出了一个性能/价格比的经济核算问题。 例如，一个spl1=90db的音箱,单价为5000元,另一种音箱的spl2=99db,单价为2万元,如果系统要求达 到99db的声压级,那么声压级低的音箱要用8个(8×5000=4万元),另一种高声压级的音箱只要用1个(2万元)就足够了,此外8个音箱还需用8倍的功率推动,更增加了投资成本。 


3)失真和音质 


    非常遗憾,音箱工厂都没有标称他们产品的失真率,其实它是一个非常重要的技术参数。音质是一个比较抽象的评价,亦没有可能在文件上标称,只能采取主观的听音比试。通常,灵敏度和音质是有矛盾的,生产商需要在两者中作适当的平衡。一般来说,中低价的产品,均以灵敏度作主导,追求性能价格比。 而高价位产品偏重音质。而最高层次者是两者兼备。 


4)「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」。专业扩声器 材需要为一大群公众服务,节目内容经常变换,「共性」是基本要求,兼容性要强,不同性质的节目都要 有「平均」的表现。除此之外,专业扩声器材必须是无“无渲染”,“不夸张”,“忠实”地将音源还原。 这就是「共性」或「共用性」。 


5)扬声器系统的指向特性 


    扬声器发出的声音通常在低频段(低于200hz)的声音是无方向性的,在各方向均匀传播。但在高频段时,声音的传播呈现较强的方向性,这个指向特性(各类音箱均不相崐同)正是 我们在系统设计中要加以应用的。优良的恒定指向特性可在现场布置时把声波的能量集中到观众区, 避开声波的强烈反射面和声场互相干扰。试举一个比较容易相差明白的例子,市面上的手电筒。一支普通的手电筒与一支有聚光功能的手电筒,价格可以相差数拾倍。一般的手电筒就算其功率与聚光手 电筒相同,但光线无法投射很远,而且无法控制投射区域。音箱的高音部分与手电筒的光线相当类似。 若只需要有声音,什么档次的音箱都能办得到,就等于任何一支普通手电筒也能照明一样了。但作为大型工程,必须有效地控制声场分布及考虑可投射的距离。指向性的优劣,足以影响工程的成败,必须选择有优良指向性的音箱。 扬声器的指向特性使偏离轴向的声压级随偏角的增大而压级逐渐减小;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。大型工程需要覆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干扰。用具有上述恒指向特性的一对扬声器组成八字型摆放,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。 


6)扬声器系统的功率处理能力 


    扬声器系统的功率处理能力(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,过热变型,圈间击穿等), 另一种是驱动器的振膜位移量超过极限值,使扬声器的锥型振膜和/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。声音信号不是一种纯正弦波信号,而是一种随机的,这些随机信号可用 三个参数来表式:有效值(rms)又称均方根值,是以信号峰值等幅的正弦信号的一种测量结果,接近于平均值,基本上代表信号的发热能量。 


    峰值(peak)是信号达到的最大电平,对于正弦波来说,峰值电平大于有效值电平3db, 对于音乐信号来说,峰值电平超过有效值可达10-15db,在评定一种扬声器的位移能力时,峰值是重要的。峰值因子,用来说明峰值电平与有效值电平的比率,对于按aes2-1984的粉红色噪声源来说,峰值 因子为6db,即峰值电压是有效值电压的4倍。扬声器的功率处理能力是按(aes2-1984)处理后的粉红色噪声信号连续加2小时工作后,其电性能和机械性能的永久性变化不大于10%的情况下测得的技术参数。 


7)加载(受热)后的声压级下降(又称功率压缩) 


     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℃-80℃,常见额定声压级下降3db为容限,如音圈散热优异,而温达100℃以上,实际的声压下降 可达6至8db,这是相当惊人的下降。如前文题及,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,必须由原来的一只音箱增加至四只。非常遗憾,音响工业界没有标 称这种声压级下降的习惯,用户只能自行比试各种品牌择优选用。若要改善这种声压级的下降,必须更好的改善扬声器单元的散热设计。 


8)扬声器单元的阻抗 


    扬声器单元的阻抗包含,电感量,电容量和电阻值。电感和电容是随频率而变化的。虽然在扬声器系统中标称一个阻抗,例如8欧姆,4欧姆,但这个数值会跟随频率变化而改变。假若阻抗 变化太大,将会影响整个音响系统的稳定性。jbl最新的dcd双线圈差驱动设计是将阻抗变为 「纯电阻」性,不受频率变化而影响,让整个音响系统稳定工作。