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发表于 2016-1-5
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功放与音箱
音箱是嘴巴和声带,功放就是中气,有一张好嘴巴和好的声带,如果本身的中气不足,也是没有好的声音的!所以功放是一套音响系统里头非常重要的组成部分!那么音箱和功放应该如何匹配和连接呢!如果从艺术方面考虑,功放与音箱的配接应该在音色方面冷暖相宜、软硬适中,最终使整套器材还原音色呈中性。而从技术方面考虑的话,功放与音箱配接要考虑下面几点:1.功率匹配;2.功率储备量匹配;3.阻抗匹配;4.阻尼系数的匹配。
一、 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。
二、 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3倍。
功放:电子管功放和晶体管功放相比,所需的规律储备是不同的。这是因为电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号颠峰,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的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。
三、 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,功率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。
四、 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,电阻尼量越重,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。
玩功放,主观试听很重要,客观指标同样的关键。说起主观试听,也真让人无所适从,今天这篇文章说这台功放声音较“硬”,明天那份杂志又说它对弦乐还原很“温柔”,内行人又会说条件不同嘛,结论也不同,于是乎有些人又回到了技术指标的领域里来,在这里总算能躲开那些空而又玄的“形容词”。然而,在客观指标这块领地里,烦恼同样不少。在功放的许多技术指标的背后,总会有一些必要的测试条件,那么了解这些条件的实际意义,掌握它的来龙去脉,就会对指标不至于太迷信。下面仅举几个方面加以说明。
1.频中曲线:大多数功放是指在额定输出功率时的频率特性,如标出20Hz~20KHz,±0.1dB,有些功放的高频端标到了100KHz,这个100 KHz你必须小心看待,因为有的功放在制造时是靠整体零件的特性来保证做到此高频,而有的设计者是靠负馈技术来达到100 KHz,可以说这二台功放的音质会有明显的差异。有一个倾向值得注意,目前不少功放的高频越标越高,它和音乐的提高是否有必然的联系,还没有统一的说法。
2. 输出功率:这是一个牵扯到不少相关因素的指标,如失真度指标的限制、音箱阻抗的不同也会带来输出功率的变化等,假设某台功放标出2×50W,THD<0.1%,1KHz,8Ω时,我们就知道了,这是在音箱阻抗为8Ω时测出,音箱的阻抗并不是一成不变的数值,有的音箱采用多单元驱动,它的常规阻抗就可能是4Ω。另外,当音箱工作于低频段时,它阻抗有可能降低至4Ω,甚至2Ω,功放对这种低阻抗音箱的驱动能力,并未见有指标标出,此外,THD为总的谐波失真,如果失真达1%,对应的输出功率极有可能会上升,可能会达到2×80W,这时输出功率的含义就明显变化了。另外不家一种情况,我们用全频带的信号输入,负载阻抗固定为8Ω,你会发现频率越低,功放的输出功率越会下降,这是因为声音的能量大部分集中在低频段,因而用上述的中频信号(1 KHz)来表示功放的输出功率那就很片面了。如果有一台功放是这样标法:2×50W/8Ω,2×100W/4ΩTHD<0.1%(20Hz~20KHz输入时),那么这台功放指标明显优于上一台。
3.阻尼系数:这项指标反映了功放对音箱的扬声器单元的控制能力,它是音箱的阻抗与功放的输出内阻的一个比值,一般认为大一些较好,但须注意,这项指标测试时往往没有将功放至音箱的连接线的内阻算进去,而恰恰是这个内阻对阻尼系数有较大影响。在我们平时系统的实际聆听中,如果换上几付不同牌号的喇叭线,就会发现音色会有偏硬或偏软的区别,这就是线的内阻影响了阻尼系统进而影响了系统的音色,如果你发现并承认了这个结果,你就不会象某些人那样对音箱线能改变音色这一点感到不可理喻。
4.失真度:这是一个很多人关心的指标,它包含的种类较多,如互调失真、瞬态互调失真、相位失真及我们经常接触到的在音响说明书里标示的谐波失真,功放的指标里标明的总谐波失真事实上是一个比较“死板”的失真,它是用单一的频率输入,检测功放输出端的多余成分去和原波形比较而得出的一个百分比,由于我们平时接触到的声响会同时有许多不同频率的成分,因此,针对谐波失真的单调性,有的功放标出了互调失真指标,它是用二个不同的频率如用70Hz调制6 KHz,并按一定的强度比例输进功放检测输出的失真成分,尽管仍不够全面,但毕竟实用些了。瞬态互调失真检测则更进了一步,它用一个猝发的互调信号输入,能检测出功放在瞬间输入脉冲信号时,输出会否出现削波现象。至于相位失真是检验功放对不同频率输入时产生的输出相移,它对音色的还原有较大影响,可惜许多功放都未提及,在此也不多叙述。
5.信噪比:顾名思义,是指功放输出的有用信号与无用的本底噪声的比值,目前的功放信噪声指标已完全能应付一般的音乐类节目,而我认为更应关心本底噪声,可试验一下将功放音量放至最小听听噪声的大小,当然是愈小愈好。了解了以上这些指标的隐藏着的含义,你或许不会被技术指标的表面数据所迷惑,若要较全面地反是映一台功放对音乐的还原能力,靠几个硬性指标当然是远远不够的,也基于这个理由,世界各国对音响器材的测试手段、方法、内容等都花了不少功夫,并且制定了相应的测试标准,在德国标为DIN标准,日本多采用EIAJ标准,而美国则习惯采纳国际高保真协会的IHF标准。这么多不同搞清楚客观指标的发烧友说不定又是“一头雾水”!看来,不是得回到逐步提高自身试听能力的那条路上去因为,玩音响,没有捷径,只有靠多听,多比较,才能真正玩好音响。
话说音箱
就目前Hi-Fi音响系统而言,扬声器系统————音箱在技术上仍是一个相当薄弱的环节。音箱作为一种尽可能忠实再现艺术作品的器材,其忠实再现应是第一位,但就目前的技术对忠实再现,还只能是个相对的定义,这也是不同牌号的音箱都有自己声音特点的原因。当今世界上的音箱,品种繁多,但性价比高的却并不太多。从总体上看,大部分美国音箱力度好,气势恢宏,适于重放流行音乐;大部分英国音箱柔和细腻,极富音乐感,适于重放古典音乐;丹麦、德国、法国等欧洲音箱,则介于前两者之间的占多数。
小型音箱原是供流动录音时方便监听之用而制造,随着居住环境趋于小型就逐渐流行起来。书架型(bookshelf)音箱,原系尺寸相当于杂志大小,容积在9升左右,放在书架上的小型扬声器系统,它们的高、低频单元辐射的声波浑然一体,辐射图形大致呈球面波,所以小型音箱的声辐射更接近理想的“点”声源,这就改善了立体声重放的定位感和声扬感,而且小型音箱瞬态反应好,体积小巧,摆位容易。可见小型音箱特别适宜在小居室作近距离聆听,播放动态不大的弦乐、人声和古典小品。但一般小型音箱的低频表现,与大型音箱是有差距的,特别是要求动态气势的场合,只要环境条件许可,不应考虑使用小型音箱。
落地型(floorstander)音箱大多使用口径较大的扬声器单元,如165mm、200mm、250mm,在大房间里可发挥它低频浑厚、气势磅礴的特点,所以大型音箱富有真实的现场感。但它在小房间使用时,则将有问题,因为在聆听距离较近的情况下,标准声压的驱动功率就须减少,这样音箱的气势就出不来,反而有低音不足感,而离音箱过远时,房间内墙面、家具等反射造成的非直达声又较多而干扰直达声,反而影响音质。
大口径低频扬声器的锥盆在复杂运动中,会产生高次谐波和对某些短促的声音产生瞬态失真,现代音箱为了克服这个不足,常以几个小尺寸的扬声器单元代替一个大口径的扬声器单元。
一些高度在0.5m左右,介于小型和大型音箱之间的中型音箱,在国外称座架型(standmount),需放在适当的脚架上使用,它们的表现介于小型和大型音箱之间而兼有它们的长处,富有一定特色。
有些低效率的昂贵书架型贵族音箱(以难推闻名),对功率放大器的要求很高,不仅要求输出功率足够大,还要求输出电流要足够大,并且阻尼特性好,否则其效果往往还不如一般音箱,这点是要有充分认识的,属于这类的音箱品牌有DYNAUDIO Acoustics(丹麦“丹拿”)、MOREL、ATC、Lynnfield及Ensemble等。
音箱不可能完美,难免会存在一些不足和缺陷,但如有低频不足、高频夸张、声场营造能力差、不该有的声染色等情况,那就属于明显缺点,高、中、低频的表现应以平衡的量感为准则,某频段的突出表现只是特性之一,不能作为评判的依据。此外,音箱在大声压级时不能产生声音含混,甚至低音拍边现象。总之,音箱大多具有个性,也就是说每种音箱都有某种特殊的音色,这在选择时是一定要加以注意的,因为不少音箱之间往往只存在个人爱好问题,而不是优劣之分,而且在商店的环境下,对音响器材的音乐性、声像定位和立体感的差别又很难听得出来。不同音箱的表现会有不同特质的美,可说各有所长,声音之美与其它艺术般,随着拥有者的美感认知而展现不同的美感
音箱的分类
自扬声器发明以来,人们一直在为它的频率范围向两端延伸而努力,高频上端现在应用小口径轻质振膜等手段而得到了较好的解决,但低频下端的重放仍需借助于笨重的箱腔。在低频端重放声的声压级与扬声器振膜所能推动的空气量有关,体积流速度是振膜辐射速度与面积的乘积,所以较小的振膜如有较长的运动距离————冲程,同样可得到大锥盆一样的低频声压级,发出深沉有力的低音。为获得最佳低音性能,对低频扬声器需要借助一个箱体才能正常工作。音箱的外型五花八门,常见的大多是长方形,对箱体结构主要有闭箱、反射箱、传输线、无源辐射器、耦合腔和号筒等几类。
密闭式音箱(Closed Enclosure)是结构最简单的扬声器系统,1923年Frederick提出,由扬声器单元装在一个全密封箱体内构成,它能将扬声器的前向辐射声波和后向辐射声波完全隔离,但由于密闭式箱体的存在,增加了扬声器运动质量产生共振的刚性,使扬声器的最低共振频率上升。密闭式音箱的声色有些深沉,但低音分析力好,使用普通硬折环扬声器时,为了得到满意的低音重放,需要采用容积大的大型箱体,新式的密闭音箱大多选用 和 值适当的高顺性扬声器,利用封闭在箱体中的压缩空气质量的弹性作用,尽管扬声器装在较小的箱体中,锥盆后面的气垫会对锥盆施加反驱动力,所以这种小型密闭音箱也称气垫式音箱。
低音反射式音箱(Bass-Reflex Enclosure)也称倒相式音箱(Acoustical Phase Inverter),1930年Thuras发明,在它的负载中有一个出声口开孔在箱体一个面板上,开孔位置和形状有多种,但大多数在孔内还装有声导管。箱体的内容积和声导管孔的关系,根据亥姆霍兹共振原理,在某特定频率产生共振,称反共振频率。扬声器后向辐射的声波经导管倒相后,由出声口辐射到前方,与扬声器前向辐射声波进行同相叠加,它能提供比密闭式音箱更宽的带宽,具有更高的灵敏度,较小的失真,理想状态下,低频重放频率的下限可比扬声器共振频率低20%之多。这种音箱用较小箱体就能重放出丰富的低音,是目前应用最为广泛的类型。
声阻式音箱(Acoustic resistance Enclosure)实质上是一种倒相式音箱的变形,它以吸声材料或结构填充在出声口导管内,作为半密闭箱控制倒相作用,使之缓冲,以降低反共振频率来展宽低音重放频段。
传输线式音箱(Labyrinth Enclosure)是以古典电气理论的传输线命名的,在扬声器背后设有用吸声性壁板做成的声导管,其长度是所需提升低频声音波长的四分之一或八分之一。理论上它衰减由锥盆后面来的声波,防止其反射到开口端而影响低音扬声器的声辐射。但实际上传输线式音箱具有轻度阻尼和调谐作用,增加了扬声器在共振频率附近或以下的声输出,并在增强低音输出的同时减小冲程量。通常这种音箱的声导管大多折叠呈迷宫状,所以也称迷宫式或曲径式。无源辐射式音箱(Drone Cone Enclosure)是低音反射式音箱的分支,又称空纸盆式音箱。是1954年美国Olson及Preston发表,它的开孔出声口由一个没有磁路和音圈的空纸盆(无源锥盆)取代,无源锥盆振动产生的辐射声与扬声器前向辐射声处于同相工作状态,利用箱体内空气和无源锥盆支撑元件共同构成的复合声顺和无源锥盆质量形成谐振,增强低音。这种音箱的主要优点是避免了反射出声孔产生的不稳定的声音,即使容积不大也能获得良好声辐射效果,所以灵敏度高,可有效减小扬声器工作幅度,驻波影响小,声音清晰透明。
耦合腔式音箱是介于密闭式和低音反射式间的一种箱体结构,1953年美国Henry Lang发表,它的输出由锥盆一边所驱动的出声孔输出,锥盆另一边则与一闭箱耦合。这种音箱的优点为低频时扬声器所推动的空气量大大增加,由于耦合腔是个调谐系统,在锥盆运动受限制时,出声口输出不超过单独锥盆的声输出,展阔了低频重放范围,所以失真减小,承受功率增大。1969年日本Lo-D的河岛幸彦发表的A•S•W(Acoustic Super Woofer)音箱就是一种耦合腔式音箱,适于用小口径长冲程扬声器不失真重放低音。
号筒式音箱(Horn type Enclosure)对家用型来讲,多采用折叠号筒(Folded Horn)形式,它的号筒喇叭口在口部与较大空气负载耦合,驱动端直径很小,这种音箱的背面是全密封,箱腔内的压力都多至扬声器锥盆的背面上。为保锥盆前后压力保持平衡,倒相号筒装置于扬声器前面。折叠号筒音箱是倒相式音箱的派生,其音响效果优于密闭式音箱和一般低音反射式音箱。 |
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