之前有文章講述了一些影響聲音的因素和客觀指標以及電聲產品設計、工藝之間的關係。現在給大家分享一下電聲器件影響聲音的一些技術指標。

 

我們仍然以揚聲器為例來說明這個問題。這裏我們把電聲器件的“檔次”提升一下，我們

 

來研究Hi-Fi音響用的揚聲器的技術指標。

 

朋友們對Hi-Fi音響用的揚聲器自然不陌生。當我們選擇一款揚聲器時，揚聲器廠家自然會

 

提供一些參數和測試數據。負責任的廠家一般會提供：

 

阻抗、功率

靈敏度
、頻響曲線

F0、阻抗曲線

一些常見的T/S參數如Qts及Xmax，BL等數據。
 

實際上，很多廠家提供的諸如頻響曲線、阻抗曲線
、T/S參數等，都存在一定的“美化”和“失真”的情況。即便是較資深的發燒友，自行搭建一套音頻測試係統如LMS，yejibenshangxianyujiangyishangcanshuceshizhunqueeryi。raner
，yuelaiyueduodeshijianzhengming
，jinjinguanzhuyishangzhibiao，haibuzuyipandingyigeyangshengqidantidehaohuai。yejiushishuo，zhiguanzhuyishangzhibiao
，qishishibugoude。keshiyihandeshi，muqiandejuedaduoshudianshengshejizhehefashaoyou

，doushizaijiyuyishangyouxiandexingnengzhibiaolaijinxingsheji，bunengbushuoshiyizhongyihan。

 

下麵，老虎180就一些大家一般不會關注到
、但對設計非常有用的一些參數和數據，逐一描述一下：

 

一、THD

 

THD是英文“Total Harmanic Distrotion”的縮寫。和頻響曲線類似
，在不同的頻點
，揚聲器的THD也不同。因此THD會生成一條曲線。而一般的揚聲器的規格中，均對THD曲線沒有相應的描述。但實際上
，THD對聽感影響極大。簡要來說，THD總體偏高的揚聲器
，其聲音一定不如THD總體偏低的揚聲器來的自然。

 

下圖是典型的揚聲器的一條頻響和THD曲線。從圖中我們可以看出，THD曲(qu)線(xian)在(zai)低(di)頻(pin)部(bu)分(fen)，特(te)別(bie)是(shi)低(di)於(yu)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)時(shi)候(hou)，會(hui)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)大(da)幅(fu)度(du)的(de)抬(tai)升(sheng)。在(zai)高(gao)於(yu)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)的(de)時(shi)候(hou)一(yi)路(lu)下(xia)降(jiang)。在(zai)某(mou)些(xie)頻(pin)點(dian)
，伴(ban)隨(sui)著(zhe)頻(pin)響(xiang)曲(qu)線(xian)的(de)起(qi)伏(fu)，THD 曲線也產生起伏。

 

 

THD曲線在低頻F0附近的抬升的內因主要來自於揚聲器的振幅。主要是由 於(yu)揚(yang)聲(sheng)器(qi)在(zai)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)附(fu)近(jin)
，振(zhen)幅(fu)加(jia)大(da)
，導(dao)致(zhi)音(yin)膜(mo)的(de)折(zhe)環(huan)和(he)定(ding)心(xin)支(zhi)片(pian)等(deng)引(yin)發(fa)的(de)失(shi)真(zhen)。引(yin)發(fa)此(ci)失(shi)真(zhen)的(de)來(lai)源(yuan)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)因(yin)素(su)，那(na)就(jiu)是(shi)磁(ci)路(lu)和(he)音(yin)圈(quan)的(de)配(pei)合(he)。如(ru)果(guo)音(yin)圈(quan)在(zai)磁(ci)路(lu)中(zhong)的(de)位(wei)移(yi)導(dao)致(zhi)了(le)音(yin)圈(quan)所(suo)處(chu)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)有(you)較(jiao)大(da)變(bian)化(hua)的(de)話(hua)，也(ye)會(hui)引(yin)發(fa)較(jiao)大(da)的(de)低(di)頻(pin)的(de)失(shi)真(zhen)。

 

THD曲線在高頻段的“峰值”和振膜的形狀
、內阻尼等密切相關。往往在這個頻點上

，由於高頻聲波在振膜上的傳播
，導致了振膜上麵產生“駐波”，進而使得在某些頻點，振膜的某些部位變形明顯，體現在指標上，就是THD的峰值。於此對應
，往往會在頻響曲線上也表現為峰穀，進而影響聽感。

 

進一步分析失真，還可以按照階數對失真做細分。如下圖
，對2階和3階失真分別顯示。

 

 

需要注意的是，THD指標是和揚聲器工作的頻率以及承受的功率都密切相關的。脫離了指定的頻率或者功率，談THD都是空談。上圖中藍色曲線為2W時的THD曲線，而黃色曲線為0.5W時的THD曲線。市麵上銷售的揚聲器，有很多給不出THD的數據，那是因為傳統的大型揚聲器生產商，對THD不夠重視
，很多廠商的測試設備甚至不能準確測量出THD曲線！而伴隨著手機等消費類產品音頻設計的提升，B&K
、Soundcheck等音頻測試係統的導入，THD得到了一些廠家的重視。需要指出的是，揚聲器功率越低

，THD越小
；在1-2K頻段，揚聲器的THD也是相對比較低的。一些廠家聲稱自己的揚聲器THD可以做到<5%甚至<3%，看上去貌似很低，但如果不指定功率和指定頻點的話，基本上是沒有意義的。那種號稱自己的THD可以做到1%甚至0.5%以下的，基本上和江湖郎中無異了...如果需要關注THD，建議關注額定功率下的THD曲線，這樣會更客觀一些。

 

二
、T/S參數

 

T/S參數是由THIELE和SMALL先生首先提出的揚聲器係統數學模型的基本參數。T/S參數是由THIELE和SMALL先生首先提出的揚聲器係統數學模型的基本參數。T/S參數由四個小信號參數和2個大信號參數組成。

 

小信號參數包括四個基本參數：

Fs為揚聲器單元的諧振頻率。

Vas為揚聲器單元的等效容積。

Qes為揚聲器單元的電Q值。

Qms為揚聲器單元的機械Q值。
 

在實際應用中，經常會遇到Qts參數
，它表征揚聲器在低頻段的諧振峰的大小。Qts為Qes和Qms的並聯。

 

大信號參數包括兩個基本參數：

Pe（max）為揚聲器單元的散熱能力所確定的最大功率額定值。

Vd為揚聲器單元振膜在最大振幅時所推動的體積。
 

T/S參數在電聲係統設計過程中
，需要根據實際情況來靈活判斷。我們經常遇到的應用場景無外乎兩種。第一種場景：我們手頭正好有一個喇叭單體，我們希望用它來設計出一個可用於低音重放的音箱。第二種場景：womengenjushiyongchangjingdexuyao，jihuazuoyikuanchangkuangaobijiaoquedingdexiangti，shenzhiwomenyijingxianghaolexiangtideshejituzhi，juedinglexiangtideshengxuejiegou，womenxiwangxuanzeyikuanheshidelabadantilaipeihewomendexiangti。buguanshinazhongqingkuang

，womenxinmuzhongdouyouyige“理想的”效果
，我們的設計要盡量去接近這個“理想的”效果。此時，T/S參數就可以幫助我們做出一定的判斷。使我們獲得一個低頻響應接近我們的“理想效果”的係統。

 

試以2為例，簡述這個過程如下：

 

假設我們需要製作一個密閉箱體的音箱，揚聲器口徑4寸，希望音質好，低頻量感盡可能突出，應如何設計？

 

根據Q值的物理含義
，假設Qts為Qes和Qms並聯
，Qts越高低頻諧振峰越大，低頻量感突出的話，我們應該首選Qts高的喇叭？其實設計時往往不是這樣的。設計時第一步往往會先考慮諧振頻率Fs，因為諧振頻率Fs是位移振幅獲得平坦頻率響應和加速度振幅獲得平坦頻率響應的轉折點。Fs越低，意味著平坦頻率響應曲線向低頻段延伸越多。相反，Fs越高，意味著在低於Fs的頻段，聲壓將按照指數規律下降，不易獲得良好的低頻響應。對於4寸揚聲器來說，Fs的常見範圍在60-90Hz之間，低的Fs有助於低頻的提升。

 

選取好恰當的Fs的揚聲器後，我們才需要去考慮其它參數和箱體的匹配。在此時
，我們需要考慮的因素有：1
、密閉音箱體積在後腔形成的壓縮空氣“彈簧”，會對揚聲器振膜產生“阻尼”。此阻尼會導致係統諧振頻率升高，揚聲器低頻段振幅減小...2、考慮這個阻尼的作用
，需要揚聲器單體在障板測試模式工作在“欠阻尼”的狀態，裝腔後利用空氣阻尼從而達到正確的“阻尼響應”...3、揚聲器“速度”問(wen)題(ti)。在(zai)本(ben)設(she)計(ji)中(zhong)，首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)確(que)保(bao)聽(ting)感(gan)，也(ye)就(jiu)是(shi)空(kong)間(jian)感(gan)和(he)速(su)度(du)感(gan)，確(que)保(bao)聲(sheng)音(yin)鮮(xian)活(huo)
，不(bu)遲(chi)鈍(dun)
，也(ye)不(bu)拖(tuo)遝(ta)。其(qi)次(ci)再(zai)追(zhui)求(qiu)平(ping)直(zhi)的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)。此(ci)時(shi)，揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)QMs參數就派上用場了。一個足夠大的Qms的設計（如Qms>2）是取得上述聲音表現的關鍵...4、頻響曲線的平直。傳統的音箱設計理論，都是按照這個思路來設計的
，可以代入檢驗。如果需要調整，在確保Fs、速度的前提下，可以通過BL和膜片設計的調整來進一步優化。一般規律是：加大BL，Qms提升，Qes和Qts下降。

 

三、時域和瞬態響應

 

在前麵章節提到，揚聲器“速度”的de問wen題ti，這zhe其qi實shi就jiu是shi揚yang聲sheng器qi的de時shi域yu和he瞬shun態tai響xiang應ying問wen題ti。也ye是shi決jue定ding聽ting感gan的de一yi個ge非fei常chang重zhong要yao的de因yin素su。揚yang聲sheng器qi的de時shi域yu和he瞬shun態tai響xiang應ying，在zai傳chuan統tong的de揚yang聲sheng器qi和he音yin響xiang製zhi作zuo領ling域yu談tan論lun甚shen少shao，可ke是shi如ru果guo不bu關guan注zhu深shen挖wa此ci類lei指zhi標biao的de設she計ji
，要yao想xiang獲huo得de好hao的de聽ting感gan隻zhi能neng是shi“碰運氣”的成份更大一些。

 

揚聲器的時域和瞬態響應，有很多電聲測試係統都是可以完成測試的。比較常見的電聲測量軟件Soundcheck
，其中的第2006號模塊---Time Selective Response，就可以完成相應的測量。再如免費的聲學測量軟件REW（Room Eq Wizard）,也是可以測量諸如TimeDomain響應的。

 

在揚聲器時域和瞬態響應中，三維頻譜累計圖是我們比較常見的一種圖形。更多時候，他有一個更為形象通俗的名稱：瀑布圖。

 

 

瀑布圖有三個維度構成，分別是頻率、聲壓級和時間。在時間=0的(de)平(ping)麵(mian)內(nei)，被(bei)測(ce)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)穩(wen)態(tai)頻(pin)響(xiang)會(hui)被(bei)作(zuo)為(wei)第(di)一(yi)條(tiao)曲(qu)線(xian)。而(er)經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)後(hou)，被(bei)測(ce)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)剩(sheng)餘(yu)頻(pin)響(xiang)曲(qu)線(xian)又(you)會(hui)生(sheng)成(cheng)第(di)二(er)條(tiao)曲(qu)線(xian)。重(zhong)複(fu)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)，在(zai)不(bu)同(tong)的(de)時(shi)間(jian)坐(zuo)標(biao)上(shang)就(jiu)會(hui)得(de)到(dao)許(xu)多(duo)條(tiao)曲(qu)線(xian)。此(ci)時(shi)，揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)殘(can)餘(yu)頻(pin)響(xiang)特(te)性(xing)就(jiu)一(yi)覽(lan)無(wu)餘(yu)了(le)。

 

理li想xiang的de衰shuai減jian特te性xing當dang然ran是shi全quan頻pin段duan均jun勻yun衰shuai減jian，而er且qie衰shuai減jian極ji快kuai。但dan事shi實shi上shang，揚yang聲sheng器qi在zai驅qu動dong消xiao失shi後hou運yun動dong不bu會hui馬ma上shang停ting止zhi
，所suo以yi我wo們men隻zhi能neng退tui而er求qiu其qi次ci
，從cong揚yang聲sheng器qi的de衰shuai減jian時shi間jian和he衰shuai減jian均jun勻yun度du兩liang個ge維wei度du來lai要yao求qiu。

 

四、相位特性

 

在zai一yi個ge理li想xiang的de線xian性xing係xi統tong中zhong

，如ru果guo我wo們men定ding義yi輸shu出chu對dui輸shu入ru信xin號hao沒mei有you發fa生sheng任ren何he形xing變bian及ji時shi間jian的de延yan時shi，則ze這zhe個ge係xi統tong的de幅fu頻pin和he相xiang頻pin曲qu線xian都dou是shi平ping直zhi的de。而er實shi際ji上shang，揚yang聲sheng器qi的de輸shu出chu信xin號hao對dui輸shu入ru信xin號hao是shi存cun在zai形xing變bian和he延yan時shi的de。其qi中zhong，由you於yu距ju離li帶dai來lai的de延yan遲chi，是shi一yi個ge固gu定ding值zhi。而er消xiao除chu這zhe個ge固gu定ding值zhi影ying響xiang後hou
，我wo們men還hai可ke以yi得de到dao一yi個ge相xiang對dui的de相xiang移yi曲qu線xian。

 

 

揚yang聲sheng器qi的de相xiang對dui相xiang移yi曲qu線xian中zhong的de相xiang位wei波bo動dong

，往wang往wang和he幅fu頻pin曲qu線xian的de波bo動dong是shi一yi一yi對dui應ying的de。揚yang聲sheng器qi單dan元yuan作zuo為wei一yi個ge最zui小xiao相xiang位wei係xi統tong

，其qi不bu帶dai群qun延yan時shi的de相xiang頻pin特te性xing可ke以yi由you其qi幅fu頻pin經jing希xi伯bo特te轉zhuan換huan而er得de到dao。這zhe些xie波bo動dong，往wang往wang會hui成cheng為wei揚yang聲sheng器qi音yin色se改gai變bian的de一yi個ge標biao誌zhi。例li如ru上shang圖tu中zhong，群qun延yan遲chi曲qu線xian
、幅度曲線、相位曲線中表征的5-6KHz之間的波動。

 

值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，在(zai)分(fen)頻(pin)設(she)計(ji)中(zhong)，也(ye)需(xu)要(yao)較(jiao)為(wei)係(xi)統(tong)的(de)考(kao)慮(lv)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的(de)相(xiang)位(wei)的(de)銜(xian)接(jie)。如(ru)果(guo)銜(xian)接(jie)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)
，對(dui)應(ying)的(de)頻(pin)響(xiang)曲(qu)線(xian)也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)，而(er)聲(sheng)音(yin)的(de)質(zhi)量(liang)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)。

 

此外，揚聲器還有諸如指向性等指標需要關注。這些指標有興趣的朋友可以自行查閱相關資料。

 

（作者：葛虎）