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音響基礎(chǔ)知識(shí)科普
發(fā)布日期:2021-1-22   點(diǎn)擊次數(shù):

1、揚(yáng)聲器


①揚(yáng)聲器的分類


揚(yáng)聲器有多種分類式:


按其換能方式可分為電動(dòng)式、電磁式、壓電式、數(shù)字式等多種;

按振膜結(jié)構(gòu)可分為單紙盆、復(fù)合紙盆、復(fù)合號(hào)筒、同軸等多種;

按振膜開頭可分為錐盆式、球頂式、平板式、帶式等多種;

按重放頻可分為高頻、中頻、低頻和全頻帶揚(yáng)聲器;

按磁路形式可分為外磁式、內(nèi)磁式、雙磁路式和屏蔽式等多種;

按磁路性質(zhì)可分為鐵氧體磁體、釹硼磁體、鋁鎳鈷磁體揚(yáng)聲器;

按振膜材料可分紙質(zhì)和非紙盆揚(yáng)聲器等。


②箱體


箱體用來消除揚(yáng)聲器單元的聲短路,抑制其聲共振,拓寬其頻響范圍,減少失真。音箱的箱體外形結(jié)構(gòu)有書架式和落地式之分,還有立式和臥式之分。箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)又有密閉式、倒相式、帶通式、空紙盆式、迷宮式、對(duì)稱驅(qū)動(dòng)式和號(hào)筒式等多種形式,使用最多的是密閉式、倒相式和帶通式。


落地音箱屬大型音箱,箱體高度在750MM以上,書架音箱的箱體高度在750MM以下,450MM~750MM之間的為中型書架音箱,450MM以下的為小型書架音箱。


③分頻器


分頻器有功率分頻和電子分頻器之分,主要作用均是頻帶分割、幅頻特性與相頻特性校正、阻抗補(bǔ)償與衰減等作用。


功率分頻器也稱無(wú)源式后級(jí)分頻器,是在功率功放之后進(jìn)行分頻的。它主要由電感、電阻、電容等無(wú)源組件組成濾波器網(wǎng)絡(luò),把各頻段的音頻信號(hào)分別送到相應(yīng)頻段的揚(yáng)聲器中去重放。其特點(diǎn)是制作成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適合業(yè)余制作,但插入損耗大、效率低、瞬態(tài)特性較差。


電子分頻器也稱有源式前級(jí)分頻器,是由各種阻容組件與晶體管或集成電路等有源器件組成,它昌置于前置放大器和功率放大器信號(hào)線路中的一種模擬電子濾波器,能把前置放大器輸出的音頻信號(hào)分成不同頻段后,再送入功率放大器進(jìn)行放大處理。其特點(diǎn)是各頻段頻譜平衡,相互干擾小,輸出動(dòng)態(tài)范圍大,本身有一定的放大能力,插入損耗小。但電路構(gòu)成要相對(duì)復(fù)雜一些。


2、技術(shù)篇


揚(yáng)聲器系統(tǒng)有許多與音色效果和使用場(chǎng)合直接有關(guān)的技術(shù)特性,為了用好用活這些技術(shù)特性,用戶必須對(duì)它們有所了解。


①二路和三路


音頻信號(hào)的頻譜范圍很寬,把20Hz-20kHz的信號(hào)要用一種揚(yáng)聲器單元是無(wú)法滿足整段頻響的;一般的12寸以上大口徑揚(yáng)聲器單元,低音特性很好,失真不大,但超過1.5kHz的信號(hào),它的表現(xiàn)就很差了;1-2寸的高音揚(yáng)聲器單元(高音壓縮驅(qū)動(dòng)器)重放3kHz以上的信號(hào)性能很好,但無(wú)法重放中音和低音信號(hào)。


于是就有了由各種頻響特性單元組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng),由低音(含中低音)和高音(含中高音)兩種單元組成的稱為二路揚(yáng)聲器系統(tǒng),由低音、中音和高音三種單元組成的稱為三路系統(tǒng)。


②靈敏度和最大聲壓級(jí)


揚(yáng)聲器單元是一種電信號(hào)與聲音之間的換能器,要求它能以相對(duì)較小的輸入功率轉(zhuǎn)達(dá)換成很宏亮的聲音,這就要求揚(yáng)聲器有較高的聲壓靈敏度,[靈敏度]實(shí)質(zhì)上是一種[轉(zhuǎn)換效率]的體現(xiàn),各類揚(yáng)虧損順系統(tǒng)由于采用的設(shè)計(jì)技術(shù),選用的材料和生產(chǎn)工藝等多方面的差異,靈敏度的差異也很大。


靈敏度是指輸入揚(yáng)聲器單元1瓦的電功率,在揚(yáng)聲器軸線方向離開1米遠(yuǎn)的地方測(cè)得的聲壓級(jí)大小,如果兩種揚(yáng)聲器的靈敏度相差3dB要達(dá)到同樣大的聲壓級(jí)輸出,需要增加電輸入功率一倍,因此靈敏度較高的揚(yáng)聲器能發(fā)出較大的聲音。


③[個(gè)性]與[共性]


在此又再引伸出另一個(gè)相對(duì)抽象和主觀的性能評(píng)價(jià),擴(kuò)聲用的音響,有別于家中的Hi-Fi音響器材,必須兼容性非常高,因?yàn)槊總(gè)場(chǎng)地都可能演出不同類型的節(jié)目,從歌劇到搖滾音樂會(huì),亦可能只是以語(yǔ)言信號(hào)為主的報(bào)告會(huì),故其音響系統(tǒng)必須要兼容不同的節(jié)目源,做到[平均性]的優(yōu)異即不能偏重于某一個(gè)用途,而家里的Hi-Fi音響器材,只需要照顧一個(gè)人或一小撮人的口味,其產(chǎn)品的[個(gè)性]是容許存在,但作為專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)器材,則這種[個(gè)性]將會(huì)變成[局限性]或[缺陷]。


④指向特性


揚(yáng)聲器的指向特性使偏離軸向的聲壓級(jí)隨偏角的增大而聲壓級(jí)逐漸減小,同時(shí)聲壓級(jí)又隨聲波傳播距離的增加按距離的平方成反比而衰減,在距揚(yáng)聲器遠(yuǎn)近和方位不同的聽眾區(qū),若將這兩種衰減選擇得當(dāng),就可使兩種衰減互相補(bǔ)償,從而使聲場(chǎng)更為均勻,大型工程需要蓋相對(duì)比較闊的區(qū)域,單只音箱通常不足以應(yīng)付,需要將多只音箱拼合成音箱群(陣列),而在陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)中,恒指向特性可使音箱之間的中、高頻段的聲波在音箱間不產(chǎn)生相互干擾,用具有上述指向特性的一對(duì)揚(yáng)聲器組成八字形擺放,可以覆蓋單個(gè)音箱的一倍,否則,聲音在音箱前方已經(jīng)互相干擾,嚴(yán)重影響聲場(chǎng)的均勻度和聲音的清晰度。


⑤功率處理能力


揚(yáng)聲器的功率處理能力(或稱揚(yáng)聲器的額定功率)是一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù),它代表?yè)P(yáng)聲器承受長(zhǎng)期連續(xù)安全工作的功率輸入能力,了解揚(yáng)聲器的功率處理能力,首先必須懂得揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器是如何損壞的,驅(qū)動(dòng)器的損壞模式有兩種:


一種是音圈過熱損壞(音圈燒毀,過熱變形,圈間擊穿等),另一種是驅(qū)動(dòng)器的振膜位移量超過極限值,使揚(yáng)聲器的錐形振膜/或其周圍的彈性部件損壞,通常發(fā)生在含有很多大振幅的低頻信號(hào)。


⑥加載(受熱)后的聲壓級(jí)下降


所有產(chǎn)品說明書上標(biāo)稱功率都是各廠家自定的,是音箱在廠方選定的測(cè)試信號(hào)和條件下的最佳值,當(dāng)音箱進(jìn)入工作狀態(tài)(譬如等于或大于滿功率20秒之后),音圈和磁體受熱溫升后、由于它們性能下降改變了受熱前單元的原有特性,這時(shí),實(shí)際的聲壓輸出就會(huì)減少,常規(guī)音箱,如音圈溫升60度-80度,常見額定聲壓級(jí)下降3dB為容限,如音圈散熱優(yōu)異,耐溫達(dá)100度以上,實(shí)際的聲壓下降可達(dá)6至8dB,這是相當(dāng)驚人的下降。增加一倍的音箱只提升聲壓級(jí)3dB若音箱聲壓級(jí)下降達(dá)6dB,要彌補(bǔ)這么大的聲壓級(jí)下降必須由原來一只音箱增加至四只,非常遺憾,音響工業(yè)界沒有標(biāo)稱這種聲壓級(jí)下降,必須要好的改善揚(yáng)聲器單元的散熱設(shè)計(jì)。


3、音質(zhì)篇


①鑒別揚(yáng)聲器的音質(zhì)


雖然任何揚(yáng)聲器都有其強(qiáng)項(xiàng)和弱點(diǎn),尤其在有限的預(yù)算下,低價(jià)的揚(yáng)聲器并不容易得到盡善盡美的效果,但無(wú)論任何價(jià)位和層次的揚(yáng)聲器而言,都有一定的參考標(biāo)準(zhǔn)或指涉方向。


測(cè)試低頻的質(zhì)量


劣質(zhì)揚(yáng)聲器所產(chǎn)生之低頻可以是轟耳若聾,但完全是那種臃腫松厚,缺乏層次感和結(jié)實(shí)感。好的低頻應(yīng)是潔凈明快,層次分明,不會(huì)拖泥帶水,冤魂不散似的,即使各種低頻樂器如大小鼓聲、低音吉它和鋼琴的低音,都能輕易分辨出來。所以不要輕易被低頻的量感所蒙騙,劣質(zhì)低頻不如干凈的聲音來的自然舒服。


測(cè)試中頻的人聲


人聲是最常聽到的聲音,優(yōu)劣并不難察覺,留意人聲是否有不尋常的鼻音或被抿著嘴發(fā)聲的感覺。


一些揚(yáng)聲器的“箱聲”同樣會(huì)大大干擾中頻,令此頻段的聲音模糊不清。中頻音染相對(duì)于其他頻率音染而言更為嚴(yán)重,因?yàn)榇蟛糠挚陕牭降穆曇纛l率,或是音樂的頻率都集中在中頻范圍,這點(diǎn)幾乎對(duì)所有種類的樂曲而言,都會(huì)成為重播的障礙。


測(cè)試高頻的柔韌感


劣質(zhì)的高頻是尖聲插耳,聽得人頭痛欲裂的,極端情況下把小提琴或女高音的美聲變?yōu)閯x車的尖銳噪音。同樣,高音中的不同器樂多產(chǎn)生的不同質(zhì)感,好的高音是能分辨出來的。


再優(yōu)劣一級(jí)的高頻甚至能令人從中分辨出兩把不同年份不同木質(zhì)的所奏出的不同音韻。最易掌握的要決是,好的高音是不回令人聽而生畏,毛孔豎立,也不會(huì)令人越聽越累的,而且該是綿韌而富彈性,幼滑而具層次,高至最高處仍可容易聽見卻不會(huì)產(chǎn)生變音的(當(dāng)然不是以走音歌手的錄音做參考)


測(cè)試高音量及音場(chǎng)結(jié)像


一些揚(yáng)聲器在低音量時(shí)表現(xiàn)穩(wěn)定,但在音量提升到某個(gè)指數(shù)便會(huì)失真,或“拍邊”,出現(xiàn)各種非錄音中的音樂信號(hào)。


具體而言,若管弦樂是喜愛樂種之一,則必須通過此關(guān)。合乎標(biāo)準(zhǔn)的揚(yáng)聲器在一定程度上做到聲音離箱,營(yíng)造出清晰的音場(chǎng)和結(jié)像,顯示出不同樂器的分點(diǎn)位置和質(zhì)感,有充足的擴(kuò)散以至生長(zhǎng)、闊、高但度音頻空間。


弱音和尾音應(yīng)該清楚聽見,而在大音量和“大爆棚”的情況下沒有變形失真,人聲和樂器聲不會(huì)糾纏不分。優(yōu)質(zhì)的重播能顯現(xiàn)豐潤(rùn)的音樂感和空氣感,和音符的彈跳力,像撥開云霧見青天一樣,展現(xiàn)出整幅細(xì)致有序的音像。而更直接的是在長(zhǎng)久聆聽下不會(huì)令人耳朵疲累。


②對(duì)不同聲音的調(diào)控


怎樣調(diào)整演講人的聲音?

(1)語(yǔ)言聲的基音頻率范圍是100HZ~1kHZ,泛音成分可達(dá)8 kHZ。泛音成分所占比例。s占5%),但其反映了每個(gè)人不同的發(fā)音音色。

(2)拾音傳聲器:多采用電容式傳聲器(會(huì)議傳聲器)或領(lǐng)夾式傳聲器夾在胸前衣領(lǐng)處。

(3)拾音位置:距離演進(jìn)人0.5m,將領(lǐng)夾式傳聲器夾在胸前衣領(lǐng)處。

(4)混響時(shí)間:0.5s以下。

(5)調(diào)節(jié):演講聲應(yīng)清澈、明亮、富有朝氣,減低聲音渾濁感。在調(diào)音臺(tái)的輸入通道上按下低切按鍵,對(duì)中高頻成分提升3~6dB的同時(shí),對(duì)4~8kHz成分提升4dB左右,減弱8kHz以上的成分,以免出現(xiàn)齒音。



怎樣調(diào)整節(jié)目主持人的聲音?

(1)節(jié)目主持人多為女性,而且一般聲音都比較明亮。發(fā)聲的基音頻率范圍為200Hz~1.1kHz。

(2)拾音傳聲器:采用電動(dòng)式近講傳聲器,使聲音親切,易于和觀眾進(jìn)行感情交流。

(3)拾音位置:手持傳聲器近距離拾音。

(4)混響:不特意加入混響,利用廳堂自然混響。

(5)調(diào)節(jié):在調(diào)音臺(tái)上進(jìn)行均衡補(bǔ)償,對(duì)2~4kHz成分提升3dB~6dB,使聲音透亮清晰,親切感人,降低6kHz以上成分,減少可能出現(xiàn)的齒音。同時(shí)保持適度的音量,使后排觀念也能聽清聲音。


怎樣調(diào)整演唱聲?

(1)演唱聲的基音頻率范圍:童聲高音頻率范圍為260~880Hz低音頻率范圍為196~700Hz;女聲高音頻率范圍為220Hz~1.1kHz,低音頻率范圍為200~700Hz;男聲高音頻率范圍為160~523Hz,低音頻率范圍為80~358Hz。

人們唱歌時(shí)運(yùn)用肌肉拉動(dòng)聲帶,發(fā)生諸多泛音成分,頻率高達(dá)8~10kHz,通過鼻腔的作用,對(duì)某些頻率成分(包括基音和泛音成分)產(chǎn)生共鳴,使聲音更明亮。

(2)拾音傳聲器:美聲演唱時(shí)多采用電容式傳聲器,通俗演唱時(shí)多采用電動(dòng)式演唱傳聲器。

(3)拾音位置:電容式傳聲器采用支架或吊掛方式,距離演唱者0.5m。手持電動(dòng)式近講傳聲器進(jìn)行演唱。

(4)混響時(shí)間:在滿場(chǎng)情況下,女聲演唱,混響時(shí)間保持在1.3~1.8s (美聲唱法為1.3s,通俗唱法為1.8s左右)。男聲演唱的混響時(shí)間保持在1.1~1.6s(美聲唱法為1.1s,通俗唱法為1.6s左右)。


怎樣調(diào)整弦樂音?

(1)各類提琴的頻率范圍:小提琴(Violin)為200Hz~3.5kHz;中提琴(Viola)為134Hz~1.1kHz;大提琴(Cello)為72~640Hz;低音提琴(Double Bass)為42~250Hz。

(2)拾音傳聲器:電容式傳聲器或鋁帶傳聲器。

(3)拾音位置:斜上方對(duì)準(zhǔn)共鳴箱,距離為1m左右。小提琴遠(yuǎn)些。大提琴、低音提琴近些。

(4)混響時(shí)間:在滿場(chǎng)情況下為1s左右,小提琴旁邊最好加反射板,大提琴下面的地板需鋪上地毯。

(5)調(diào)節(jié):在調(diào)音臺(tái)上利用通道的參量均衡器對(duì)相應(yīng)的發(fā)聲頻率范圍進(jìn)行補(bǔ)償,使其音色純正、音品上乘、耐人尋味。利用效果機(jī)加入適量混響,控制混響時(shí)間在1s左右。如果作為主樂音,將該通道上的聲像調(diào)節(jié)旋鈕放在中間位置,推子推大,突出該樂音的主導(dǎo)作用。若作為伴奏樂,則將該通道的聲像調(diào)節(jié)旋鈕放在其他位置,推子放在較低處。


4、功放與音箱的配接


在設(shè)計(jì)、安裝一套音響系統(tǒng)時(shí),不免遇到功放與音箱的配接問題。在音色方面,會(huì)注意其搭配上是否冷暖相宜、軟硬適中,最終使整套器材還原音色呈中性,這僅是從藝術(shù)方面考慮。從技術(shù)方面考慮功放與音箱配接的要素有:


功率匹配

為了達(dá)到高保真聆聽的要求,額定功率應(yīng)根據(jù)最佳聆聽聲壓來確定。我們都有這樣的感覺:音量小時(shí)、聲音無(wú)力、單薄、動(dòng)態(tài)出不來,無(wú)光澤、低頻顯著缺少、豐滿度差,聲音好像縮在里面出不來。音量合適時(shí),聲音自然、清晰、圓潤(rùn)、柔和豐滿、有力、動(dòng)態(tài)出得來。但音量過大時(shí),聲音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感覺。因此重放聲壓級(jí)與聲音質(zhì)量有較大關(guān)系,規(guī)定聽音區(qū)的聲壓級(jí)最好為80~85dB(A計(jì)權(quán)),我們可以從聽音區(qū)到音箱的距離與音箱的特性靈敏度來計(jì)算音箱的額定功率與功放的額定功率。


功率儲(chǔ)備量匹配

音箱:為了使其能承受節(jié)目信號(hào)中的猝發(fā)強(qiáng)脈沖的沖擊而不至于損壞或失真。這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值可參考:所選取的音箱標(biāo)稱額定功率應(yīng)是經(jīng)理論計(jì)算所得功率的三倍。

功放:電子管功放和晶體管功放相比,所需的功率儲(chǔ)備是不同的。這是因?yàn)椋弘娮庸芄Ψ诺倪^荷曲線較平緩。對(duì)過荷的音樂信號(hào)巔峰,電子管功放并不明顯產(chǎn)生削波現(xiàn)象,只是使顛峰的尖端變圓。這就是我們常說的柔性剪峰。而晶體管功放在過荷點(diǎn)后,非線性畸變迅速增加,對(duì)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重削波,它不是使顛峰變圓而是把它整齊割削平。有人用電阻、電感、電容組成的復(fù)合性阻抗模擬揚(yáng)聲器,對(duì)幾種高品質(zhì)的晶體管功放進(jìn)行實(shí)際輸出能力的測(cè)試。結(jié)果表明,在負(fù)載有相移的情況下,其中有一臺(tái)標(biāo)稱100W的功放,在失真度1%時(shí)實(shí)際輸出功率僅有5W!由此對(duì)于晶體管功放的儲(chǔ)備量的選取:

高保真功放:10倍

民用高檔功放:6~7倍

民用中檔功放:3~4倍

而電子管功放則可以大大小于上述比值。

對(duì)于系統(tǒng)的平均聲壓級(jí)與最大聲壓級(jí)應(yīng)留有多少余量。應(yīng)視放送節(jié)目的內(nèi)容、工作環(huán)境而定。這個(gè)冗余量最低10dB,對(duì)于現(xiàn)代的流行音樂、蹦迪等音樂,則需要留有20~25dB冗余量,這樣就可使得音響系統(tǒng)安全,穩(wěn)定地工作。


阻抗匹配


它是指功放的額定輸出阻抗,應(yīng)與音箱的額定阻抗相一致。此時(shí),功放處于最佳設(shè)計(jì)負(fù)載線狀態(tài),因此可以給出最大不失真功率,如果音箱的額定阻抗大于功放的額定輸出阻抗,功放的實(shí)際輸出功率將會(huì)小于額定輸出功率。如果音箱的額定阻抗小于功放的額定輸出阻抗,音響系統(tǒng)能工作,但功放有過載的危險(xiǎn),要求功放有完善的過流保護(hù)措施來解決,對(duì)電子管功放來講阻抗匹配要求更嚴(yán)格。


阻尼系數(shù)的匹配

阻尼系數(shù)KD定義為:KD=功放額定輸出阻抗(等于音箱額定阻抗)/功放輸出內(nèi)阻。

由于功放輸出內(nèi)阻實(shí)際上已成為音箱的電阻尼器件,KD值便決定了音箱所受的電阻尼量。KD值越大,電阻尼越重,當(dāng)然功放的KD值并不是越大越好,KD值過大會(huì)使音箱電阻尼過重,以至使脈沖前沿建立時(shí)間增長(zhǎng),降低瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。因此在選取功放時(shí)不應(yīng)片面追求大的KD值。作為家用高保真功放阻尼系數(shù)有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值可供參考,最低要求:晶體管功放KD值大于或等于40,電子管功放KD值大于或等于6。

保證放音的穩(wěn)態(tài)特性與瞬態(tài)特性良好的基本條件,應(yīng)注意音箱的等效力學(xué)品質(zhì)因素(Qm)與放大器阻尼系數(shù)(KD)的配合,這種配合需將音箱的饋線作音響系統(tǒng)整體的一部分來考慮。應(yīng)使音箱的饋線等效電阻足夠小,小到與音箱的額定阻抗相比可以忽略不計(jì)。其實(shí)音箱饋線的功率損失應(yīng)小于0.5dB(約12%)即可達(dá)到這種配合。


5、使用音箱時(shí)要注意的幾個(gè)方面


優(yōu)質(zhì)的監(jiān)聽音箱價(jià)格昂貴,但是不要以為用它擴(kuò)聲可以提高節(jié)目的質(zhì)量,其實(shí),它是一種挑毛病的設(shè)備,不但對(duì)節(jié)目沒有任何修飾能力,還會(huì)使很多缺陷暴露出來。監(jiān)聽音箱也不具備擴(kuò)聲音箱的強(qiáng)大功率、承受力和恒指向的特性,靈敏度遠(yuǎn)低于擴(kuò)聲音箱且不能夠提供最大的聲壓級(jí)。


如果音箱長(zhǎng)時(shí)間工作在最大的輸入功率的狀態(tài)下,音圈可能由于溫度達(dá)到一百度以上而導(dǎo)致音箱燒毀。因此需要有一個(gè)能保證揚(yáng)聲器長(zhǎng)時(shí)間正常工作的輸入電功率,即額定輸入功率,這個(gè)數(shù)據(jù)在設(shè)備的資料里都會(huì)給出,重要的是在使用中要嚴(yán)格執(zhí)行,在擴(kuò)聲效果不如人意的情況下應(yīng)首先考慮改變配置,而不是簡(jiǎn)單地加大功率。


擴(kuò)聲用音箱如果使用不適當(dāng)很容易引起嘯叫,為了減小散射聲,提高清晰度,要盡量把音箱的作用區(qū)指向受眾的座位方向。

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