揚聲器的T/S參數
  
首先,我們來談談如何認識一個喇叭單元,這是我們每個生產廠家、每個揚聲器系統設計人員,也是很多音響愛好者要面對的一個最基本而又是最重要的問題。根據我國目前的生產和工程設計的實際情況來看,可以從以下六個方面的客觀物理特性來認識喇叭單元。(注:主觀聽感是認識喇叭單元的另一種重要方法,隨著科學技術的進步,客觀物理特性的描述與主觀聽感愈來愈趨於一致。也就是說,隨著科學技術的發展,我們將能夠用客觀物理特性的描述來表達主觀聽音的某些心理感受。)
 
一、T/S參數 
T/S參數是由THIELE和SMALL先生首先提出的揚聲器系統數學模型的基本參數。
T/S參數在揚聲器系統設計的指導作用已經被生產廠家、工程設計人員所普遍接受,在幾乎所有常見的電聲測試系統、揚聲器系統設計軟體上得到支援。T/S參數由小信號參數和大信號參數組成。
小信號參數包括四個基本參數:
1. Fs為揚聲器單元的諧振頻率。
2. Vas為揚聲器單元的等效容積。
3. Qes為揚聲器單元的電Q值。
4. Qms為揚聲器單元的機械Q值。
 
大信號參數包括兩個基本參數:
1. Pe(max)為揚聲器單元的散熱能力所確定的最大功率額定值。
2. Vd為揚聲器單元振膜在最大振幅時所推動的空氣體積。
 
上述參數主要是向我們提供了類比和設計喇叭單元在諧振頻率附近的頻率回應特性的依據,通過合理地優化箱體結構參數,從而達到我們所期望的揚聲器系統頻率回應,用以滿足不同的使用場合和不同的使用要求。從某種意義上講,T/S參數沒有更好,只有更合理和更合適。例如Fs/Qts的比值在那個範圍適合那一類聲箱系統,Vas如何取值更為合理等。T/S參數最重要的是它們如何搭配和優化。
 
在這裡需要指出的是,T/S參數的實際測量誤差應引起足夠的重視。T/S參數誤差過大,會導致在系統設計的過程中的理論值與實際值偏離過大,甚至失去T/S參數的指導意義。在實際工作中有以下幾個方面皆會引起測量誤差。
 
1. 不同的測試方法引起的誤差。如定壓法與定流法的誤差,容積法和載入法的誤差。
2. 在載入法中選取載入量引起的誤差。根據經驗,定壓法比定流法對載入量的大小更為敏感,引起的誤差更大。
3. 不同的測試電平引起的誤差。定壓法和定流法均存在同樣的問題。
4. 測量運算中給定值引起的誤差。如“振動面積”、“直流阻抗”等參數,尤其是“振動面積”對測量結果影響很大。
5. 其他因素引起的誤差。如測試環境、被測喇叭單元放置的方向、測試電纜的阻抗大小等。
 
揚聲器的頻域特性
 
二、頻域特性
 
頻域特性由幅頻特性和相頻特性組成。這一客觀物理特性描述了喇叭單元在頻率軸上,隨著頻率的變化其回應幅值和相位的變化情況。過去人們都比較重視幅頻特性對音樂重放的影響,現在人們也越來越重視喇叭單元的相頻特性對音樂重放的影響,尤其是對揚聲器系統音樂重放的影響。
 
下述兩點應引起注意:
 
1. 幅頻特性中的低端部分。這一部分的回應(尤其是100Hz以下)與測試環境和測試條件相關很大。如是否消音室、是否近場、使用障板的大小、使用箱體容積的大小等,這些都會使低端回應產生很大的差別。一般地說,在非消音室和非近場的條件下,100Hz以下的幅頻特性曲線資料是不可靠的。因此,在觀察喇叭單元的幅頻特性時,應注意其測試環境和測試條件。
 
2. 幅頻特性中的高端部分。特別要注意的是1.5–4.5k的這段回應,不應有過大的峰穀。首先此處是人耳最為敏感的頻段,對音樂(尤其是人聲、弦樂)的重放效果影響很大。其次這也是二分頻系統的分頻點頻段,過大的峰穀,其相頻特性也比較差,導致高低單元對接不好,造成此頻段的相位失真過大而影響重放效果。
 
3. 相頻特性中3K-6KHz段部分。低音單元在此段的相頻特性都比較差,相移比較大。從系統的角度來看,應儘量避免選擇相移比較大的頻段作為分頻點。
 
下圖同樣是ROGERS煜翷S33音箱6.5″中低單元的頻域特性曲線,使用的是LAUD系統測試(非消音室下近場)。上半圖給出的是真實相頻曲線,下半圖給出的是幅頻曲線。從相頻曲線可以看出6k-8k處相位變化過大,應避免使用該頻段,並提示該單元的分頻點應為2k附近較為合理。
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ROGERS旗下LS33音箱6.5″中低單元的頻域特性曲線
 
下圖是SEAS的黃金系列excel-w17ex 6.5″單元的幅頻曲線。從該曲線來看,該單元有不錯的中頻特性,但在曲線的高段(3.5k-6k)處有10dB的峰。看來這個價格不菲的單元也有不盡人意之處。該特性曲線是由LMS系統給出(非消音室下近場)。LMS系統不能給出真實相頻特性曲線。
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SEAS的黃金系列excel-w17ex 6.5″單元的幅頻曲線
下圖是Vifa的3/4”高音單元(型號為:D19TD-0508)的頻域特性曲線。從下圖看來它的主要不足之處是低端延伸不足,其相頻特性還滿不錯的(非消音室下近場測試)
 
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Vifa的3/4”高音單元(型號為:D19TD-0508)的頻域特性曲線
 
揚聲器的域特性
 
三、時域特性
 
時域特性這一客觀物理特性描述了喇叭單元在時間軸上,隨著時間的變化其頻域特性的變化情況。時域特性不僅在頻率的變化過程中描述了喇叭單元的回應狀態,而且還在時間的變化過程中描述了喇叭單元的回應狀態,也就是從三維的角度全面地描述了喇叭單元的回應特性。這點很重要,但往往被人們所忽視!應該注意到,很多主觀聽感的評述,如聲低是否乾淨,背景是否清晰,層次是否分明,音場的深淺等均與喇叭單元的時域特性有密切關係。由於喇叭單元不同的時域特性才賦予揚聲器系統千姿百態的個性。依個人觀點,喇叭單元的時域特性是客觀評價喇叭單元性能優劣的一個不可缺或而且很重要的方面。作為揚聲器系統的設計人員來說很有必要對喇叭單元的時域特性作更深入的研究分析。後沿累積頻譜圖(俗稱瀑布圖)和階躍脈衝回應就是喇叭單元時域特性的一些比較直觀形象的表達方法。後沿累積頻譜圖不僅適用於對喇叭單元特性的測試分析,而且對揚聲器系統的特性分析(包括聲箱內部駐波情況)更有説明。同時需要強調的是,時域特性的測試對環境因素的影響很敏感。一般情況下,要盡可能選擇消音室的環境下測試,否則,測試的結果將是不可靠的。
 
下圖是一隻德國產的1”球頂絲膜高音的階躍脈衝回應圖。從圖中可以看到脈衝的上升沿只用了0.03ms,整個脈衝回應寬度也只有0.18ms,不難看出該單元的瞬態特性還是不錯的。
 
揚聲器的電阻抗特性
 
四、電阻抗特性
我們可以通過阻抗特性瞭解到喇叭單元的直流阻抗、諧振頻率、諧振阻抗峰的大小、額定阻抗以及音圈感抗的大小等情況。在這裡有兩點應該引起人們的注意:
 
1、音圈感抗的大小
 
通常低音單元f>200Hz時,阻抗特性將呈單調上升,上升的速率反映了音圈感抗的大小。過大的感抗將對喇叭單元的工作產生不良影響(尤其是對頻率特性的影響)以及對分頻器的設計帶來困難。為了減少喇叭單母音圈感抗的影響,往往可以採用磁路和電路補償的辦法來以予解決。
 
2、諧振阻抗峰的大小
 
諧振峰過大也會給喇叭單元在該段頻率附近工作產生不良影響,這在高音單元尤為突出,在生產中應給予適當的控制和處理。下圖是1″單元的阻抗特性,可以看出,高音單元的諧振峰是出現在人們聽覺最為敏感的1K-2K頻段,也是二分頻系統的高低分頻的結合部,處理不當,將會產生主觀聽感該頻段發硬、不圓潤等不良感覺。

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