揚聲器的失真特性
 
五、失真特性
 
我們常說的失真應包括諧波失真、互調失真、瞬態失真、相位失真、分諧波失真等多種線性和非線性、穩態和非穩態失真。在這裡我們主要地討論幾種影響較大而又能夠被常用的電聲測試系統所描述出來的失真形式,以進一步加深對喇叭單元的客觀認識。
 
1、諧波失真
 
諧波失真是喇叭單元的最常見的非線性失真。引起諧波失真的主要原因是喇叭單元的振動系統和磁路系統的非線性。在工作實踐中,可以通過改善喇叭單元的材料(振膜、定位支片、折環等)的特性和改善磁路系統的線性來改善喇叭單元的諧波失真。下圖是JBL公司的產品(型號為:JBL806G-1 S/N-1645)的諧波失真曲線圖,由LAUD系統給出。從圖中可以看到,該單元的諧波失真特性還是不錯的,除了極低頻以外,二次諧波失真在2%以下,而三次諧波失真更在0.2%以下。
根據有關資料和實際聽音的經驗,一般地說,諧波失真在1%以下時,就有良好的主觀聽感;諧波失真在3%就容易被人們所察覺;諧波失真達到5%時,主觀聽感就令人煩躁;如果諧波失真超過10%,主觀聽感就令人難以忍受。同時,人們對奇次諧波失真更為敏感。通常三次諧波失真應遠小於二次諧波失真(在不同的數量級上)才會有良好的主觀聽感。在實際工作中,我們會常常見到這種情況,喇叭單元的三次諧波失真與二次諧波失真是同在一個數量級上,甚至三次諧波失真的分量比二次諧波失真的分量更大。這樣的喇叭單元應該說是有很多方面需要改進的,其主觀聽感也是令人擔憂的。因此,奇次諧波失真的大小,不能不引起我們更多的關注。若想取得較好的主觀聽感,我們還必須在改善喇叭單元的奇次諧波失真作出更大的努力。
 
2、瞬態失真
 
瞬態失真是由於喇叭單元的振動系統跟不上電信號的變化而引起的失真。這種失真通常可以通過測試喇叭單元的階躍響應的上升沿特性和下降沿特性來表達。上升沿特性反映了喇叭單元的聲響應起始瞬間速度的情況,而下降沿特性反映了喇叭單元的聲響應消失中止的阻尼情況。人們都知道,喇叭單元對電信號回應的“速度”和“阻尼”在主觀聽音評價上產生很大的影響。還有一種能夠更形象地表達下降沿特性的方法是喇叭單元的後沿累積頻譜圖。從上面的兩幅後沿累積頻譜圖圖中不難看出,後沿累積頻譜圖從整個頻段形象地描述了喇叭單元在電信號消失後的阻尼情況,不同的頻段具有不同的下降沿特性,也就是說喇叭單元在不同的頻率下具有不同的瞬態回應(也是瞬態失真)。因此,反映在主觀聽音上就是我們聽到了千萬種具有個性的喇叭單元和揚聲器系統(這點在本文的時域特性中已有敘述)。
 
3、相位失真
 
電信號通過喇叭單元後,電相位與聲相位發生了變化而形成的失真。正如前面所說的一樣,聲相位失真對主觀聽音評價的影響越來越被人們所重視,尤其是揚聲器系統,聲相位的失真對聲場、定位等主觀聽音評價產生不容忽視的影響。有資料說明人們的聽覺對高頻部分的相位失真比低頻部分要敏感得多。
 
相位失真除了可以用相頻特性來表達以外,還可以用群時延特性來表達。一般地說,在中高頻段,群時延>3ms時,對揚聲器系統的重放效果就會產生可聞的影響。下圖是一個二分頻揚聲器系統的群時延特性的事例。我們可以看到上半圖所顯示的群時延特性在4K附近,群時延>4ms,不難判斷,該處是分頻點的相位沒有對接好的緣故,將會給主觀聽音評價帶來不良影響。
產生相位失真的原因除了喇叭單元本身以外,主要有分頻器設計不合理和各頻段的喇叭單元的安裝平面佈置不合理等原因。
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揚聲器的指向性
 
六、指向性
 
指向特性是喇叭單元在空間各個方向的頻率回應。它是從空間的角度描述了喇叭單元在參考軸上以外的空間的頻率回應情況。前面我們提到了喇叭單元的頻域特性、時域特性,那麼在這裡的指向特性可以說是喇叭單元的空間特性,也是喇叭單元的重要特性之一。
 
根據聲學原理,在低頻段,喇叭單元所輻射聲波的波長遠大於喇叭單元振膜的邊長,此時的聲輻射沒有明顯的指向性。但是隨著頻率的上升,當喇叭單元所輻射聲波的波長等於或小於喇叭單元振膜的邊長時,聲輻射就會沿著參考軸方向產生聚焦現象輻射聲壓產生明顯的方向性,在聽音空間產生不均勻現象,使得主觀聽音效果受到嚴重的影響。因此,不難知道,每一個喇叭單元都會受到自身尺寸所規定的實用邊界頻率的限制。喇叭單元的振膜面積越大,其實用邊界頻率就越低。例如8”低音單元的實用邊界頻率約為1.8K。下圖就是一個8”低音單元指向特性頻率回應曲線的實測情況,從圖中可以看出,在參考軸上的頻率回應高端可達5.5KHz,當偏轉30度時,其頻率回應的高端只能達到2.2KHz。
指向特性通常不僅可以用指向特性頻率響應曲線來表達,還可以用指向性圖的方法來表達。如下圖所示,是由CLIO系統測試的vifa 1”高音單元(型號為:d25TG-85)的指向性圖,該指向性圖呈指向性較好的心型狀,說明該高音單元在10KHz時仍有良好的指向性。良好的指向特性是獲得良好的主觀聽音評價的起碼要求之一。
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以上我們從六個方面談了如何認識喇叭單元,都是一些基本的客觀物理特性。但從全面認識喇叭單元的角度來說,是很不夠的,也是很膚淺的。喇叭單元還有很多客觀物理特性需要我們去研究和認識,特別是喇叭單元的時間域和空間域方面的特性,仍未被我們所全面認識和理解。可以相信,隨著科學技術的進步和同行們的不懈努力,完全有可能揭開喇叭單元(包括揚聲器系統)的客觀物理特性與主觀聽音評價之間的神秘面紗。

 

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