揚(yáng)聲器實(shí)際上是一種把可范圍內(nèi)的音頻電功率信號(hào)通過換能器(揚(yáng)聲器單元),把它轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶銐蚵晧杭?jí)的可聽聲音。為能正確選擇好揚(yáng)聲器,必須首先了解聲音信號(hào)的屬性,然后要求揚(yáng)聲器能“原汁原味”地把音頻電信號(hào)還原成逼真自然的聲音。
人聲和各種樂聲是一種隨機(jī)信號(hào),其波形十分復(fù)雜。可聽聲音的頻率范圍一般可達(dá)20Hz-20kHz;其中語言的頻譜范圍約在150Hz-4kHz左右;而各種音樂的頻譜范圍可達(dá)40Hz-18kHz左右。其平均頻譜的能量分布為:低音和中低音部分最大,中高音部分次之,高音部分最小(約為中、低音部分能量的1/10);人聲的能量主要集中在200Hz-3.5kHz頻率范圍。這些可聽聲隨機(jī)信號(hào)幅度的峰值比它的平均值約大10-15dB(甚至更高一點(diǎn))。因此揚(yáng)聲器要能正確地重放出這些隨機(jī)信號(hào),保證重放的音質(zhì)優(yōu)美動(dòng)聽,揚(yáng)聲器必須具有寬廣的頻率響應(yīng)特性,足夠的聲壓級(jí)和大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。
我們希望能用相對較小的信號(hào)功率輸入獲得足夠大的聲壓級(jí),即要求揚(yáng)聲器具有高效率的電功率轉(zhuǎn)換成聲壓的靈敏度。還要求揚(yáng)聲器系統(tǒng)在輸入信號(hào)適量過載的情況下,不會(huì)受到損壞,即要有較高的可靠性。
揚(yáng)聲器系統(tǒng)主要技術(shù)特性的應(yīng)用:
揚(yáng)聲器系統(tǒng)有許多與音色效果和使用場合直接有關(guān)的技術(shù)特性,為了用好用活這些技術(shù)特性,用戶必須對它們有所了解。
1) 二路(二分頻)和三路(三分頻)揚(yáng)聲器系統(tǒng)
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)。
二路揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)相對較低,為了解決缺少這段中音頻率,于是有些廠家用了一種折衰的方法,即在分頻網(wǎng)絡(luò)上把低音單元的頻響特性向上移動(dòng),把高音單元拭目以待頻率特性向下移動(dòng)。另外一個(gè)問題是,分頻交叉點(diǎn)頻率只能設(shè)定在500Hz-2kHz之間,而此區(qū)域正是人聲和樂聲頻譜的重要部分。因此在聽覺上人留下“空洞”感和聽到的失真。亦因?yàn)槿绱耍窊P(yáng)聲器對喇叭單元的要求相對較高,假若單元的性能不佳,整個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲音就不夠平滑,或有嚴(yán)重的相位失真。
三路揚(yáng)聲器系統(tǒng)各單元的特性可不作折衷,充分發(fā)揮它們各自的長處,兩個(gè)分頻交叉點(diǎn)可選在中音人聲和樂聲頻譜重要部份上、下邊緣處,對音質(zhì)沒有任何影響,故三路揚(yáng)聲器系統(tǒng)減小了聲音的失真,提高了聲音的清晰度,改善了低高和高音間交叉頻段的性能,增加了揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率處理能力,因此是文藝演出、音樂廳和歌劇院擴(kuò)聲系統(tǒng)的最佳選擇。
2) 靈敏度和最大聲壓級(jí)(SPL max)
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。
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的輸入功率能力一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1瓦(一般都在100瓦-2000瓦之間)因此實(shí)際使用時(shí)都可輸入這個(gè)最大允許的電功率,以額定最大功率,輸入揚(yáng)聲器,在揚(yáng)聲器軸向1米處產(chǎn)生的聲壓級(jí)稱為最大聲壓級(jí)SPL max例,靈敏度=100dB,1w/1m揚(yáng)聲器,若具最大功率承受能力為1000W,則SPL max=100dB+30dB=130dB,1m。
3)失真和音質(zhì)
音箱工廠都沒有標(biāo)稱他們產(chǎn)品的失真率,其實(shí)它是一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù),音質(zhì)是一個(gè)比較抽象的評價(jià),亦沒有可能在文件上標(biāo)稱,只能采取主觀的聽音比試,通常,靈敏度與音質(zhì)是有矛盾的,生產(chǎn)商需要在兩者中作適當(dāng)?shù)钠胶猓话銇碚f,中低價(jià)的產(chǎn)品,均以靈敏度作主導(dǎo),追求性能價(jià)格比,而高價(jià)位產(chǎn)品偏重音質(zhì),而最高層次者是兩者兼?zhèn)洹?/span>
4)[個(gè)性]與[共性]
在此又再引伸出另一個(gè)相對抽象和主觀的性能評價(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]。
專業(yè)擴(kuò)聲器材需要為一大群公眾服務(wù),節(jié)目內(nèi)容經(jīng)常變換,[共性]是基本要求,兼容性要強(qiáng),不同性質(zhì)的節(jié)目都要有[平均]的表現(xiàn),除此之外,專業(yè)擴(kuò)聲器材必須是“無渲染”,“不夸張”,“忠實(shí)”地將音源還原,就是[共性]或[共用性]。
5)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向特性
揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音通常在低頻段(低于200Hz)的聲音是無方向性的,在各方向均勻傳播,但在高頻段時(shí),聲音的傳播呈現(xiàn)較強(qiáng)的方向性,這個(gè)指向特性(各類音箱均不相同)正是我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要加以應(yīng)用,優(yōu)良的恒定指向特性可在現(xiàn)場布置時(shí)把聲波的能量集中到觀眾區(qū),避開聲波的強(qiáng)烈反射面和聲場互相干擾。
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,從而使聲場更為均勻,大型工程需要蓋相對比較闊的區(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(陳列),而在陳列揚(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)重影響聲場的均勻度和聲音的清晰度。
6)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率處理能力
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),它代表揚(yáng)聲器承受長期連續(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)。
聲音信號(hào)不是一種正弦波信號(hào),而是一種隨機(jī)的,這些隨機(jī)信號(hào)可用三個(gè)能數(shù)來表示,有效值(RMS)又稱均方根值,是以信號(hào)峰值等幅的正弦信號(hào)的一種測量結(jié)果,接近于平均值,基本上代表信號(hào)的發(fā)熱能量。
峰值(Peak)是信號(hào)達(dá)到的最大電平,對于正弦波來說,峰值電平大于有效值電平3dB,對于音樂信號(hào)來說,峰值電平超過有效值可達(dá)10-15dB在評定一種揚(yáng)聲器的位移能力時(shí),峰值是重要的,峰值因子,用來說明峰值電平與有效值電平的比率,對于按AES2-1984的粉紅色噪聲源來說,峰值因子為6dB,即峰值電壓是有效值電壓的4倍。
揚(yáng)聲器的功率處理能力是按(AES2-11984)處理后的粉紅色噪聲信號(hào)連續(xù)加2小時(shí)工作后其電性能和機(jī)械性能的永久性變化不大于10%的情況下測得的技術(shù)參數(shù)。
7)加載(受熱)后的聲壓級(jí)下降(又稱功率壓縮)
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,如前文題及,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)。
8)揚(yáng)聲器單元的阻抗
揚(yáng)聲器單元的阻抗包括,電感量,電容量和電阻值,電感和電容是隨頻率而變化的,雖然在揚(yáng)聲器系統(tǒng)中標(biāo)稱一個(gè)阻抗變化太大,將會(huì)影響整個(gè)音響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,
三如何提高揚(yáng)聲器系統(tǒng)的可靠性
日常生活中,即使是在功放和揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率匹配相當(dāng)?shù)那闆r下也會(huì)發(fā)生揚(yáng)虧損順單元變損的事件,其原因有:
1. 操作不當(dāng),功放輸出功率過大
2. 演出達(dá)到高潮時(shí),場內(nèi)氣氛熱烈,需要提升聲壓,在加大信號(hào)時(shí),話筒輸入信號(hào)過大引功放過載削波,失真波形產(chǎn)生大量諧波,損壞高音單元
3. 話筒產(chǎn)生強(qiáng)烈聲反饋嘯叫,功放強(qiáng)烈過載,損壞揚(yáng)聲器系統(tǒng)為此,現(xiàn)代新型揚(yáng)聲器系統(tǒng)采取了多種保護(hù)性措施,這些措施可分為兩類:
1. 提高揚(yáng)聲器單元的散熱力使其在過載時(shí)不發(fā)生過熱損壞
2. 在揚(yáng)聲器箱中安裝限幅保護(hù)裝置,當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率和峰值電平超過揚(yáng)聲器的額定值時(shí),限幅器把超過的功率電平用非線性電阻(燈泡)對音圈進(jìn)行阻止。
這些措施,提高了揚(yáng)聲器抗過載的能力,但也影響了聲音的動(dòng)態(tài)范圍,使音域不夠?qū)拸V,音色感覺模糊和暗淡。
因此,最好的辦法還是在功放上采取措施,使它的輸出不產(chǎn)生削波和功率過載等問題。