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音响入门知识系列

 白松幽幽 2014-11-27
1声波:弹性媒质中传播的一种机械波,起源于发声体的振动。声波范围为20Hz—20KHz,频率高于20KHZ的声波称为超声波,低于20HZ的称为次声波,中有频率在两者之间的声波才能被人耳听到。我们把能够听到的声波称为音波或可听声。
  响度感:对微小的声音,只要响度稍有增加,人耳即可感觉到,但是当声音响度增加到某一值后,即使再有较大的增加,人耳的感觉却无明显的变化。通常把可听声按倍频关系分为三份来确定低、中、高音频段。即低音频段20HZ~160HZ、中音频段160HZ~2500HZ,高音频段2500HZ~20KHZ。
  音响发烧友中的一些“行话”神经线:低电平、小电流的信号线发烧线:截面较大、股数较多的音箱线煲机:短时间内完成器材磨合期的过程摹机:Modify,对音响器材的改造过程胆机:电子管功放石机:晶体管功放胆石机:电子管、晶体管混合功放环牛:环型变压器。环牛漏磁较小。大水塘:一万微法(uF)以上电容滤波的电源系统补品:高档元器件文中会把发烧音响和家庭影院结合起来介绍。
  1、HI-END的由来HI-END起源于美国音响界。上个世纪20年代,一些美国DIY迷定期举办音响交流社交活动,大家一起交流观摩。由于爱好者们平时少有聚会的机会,故大都借此交流经验。有些地下杂志的新闻记者也趁机来挖掘一些新闻素材,为记者们做报道,于是就有些音响迷因看到了报道而去向玩家们订购。玩家自己也是接到了订单之后才开始买零件,在他们家里的车库内组装然后卖出。所以有很多器材仅做一件而已。这些器材中有的是设计非凡,有的是用料猛狠,也有的是造型奇特。如果数量少,生产的成本也就特别高,售价也就随之抬高。所以后来有些地下杂志就把这一类的产品叫做HI-END器材。
  2、音响的构成:音源、功放、音箱、线材1》   信号源可分为音频信号源和视频信号源,包括CD机、AM/FM调谐器(即收音头)、激光视盘机、盒式磁带机(即卡座)、电唱机、高保真录像机等。
  音源负责读取信号,并通过解码器将原信号转换成模拟信号。这个过程中所发生的每一个误差都会被功放放大,而且功放功率越大,放大倍数也越大,在嗽叭质量有保证的情况下,音源的每一个缺点都会清楚的展现在听音者面前。因此选择质量较好的音源十分重要。
  视频信号源也同样如此。
  2》   功率功放主要是将音源器材输入的较微弱信号进行广大后产生足够大的电流去推动指示器进行声音的重放。劣质元器件会产生开关失真、瞬态失真、交越失真、谐波失真、非线性失真、相位失真……再加上每个劣质零件都可能是一个噪声源,所以功放的质量也直接影响着听音质量。
  3》   音箱是整套器材中唯一直接发声的器件。而电动扬声器又是目前抢失真最大的器件,所以中低价位的音箱往往都带有明显的声音走向,这也是一种折衷,一种无奈。而音箱又是一件纯被动器材,在整套器材的最后一关。所以要通过其它手段来调校它的声音走向是很不容易的。因此挑选一对体符合自己听音喜好的音箱就格外重要。
  4》   线材对声音的影响是很大的,在高档器材中由为突出。有同线材不仅电阻不同,而且电容、电感也各不相同。由于电容、电感的存在,就有了与频率有关的容抗、感抗。这样滤波的作用就产生了,不同的线材对不同频率信号表现出不同的阻抗。因此,线材就不只是一条通道了,它还有滤波的作用,这足以“偷”去不少有用的信号,而使听音效果发生明显改变而下降。因此,挑选适当的线材是必要的,对整套器材有互补作用。
  1、纯音乐功放
  纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真,忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求,这就是人们常说的HI-FI(hi-fidelity,高保真)。在设计和生产上,纯音乐功放的要求极为严格。纯音乐功放品质的高低并不完全由它的技术指标所决定,不能简单地看它标注的功率多少高,频响多么宽,失真多么低,而应该特别注重其设计生产工艺和音乐的解晰力。比如技术指标并不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音好听。
  2、AV功放
  一般来说包括功放部分和信号处理部分。其功放部分原理上与传统功放没有什么区别,只不过增加了几个声道,也就是将几个功放结合在了一起;其信号控制处理部分涉及信号的音频、视频选择、信号解码处理、信号声场处理以及收音、监听等功能。
  一般一台高品质的AV功放首先应该在影视节目的信号处理上有较好的声场还原,声道隔离度要高,气氛渲染也不能太夸张;其次在功放部分的音质表现上,尤其是主声道的音质要求尽量接近较好的纯音乐功放。
  功放的分类功放一般分为前级功放、后级功放与合并级功放合并机就是把前级、后级集于一身的机器。前级是用来把信号作初步放大、调节音量的;而后级则是把前级来的信号作大量放大来推动扬声器。
  前级也分为有源及无源两种。有源的前级是使用电源把信号放大,而无源的前级就只有调节音量的功效。老实讲,现今成功的无源前级不多,因为音源与后级的内阻有很大分别,只靠一个音量开关把音源与后级连接起来,内阻的差别会使动态、细节、频应尽失!有源的前级除了调节音量外,还可作初部广大及降低音源及后级间内阻之别,即用作缓冲。
  后级是把从前级来的信号放大给杨声器用的,后级必须够力去推动扬声器。所谓够力,不是指越大声越够力。必须有能力去支持整个乐团的大场面而不失其细节。
  分开前、后级比合并机好,因为各自有更大的空间去造得更精密。而两者间也更少干扰,细节表现较多;而且,分开前后级会发烧友有更多推动机的选择,更多东西可玩儿。
  功放的工作方式1、A类功放(又称甲类功放)
  A类功放输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于是流入扬声器而且推动扬声器发声。
  A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出晶体管均放大讯号全波,完全不存在交越失真(Switching Distortion),即使不施用负反馈,它的开环路失真仍十分低,因此被称为是声音最理想的放大线路设计。但这种设计有利有弊,A类功放放最大的缺点是效率低,因为无讯号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。当讯号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。
  A类功放是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬,这些优点足以补偿它的缺点。A类功率功放发热量惊人,为了有效处理散热问题,A类功放必须采用大型散热器。因为它的效率低,供电器一定要能提供充足的电流。一部25W的A类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用。所以A类机的体积和重量都比AB类大,这让制造成本增加,售价也较贵。一般而言,A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多。
  2、B类功放(乙类功放)
  B类功放放大的工作方式是当无讯号输入时,输出晶体管不导电,所以不消耗功率。当有讯号时,每对输出管各放大一半波形,彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大,在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真,因此形成非线性。纯B类功放较少,因为在讯号非常低时失真十分严重,所以交越失真令声音变得粗糙。B类功放的效率平均约为75%,产生的热量较A类机低,容许使用较小的散热器。
  3、AB类功放与前两类功放相比,AB类功放可以说在性能上的妥协。AB类功放通常有两个偏压,在无讯号时也有少量电流通过输出晶体管。它在讯号小时用A类工作模式,获得最佳线性,当讯号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作,由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦,因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式,只在出现音乐瞬态强音时才转为B类。这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量,是一种颇为合乎逻辑的设计。有些AB类功放将偏流调得甚高,令其在更宽的功率范围内以A类工作,使声音接近纯A类机,但产生的热量亦相对增加。
  4、C类功放(丙类功放)
  这类功放较少听说,因为它是一种失真非常高的功放,只适合在通讯用途上使用。C类机输出效率特高,但不是HI-FI放大所适用。
  5、D类功放(丁类功放)
  这种设计亦称为数码功放。D类功放放大的晶体管一经开启即直接将其负载与供电器连接,电流流通但晶体管无电压,因此无功率消耗。当输出晶体管关闭时,全部电源供应电压即出现在晶体管上,但没有电流,因此也不消耗功率,故理论上的效率为百分之百。D类功放放大的优点是效率最高,供电器可以缩小,几乎不产生热量,因此无需大型散热器,机身体积与重量显著减少,理论上失真低、线性佳。但这种功放工作复杂,增加的线路本身亦难免有偏差,所以真正成功的产品甚少,售价也不便宜。
  有一些D类功放集成块音色音质很好,不过它们现在还只应用在汽车音响中,一些有兴趣的DIY高手把它们改制到了家用音响中。音箱的外形五花八门,常见的大多是长方形,对箱体结构主要有密闭箱、反射箱、传输线、无源辐射器、耦合腔和号筒等几类。
  1、密闭式音箱(Closed Enclosure)是结构最简单的扬声器系统,1923提由Frederick提出,由扬声器单元装在一个全密封箱体内构成。它能将扬声器的前向辐射声波和后向辐射声波完全隔离,但由于密闭式箱体的存在,增加了扬声器运动质量产生共振的刚性,使扬声器的最低共振频率上升。密闭式音箱的声色有些深沉,但低音分析力好,使用普通硬折环扬声器时,为了得到满意的低音重放,需要采用容积大的大型箱体,新式的密闭音箱大多选用Q值适当的高顺性扬声器。利用封闭在箱体中的压缩空气质量的弹性作用,尽管扬声器装在较小的箱体中,锥盆后面的气垫会对锥盆施加反动力,所以这种小型密闭式音箱也称气垫式音箱。
  2、低音反射式音箱(Bass-Reflex Enclosure)也称倒相式音箱(Acoustical Phase Inverter),1930年由Thuras发明。在它的负载中有一个出声口开孔在箱体一个面板上,开孔位置和形状有多种,但大多数在孔内还装有声导管。箱体的内容积和声导管孔的关系,根据兹共振原理,在某特定频率产生共振,称反共振频率。扬声器后向辐射的声波经导管倒相后,由出声口辐射到前方,与扬声器前向辐射声波进行同相叠加,它能提供比密闭式更宽的带宽,具有更高的灵敏度,较小的失真。理想状态上,低频重放频率的下限可比扬声器共振频低20%之多。这种音箱用较小箱体就能重放出丰富的低音,是目前应用最为广泛的类型。
  3、声阻式音箱(Acoustic resistance Enclosure)实质上是一种倒相式音箱的变形,它以吸声材料或结构填充在出声口导管内,作为半密闭箱控制倒相作用,使之缓冲,以降低反共振频率来展宽低音重放频段。
  4、传输线式音箱(Labyrinth Enclosure)是以古典电气理论的传输线命名的,在扬声器背后设有用吸声性壁板做成的声导管,其长度是所需提升低频声音波长的1/4或1/8。理论上它衰减由锥盆后面来的声波,防止其反射到开口端而影响低音扬声器的声辐射,但实际上传输线式音箱具有轻度阻尼和调谐作用,增加了扬声器在共振频率附近或以下的声输出,并在增强低音输出的同时减小冲程量。通常这种音箱的声导管大多叠呈迷宫状,所以也称迷宫式或曲径式。
  5、无源式辐射式音箱(Drone Cone Enclosure)是低音反射式音箱的分支,又称空纸盆式音箱,是1954年美国的Olson和Preston发表的,它的开孔出声口由一个没有磁路和音圈的空纸盆(无源锥盆)取代,无源锥盆振动产生的辐射与扬声器向前辐射声处于同相工作状态,利用箱体内空气和无源锥盆支撑组件共同构成的复合声顺和无源锥盆质量形成谐振,增强低音。这种音箱的主要优点是避免了反射出声孔产生的不稳定的声音,即使容积不大也能获得良好的声辐射效果,所以灵敏度高,可有效地减小扬声器工作辐度,驻波影响小,声音清晰透明。
  6、耦合腔式音箱是介于密闭式和低音反射式之间的一种箱体结构,1953年美国的Henry Lang发表,它的输出由锥盆一边所驱动的出声孔输出,锥盆另一边则与一闭箱耦合。这种音箱的优点为低频时扬声器所推动的空气量大大增加,由于耦合腔是个调谐系统,在锥盆运动受限制时,出声口输出不超过单独锥盆的声输出,展阔了低频重放范围,所以失真减小,承受功率增大。1969年日本Lo-d的河岛幸彦发表的A·S·W(Acoustic Super Woofer)音箱就是一种耦合腔式音箱,适于用小口径长冲程扬声器不失真重放低音。
  7、号筒式音箱(Horn type Enclosure)对家用型来讲,多采用折叠号筒(Folded Horn)形式,它的号筒喇叭口在口部与较大空气负载耦合,驱动端直径很小,这种音箱的背面是全密封,箱腔内的压力都多在扬声器锥盆的背面上。为保锥盆前后压力保持平衡,倒相号筒装置于扬声器前面。折叠号筒音箱是倒相式音箱的派生,其声响效果优于密闭式音箱的一般低音反射式音箱。
  扬声器的种类
  扬声器的种类
  1、低频扬声器——对于各种不同的音箱,低频扬声器的品质因素—Q0值的要求是不同。对闭箱和倒相箱来说,Q0值一般在0.3~0.6之间最好。一般来说,低频扬声器的口径、磁体和音圈直径越大,低频重放性能、瞬态特性就越好,灵敏度也就越高。
  低音单元的结构形式多为锥盆式,也有少量的为平板式。低音单元的振膜种类繁多,有铝合金振膜、铝镁合金振膜、陶瓷振膜、碳纤维振膜、防弹布振膜、玻璃纤维振膜、丙烯振膜、纸振膜等等。采用铝合金振膜、玻璃纤维振膜的低音单元一般口径比较小,承受功率比较大,而采用强化纸盆、玻璃纤维振膜的低音单元重播音乐时的音色较准确,整体平衡度不错。
  2、中频扬声器——一般来说,中频扬声器只要频率响应曲线平坦,有效频响范围大于它在系统中担负的放声频带的宽度,阻抗与灵敏度和低频单元一致即可。有时中音的功率容量不够,也可选择灵敏度较高,而阻抗高于低音单元的中音,从而减少中音单元的实际输入功率。
  中音单元一般有锥盆和球顶两种。只不过它的尺寸和承受功率都比高音单元大而适合于播放中音频而已。中音单元的振膜以纸盆和绢膜等软性物质为主,偶尔也有少量的合金球顶振膜。
  3、高频扬声器——高音单元顾名思义是为了回放高频声音的扬声器单元。其结构形式主要有号解式、锥盆式、球顶式和铝带式等几大类。
  A、号角式高音单元由于指向性强,在号角正面能听到强大的商音,多用于大功率的扩声、会议音箱和一少部分的监听音箱。
  B、锥盆式高音单元由于振膜面积过大、过重,高频特性不如其它类型的高音单元,故而多见于老式音箱上,近年来已逐步被淘汰。
  C、球项式高音单元是目前在家用音箱和小型监听音箱中最常用的高音单元。球顶式高音单元从球顶结构上分,可分为正球顶单元和反球顶单元;从球顶材料上分,又分为硬球顶和软球顶两大类。
  D、硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、镁合金、钛合金复合膜、玻璃膜、钻石膜等数种。硬球顶高音单元所回放的高音,音色明亮,具有金属感。适合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐。制作优秀的铝合金、钛合金复合膜球顶高音,也能较好地表现古典音乐及人声。
  E、软球顶高音的振膜材料有绢膜、蚕线膜、橡胶膜和防弹布膜等数种。软球顶高音单元重播音乐时的高音灵巧、松弛,具有很好的自然表现力。在表现古典音乐、人声等具有标准听音概念的音乐时,尤为得心应手。尤其是近年来的绢膜、丝膜球项高音,其回放上限频率已达到40KHZ。从理论上讲,高音单元的上限频率至少要达到20KHZ,越高越好。但高频上限优秀的单元,其价格也要贵一些。
  F、正球项单元在播放音乐时,其水平扩散角度要大一些;反球项高音单元在播放音乐时,水平辐射角较小,但音色较纯,承受功率也较大。
  如果你是一位古典音乐爱好者,又对回放时撞色要求很严格,你不妨选择绢膜等软球项高音单元。如果你的音箱在使用中还要兼顾卡拉OK和播放电影,选择硬球顶单元会好一些。当然这并不是绝对的,因为音箱的回放音色,除与反选用的单元有关外,还与分频器的设计,箱体的制造等诸多因素有关。
  扬声器与功放的适当搭配
  扬声器与功放的适当搭配选择一款扬声器与你的功放配搭有几点需要注意,首先承载功率能力,有人说这点很简单,扬声器的承载力与功放输出功率相等相可。不错,但也不是这样简单,需知道一部小功率功放在其他条件配合下一样可驱动承载力大扬声器产生充足的音量,例如扬声器灵敏度高和阻抗特性容易负荷,号角式扬声器即具有这种特性。它们有能力负载大功率,但灵敏度可高至96dB/w/m的扬声器比较,所需的驱动功率只有它的几分之一。
  相反,大功率功放适当使用下亦可配搭承载力较小的扬声器,这点虽然有悖于常理,但只要小心控制音量并无问题。例如用一部每边100W的功放配搭承载力只有50W的扬声器以正常音量聆听不会有危险,反而大功率机可避免发生削波,更增加工作的安全性。
  实际上使用小功率功放驱动承载力较大的扬声器并不安全,这点大出一般初入门的发烧友意料之外。因为小功率机当回放大能量的音乐讯号时供电器供不应求导致超出额定功率时产生削波,这时会出现大量失真,对扬声器大有威胁,严重时可烧毁喇叭音圈。
  扬声器的阻抗特性是另一值得考虑的一点,扬声器的阻抗分为电阻性和电容性两种,电阻性表示在整个频域中阻抗变化大,甚不规则。我们首先需要知道,扬声器的阻抗是根据频率改变,在产品规格上印着的阻抗只是厂方给予的额定阻抗,或者是平均值,实际上在整个频域内的阻抗可描绘成一条不断改变的曲线,观察这条曲线才能清楚了解阻抗的变化。一个8ohm阻抗的扬声器在某些频率可能低于4ohm,或高至20ohm,这样的变化十分普遍不足为奇。一般音箱的电动扬声器阻抗变化不太大,额定阻抗通常为4ohm至8ohm,静电和平面扬声器的阻抗变化较大,尤其是静电式,它的阻抗变化十分剧烈,有时低至1ohm以下,给予功放一种电抗性负荷,低电流功难以胜任。
  现在的功放大多数都适合4或8ohm抗负荷,具有大电流能力的功放才能负荷4ohm以下阻抗,负荷阻抗较低可以输出较高的功率,例如一部功放在8欧姆负荷时额定输出功率为50瓦,4欧姆负荷时最佳应为100瓦,但不能无限制降低负荷阻抗,到某一点时即超出这部机器的负荷能力,假如你有一部大电流输出能力的功放,可以选择8欧姆以下阻抗的扬声器,否则最好使用8欧姆或最多低至4欧姆的扬声器才安全。
  一个设计理想的扬声器应该收听各种音乐都适合,这种扬声器没有本身的音色,只是忠实回放录音,对原音不增加亦不减少,这就是所谓的中性声音,但真正做到中性声音的扬声器甚少。有些欧洲产品趋向于这种特性,声音比较朴实,听惯了美国声音的人会觉得平淡无味。
  理论上,扬声器频应平直曲线愈平直愈佳,但实际上一个频应平直曲线的扬声器未必动听。我们可以见到大多数扬声器的测量频应曲线在某些频率都有起伏,不同的扬声器频应曲线均不相同,这也就形成了声音的分别。两款扬声器如分音点不同,即使其他全一样,声音亦有分别。设计者可以用不同的分音点调节音色,控制音色达到他的理想效果。
  选择扬声器之前这些问题应考虑。房间大小与环境,与功放的匹配,甚至外形亦成为选择重点。
  英国声、欧陆声、美国声…
  英国声、欧陆声、美国声…
  就目前Hi-Fi音响系统而言,音箱在技术上仍是一个相当薄弱的环节。音箱作为一种尽可能忠实再现艺术作品的器材,其忠实再现应是第一位,但就目前的技术对忠实再现,还只能是个相对的定义,这也是不同牌号的音箱都有自己声音特点的原因。当今世界上的音箱,品种繁多,但性价比高的却并不太多。从总体上看,大部分美国音箱力度好,气势恢宏,适于重放流行音乐;大部分英国音箱柔和细腻,极富音乐感,适于重放古典音乐;丹麦、德国、法国等欧洲音箱,则介于前两者之间的占多数。
  扬声器由于设计和所用的零件不同,声音会有明显的分别,因此有所谓英国声、美国东岸声、美国西岸声、欧陆声及日本声。对这些声音一般的形容是英国声纯美温暖,音染低,富音乐感,美国东岸声接近英国声,注重原音和准确再生,美国西岸声爽朗有活力,动态大音压强,特别适合听摇滚及大音量的音乐,欧陆声可以用朴实形容,注重准确和低音染,可能比英国声少一点温暖和甜美。至于日本声,那是一种抢耳的音色,故意制造一些音染,其实是谐波失真,初听觉得有吸引力,时间长则易耳倦。
  扬声器制造商必须迎合Hi-Fi迷的爱好和口味,有些厂家专门制造英国声或美国东岸声的扬声器,销售对象是喜欢听古典音乐的人士。听古典音乐首重声音准确频应均衡,音染尽量降低,并能产生宽润的动态范围。制造美国西岸声的厂家销售对象是喜爱摇滚、爵士乐及流行音乐的人士,听这类音乐追求音响的刺激,高音必须爽朗,低音特别强劲,聆听时身体可以直接感受到音乐的迫力。至于频应均衡并不太考虑,有些厂家甚至刻意制造一种听起来够刺激的频应曲线或增加一些谐波失真去取悦于消费者,摇滚及流行音乐迷多不计算声音的纯与准,只要声音够刺激便有吸引力。
  当然,美国西岸声的扬声器也有很注重声音准确的厂家,并非全部都只追求刺激而忽略音质。事实上,有不少素质十分高的产品,尤其近年来,听摇滚和流行音乐的扬声器亦逐渐注重声音准确平衡,立体音像明锐,并减少音染,似乎向美国东岸声的扬声器看齐,保持强劲低音,高音压及爽朗音色的特点。

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