揚(yáng)聲器的主要技術(shù)特性及其應(yīng)用
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揚(yáng)聲器（又稱(chēng)音箱）是音響系統(tǒng)的喉舌，直接影響著還音的質(zhì)量，是音響系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分之一。
揚(yáng)聲器的功率是把一種可聽(tīng)范圍內(nèi)的音頻信號(hào)通過(guò)換能器（揚(yáng)聲器單元）轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶銐蚵晧杭?jí)的可聽(tīng)聲音。怎樣才能更有鏟地完成這種轉(zhuǎn)換呢？首先必須了解聲音信號(hào)的屬性，其次要了解并熟悉揚(yáng)聲器的主要技術(shù)特性，正確選擇好揚(yáng)聲器。
聲音信號(hào)屬性主要是指人聲、樂(lè)聲以及各種音效。這些聲音信號(hào)都是一種隨機(jī)信號(hào)，其波形比較復(fù)雜，但屬人耳可聽(tīng)聲音的頻率范圍（20Hz~20kHz），其中人聲的頻譜范圍約在150Hz~4kHz；各種音樂(lè)的頻譜范圍可達(dá)40Hz~18kHz。平均頻譜的能量分布為：低音和中低音部分最大，中高音部分其次，高音部分最�。s占中、低音部分能量的1/10，人聲的能量主要集中在200Hz到3.5kHz的頻率范圍）。這些可聞聲隨機(jī)信號(hào)幅度的峰值比它的平均值約大出10~15dB。因此，要能正確地重放出這些隨機(jī)信號(hào)，保證重放信號(hào)的音質(zhì)優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)，揚(yáng)聲器就必須具有寬廣的頻響特性、足夠的聲壓級(jí)和信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，并具有高效率的電功率轉(zhuǎn)換成聲壓的靈敏度。
揚(yáng)聲器系統(tǒng)具有不少與音色效果和使用場(chǎng)合直接相關(guān)的技術(shù)特生，要用好用活這些技術(shù)特性，我們必須對(duì)它們有一定的了解。
分頻系統(tǒng)
廣播、電影、電視、劇院、舞廳、會(huì)議廳、體育場(chǎng)所使用的揚(yáng)聲器分頻系統(tǒng)，有（二路）二分頻、（三路）三分頻系統(tǒng)。音頻信號(hào)的頻寬從20Hz~20kHz，單用一種揚(yáng)聲器單元是無(wú)法滿足整個(gè)頻段的頻率響應(yīng)的，換言之，要用一種揚(yáng)聲器單元把20Hz~20kHz各頻率均勻重放是絕大不可能的。例如口徑為12英寸的揚(yáng)聲器單元，低頻特性較好，失真不大，但1.5kHz以上的信號(hào)，其響應(yīng)能力就很差了。反之，2英寸口徑的揚(yáng)聲器單元，重放3kHz以上的音頻信號(hào)響應(yīng)很好，卻無(wú)法重放中音和低音信號(hào)。于是必須由各種頻響特性單元組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)去完成寬頻段音頻的重放任務(wù)。例如由低音、高音兩單元組成的二分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)，由低音、中音和高音三種單元組成的三分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)。二分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但中頻段的響應(yīng)不甚理想。為了解決中頻段的響應(yīng)，廠家采取折衷的辦法，把低音單元的頻響特性向上移，而又把高音單元的頻響特性向下移，分頻點(diǎn)想辦法設(shè)定在400Hz到1500Hz之間（圖1是高低頻單元頻響作向下、上移的結(jié)果）。分頻交叉點(diǎn)往往有下陷現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)廠家提供的資料，在分頻交叉點(diǎn)部位使用均衡器根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行提升。圖1交叉點(diǎn)在400Hz。
三分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)各單元的頻響特性就不用折衷了，可充分發(fā)揮它們各自的長(zhǎng)處，兩個(gè)分頻的交叉點(diǎn)是選在中音人聲和樂(lè)聲頻譜重要部分的上、下邊緣處，這對(duì)聲音質(zhì)量沒(méi)有任何影響。交叉點(diǎn)的下陷現(xiàn)象可以通過(guò)調(diào)整均衡器得到解決。二分頻、三分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)被廣播、電影、電視、音樂(lè)廳、歌劇院、會(huì)議廳、體育場(chǎng)館廣泛使用。
三分頻揚(yáng)聲器的特點(diǎn)是失真小、清晰度高，低音和高音間交叉點(diǎn)頻段性能好，頻響頻帶寬，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率處理能力好，揚(yáng)聲器系統(tǒng)不容易損壞。
揚(yáng)聲器單元是一種電信號(hào)與聲音之間的換能器。揚(yáng)聲器系統(tǒng)的“靈敏度”實(shí)質(zhì)上是一種“轉(zhuǎn)換效率”的體現(xiàn)，如何以相對(duì)較小的輸入功率轉(zhuǎn)換成很響亮的聲音，取決于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高低，亦即由揚(yáng)聲器系統(tǒng)的靈敏度高低而定。由于設(shè)計(jì)技術(shù)、選用材料、生產(chǎn)技能和生產(chǎn)工藝等諸多方面的差異，靈敏度的差異是很大的。
揚(yáng)聲器的靈敏度是指供給揚(yáng)聲器單元1W的電功率，在揚(yáng)聲器軸線方向離開(kāi)1m處所測(cè)得的聲壓級(jí)大小。靈敏度高的揚(yáng)聲器可超過(guò)100dB以上。一般是靈敏度高的揚(yáng)聲器在同等條件發(fā)出的聲音大，如果甲乙兩揚(yáng)聲器的靈敏度相差3dB聲壓級(jí)，那么要達(dá)到同等的聲壓級(jí)輸出，就要靈敏度低的揚(yáng)聲器增加一倍的電功率輸入，或減少靈敏度高的揚(yáng)聲器一倍的電功率輸入。人們可能會(huì)關(guān)心兩個(gè)相同聲壓級(jí)的揚(yáng)聲器放在一起，它們合成的聲壓級(jí)是多少？我們?cè)O(shè)定聲壓級(jí)同是80dB的兩個(gè)聲音同時(shí)在一起出現(xiàn)（80dB相當(dāng)于大聲說(shuō)話時(shí)離發(fā)聲體1m處的聲壓級(jí)）。它的合成聲壓級(jí)不是160dB，這會(huì)大大地超出了人耳所能忍受的120dB限度。那么應(yīng)該是多少dB呢？這可以用聲音的能量疊加按對(duì)數(shù)運(yùn)算規(guī)律來(lái)算出其結(jié)果：
因?yàn)榭偮晧杭?jí)Lp=10Lgn+20Lp Pe/P0（dB）。
在這里，我們?cè)O(shè)定的是聲壓級(jí)同是80dB的兩個(gè)聲音同時(shí)在一起出現(xiàn)，所以上等式中n=2，20Lg Pe/P0=80dB。
所以總聲壓級(jí)為
Lp=10Lgn+20Lg Pe/P0
=10Lg2+20LgPe/P0
=3+80=83(dB)
同理，若我們?cè)O(shè)定的是聲壓級(jí)同是80dB的三個(gè)聲音同時(shí)在一起出現(xiàn)，那么等式中的n=3，20Lg Pe/P0=80dB，總聲壓級(jí)則為
Lp=10Lgn+20LgPe/P0
=10Lg3+20 Lg Pe/P0
=4.77+80=84.77(dB)
音響工程往往會(huì)遇到這樣的事例：
一只靈敏度為99dB的音箱，單價(jià)2萬(wàn)元，另一只是90dB，單價(jià)只5000元，靈敏度為99dB的音箱，雖然單價(jià)高，但轉(zhuǎn)換效率高，響度大，要8只90dB靈敏度的音箱的總聲壓才有99dB的響度，那么5000×8=4（萬(wàn)元），加上8臺(tái)功率放大器的成本就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出2萬(wàn)元了，所以一般是選用音箱靈敏度高的較為合算。下面列出一組音箱數(shù)和合成聲壓級(jí)，供參考：
音箱數(shù) 1只 2只 4只 8只 16只
SPL（合成聲壓數(shù)） 90dB 93dB 96dB 99dB 102dB
實(shí)際應(yīng)用中，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的輸入功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1W，一般從50W到2000W或更大一些，因此工作時(shí)都可以輸入這個(gè)最大的允許電功率（一般以揚(yáng)聲器最大承受功率的1.5倍為最佳）。以額定最大功率輸入揚(yáng)聲器，在揚(yáng)聲器軸向1m處產(chǎn)生的聲壓級(jí)稱(chēng)為最大聲壓級(jí)SPL max。例如：靈敏度=100dB，1W/1m的揚(yáng)聲器，若最大功率承受能力為1200W，那么它的最大聲壓級(jí)SPL max=100+30.8=130.8（dB）。工作時(shí)千萬(wàn)不要追求低音的力度而滿功率工作，最理想是80%的功率輸出，音響工程可增加超低音的揚(yáng)聲器去加強(qiáng)低頻特別是鼓樂(lè)器聲音的力度。而廣播、電視、電影的專(zhuān)業(yè)監(jiān)聽(tīng)一般使用有高、中、低（低音音箱紙盤(pán)15英寸）三分頻的音箱，其音頻段的頻響效果已經(jīng)很好了。
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率處理能力和功率壓縮
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的功率處理能力代表揚(yáng)聲器承受長(zhǎng)期連續(xù)安全工作的功率輸入能力，也稱(chēng)揚(yáng)聲器的額定輸入功率。了解揚(yáng)聲器的功率處理能力，必須懂得揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器是如何被損壞的，驅(qū)動(dòng)器的損壞模式有兩種：一種是音圈過(guò)熱損壞（音圈燒毀、過(guò)熱變形、圈間擊穿短路等），另一種是驅(qū)動(dòng)器的振膜或周?chē)膹椥圆考䲟p壞。這主要發(fā)生在經(jīng)常性的滿負(fù)荷工作和大振幅的低頻信號(hào)，而對(duì)于高音喇叭則主要是因?yàn)榘l(fā)生強(qiáng)大的正反饋信號(hào)。所以100%的功率輸出和功放功率幾倍于揚(yáng)聲器最大承受功率，揚(yáng)聲器的音圈很容易被燒壞，揚(yáng)聲器的錐形振膜很容易被損壞。
平常所說(shuō)的聲音信號(hào)不是一種純正弦波信號(hào)，而是一種隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)可以用平均值、有效值（均方根植）、峰值三個(gè)參數(shù)表示。有效值比較接近平均值，信號(hào)的發(fā)熱能量基本由它確定，對(duì)于正弦波信號(hào)，峰值電平大于有效電平3dB，而對(duì)于音樂(lè)信號(hào)，峰值電平可超出有效值平達(dá)10~15dB，峰值是信號(hào)達(dá)到的最大電平，有時(shí)用峰值因子來(lái)說(shuō)明峰電平與有效值電平的比率，如果峰值因子為6dB，即峰值電平是有效值電平的4倍。例如音箱指標(biāo)有一項(xiàng)標(biāo)寫(xiě)按AES或IEC，額定輸入功率600W，峰值為2400W，輸入1200W，峰值為4800W，額定輸入功率75W，250W，峰值為300W，1000W，都是4倍6dB的關(guān)系。
所謂揚(yáng)聲器的功率壓縮，也就是揚(yáng)聲器加載（受熱）后的聲壓級(jí)下降性能。所有產(chǎn)品的標(biāo)稱(chēng)功率都是音箱廠家選定的測(cè)試信號(hào)和測(cè)試條件下測(cè)試的最佳值。實(shí)際上，當(dāng)揚(yáng)聲器進(jìn)入了工作狀態(tài)（等于或大于滿功率20秒之后），音圈和磁體受熱升溫，它們的性能下降且改變了受熱前單元的原有特性，這時(shí)候的實(shí)際聲壓級(jí)輸出就會(huì)減少。一般情況下，揚(yáng)聲器音圈如受熱升溫60℃~80℃，額定聲壓級(jí)下降3dB為容限，如音圈散熱效果十分優(yōu)異，耐溫100℃以上，實(shí)際的聲壓級(jí)則下降6~8dB。如按前所介紹，加一倍數(shù)量音箱，才提升3dB聲壓級(jí)，6dB需要4只音箱，8dB將加8只音箱，如果廠家沒(méi)有標(biāo)明下降的聲壓級(jí)，那么我們就要認(rèn)真去選購(gòu)各廠家的音箱了。在沒(méi)有辦法的情況下，使用時(shí)我們要考慮揚(yáng)聲器的良好的通風(fēng)散熱條件，特別是廣播、電影、電視使用的監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)，要注意保持其優(yōu)質(zhì)的技術(shù)性能，保證聲音質(zhì)量的完美。
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向特性
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向特性是很重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于廣播、電影、電視的錄音、監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)，由于控制室的聲學(xué)設(shè)計(jì)條件好，應(yīng)用面積（監(jiān)聽(tīng)覆蓋面積）不是很大，因而揚(yáng)聲器系統(tǒng)的配置變化不大，指向特性的要求顯得不突出，但作為影劇院、大會(huì)議廳、體育場(chǎng)館這些音響工程系統(tǒng)，由于聲音的覆蓋面積很大，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向特性指標(biāo)就顯得十分重要了。
揚(yáng)聲器的指向特性是指揚(yáng)聲器向空間各方向發(fā)聲的聲壓分布狀況。一般來(lái)說(shuō)，揚(yáng)聲器發(fā)聲總是有一定的指向性的，而且隨頻率的變化會(huì)有很大的變化，通常在低頻段（低于200Hz）的聲音是無(wú)方向性的，而在高頻段，聲音的傳播則呈較強(qiáng)的方向性，其余在各方面均勻傳播。
揚(yáng)聲器的指向性還可以用輻射的聲束狹窄程度來(lái)衡量，聲束越窄，輻射角越小。輻射角或聲束寬度，是指在指向性圖案中聲壓級(jí)與主軸—3dB（有些標(biāo)準(zhǔn)—6dB，標(biāo)寫(xiě)—3dB是按功率計(jì)算的，而標(biāo)寫(xiě)—6dB是以聲壓級(jí)計(jì)算的）的角度，如圖3。
圖3偏離軸方向的聲壓級(jí)隨偏角的增大而逐步減少。雖然揚(yáng)聲器的指向特性使偏離軸向的聲壓級(jí)隨偏角的增大而逐漸減少，但同時(shí)聲壓級(jí)又會(huì)隨聲波傳播距離的增加而按距離的平方成反比地衰減：
增加1倍衰減3dB
增加2倍衰減6dB
增加3倍衰減9.5dB
增加10倍衰減20dB
然而角度雖然偏離了主軸而使聲壓級(jí)減少，但同時(shí)隨偏離角度的增加而指向點(diǎn)又漸近了聲源，因而聲壓級(jí)反而不是衰減而是增加了。實(shí)際音響工程如能較好地把兩種衰減選擇得當(dāng)就可使它們互相補(bǔ)償，從而使聲音輻射得更為均勻。
揚(yáng)聲器的輻射角與其紙盆直徑D及聲音的波長(zhǎng)λ有很大的關(guān)系，下表是揚(yáng)聲紙盆的直徑D和聲音的波長(zhǎng)比（D/λ）與輻射角的關(guān)系。
有些資料，還列出了3D/λ的比值與輻射角的關(guān)系。
圖4是揚(yáng)聲器紙盆的輻射角與有效直徑和波長(zhǎng)（D/λ）的關(guān)系，由此，我們可以得出以下幾點(diǎn)簡(jiǎn)單的結(jié)論：
1、揚(yáng)聲器的指向笥隨頻率變化而變化，頻率越高，波長(zhǎng)越短，紙盆有效直徑與波長(zhǎng)比值（D/λ）越大；揚(yáng)聲器的輻射角越小，指向性就越強(qiáng)，輻射范圍就越窄。
2、揚(yáng)聲器在各頻率下的輻射角大小，由揚(yáng)聲器的紙盒決定，不能任意改變。
3、在相同頻率時(shí)，直徑大的揚(yáng)聲器要比直徑小的揚(yáng)聲器更具指向性，因?yàn)镈/λ的比值越大，輻射角越小，聲束變得尖銳而狹窄，如表：同是5000Hz的頻率，以12英寸揚(yáng)聲器和4寸揚(yáng)聲器放音，5000Hz的D/λ比為4.35（12英寸），輻射角只有180；而4英寸揚(yáng)聲器5000Hz的D/λ比為1.5，輻射角有500。這說(shuō)明小口徑揚(yáng)聲器適宜重放高音；一般口徑揚(yáng)聲器適宜重放中高、中低音；大口徑的揚(yáng)聲器適宜重放低音和超低音。不管是廣播、電影、電視的錄播監(jiān)聽(tīng)還是劇院、會(huì)議廳、體育場(chǎng)的擴(kuò)聲，我們都應(yīng)盡可能這樣去考慮。
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文章來(lái)源：音響技術(shù)
