尊响音响

                                                                                                                                                                尊响李建华原创

扬声器的声压曲线是音响技术派和喜欢DIY朋友最重视技术指标之一，能重放宽且平直的频带是我们追求首要目标，但难道声压曲线平直就是好扬声器吗？在回答这个问题之前我们先了解一下扬声器发声原理。
扬声器是利用振盆振动所发声的，所发出声压的高低可以用声功率来表示。
W（声功率）=V（振膜速度）^2 * R（声阻）
[类似于电路里W（电功率）=I（电流）^2 * R(电阻)]
所以声功率和扬声器振盆的振动速度与声阻有直接关系。
下图是扬声器振速和频率的关系。

响应曲线类似带通滤波器，在f0振速最大，以f0为中心，高于或低于f0频率每倍频程振速也增加或降低6db,也就是谐振频率以上的频率与振盆的振速成反比，这也不难理解电动扬声器是受迫振动，频率高于f0时，振动系统的速度受惯性力控制，振动系统质量越重、频率越高惯性越大，振速越小。
在谐振频率之上的振速可以近似简化为



下图是扬声器声阻和频率的关系。


声阻的响应曲线是一条沿着频率不断上升的曲线，其拐点取决于ka=1时
（k是6.28米内的波数 a是振膜直径   ka=X是表示一个频率，此频率的波长是振膜周长的1/X倍，例如ka=1就是指此频率的波长正好等于振膜周长的频率）
声阻的计算方法可以简化如下式





现在我们再看看扬声器输出声功率和频率的关系，输出声功率分两种情况



以6.5寸扬声器为例分析，在ka<1的频段振速V随频率下降，声阻R随频率上升，使得V^2和R乘积消去了频率f，所以输出声功率是恒定的。也算是自然的一种馈赠，为什么这么说呢？比方熟悉的音源黑胶与磁带输出信号都需要均衡，因为不均衡的话输出电平会随着输出信号频率上升而上升。


例：6.5寸扬声器直径约等于13cm，当ka>1-1.5时即频率f>832-1250hz左右，声阻抗不再随频率上升而振速却仍随频率下降，根据公式，声功率和频率的平方成正比，即频率上升一倍声功率下降四倍，结果是声功率W在频率f>832-1250hz时每倍频下降6db。

但事实上很多普通6.5寸扬声器在大于832hz以上的声压曲线很平直，并没有衰减、有的甚至上拐的，甚至有些全频扬声器能到达15000-20000Hz。对于这个矛盾，就要引入分割振荡这个老问题了，（振膜的形状引起的指向性分布特性也能扩展扬声器0轴的高频响应，不过指向性只能增强已有的升压，不能“无中生有”，在此不多做赘述。）多数6.5寸扬声器在1000Hz以上的频率工作时，分割振荡也逐渐走上舞台了， 一个扬声器的振动模型可以看做一个物体挂在一个弹簧上，但在分割振荡出现后振动模型就复杂了起来，分成了一串又一串的物体和弹簧的组合。





因为其振膜物理材料限制，其刚性不足以让力在这一串串的物体和弹簧传递下去，越靠近上端，也就是靠近音圈位置振动越容易传递，而较远的位置就可能一动不动了。随着工作频率不断的提高，扬声器的分割振荡也愈发严重，振动的部分就越来越小，但此举正是扬声器高频延伸的关键，振动的部分变小了，可以变相等效成一个的小口径扬声器，振动面积随变小了，但相应的质量也变小了，扬声器效率没有改变，但因为振膜尺寸的改变 Ka>1-1.5时的频率却远远提高了。正是这随着频率自动变化尺寸的“扬声器”，延伸了高频。
很多人认为硬质振膜的扬声器高频会延伸的更多，事实却截然不同。以全频扬声器为例，全频扬声器多数都是非常轻薄的纸质振膜，而且音圈直径都非常小，这样设计最利于分割振荡的产生，在高频段尽量只让靠近中心的位置振动发声，从而延伸频带。
所以声压曲线平直的扬声器不一定是好的扬声器原因是ka>1-1.5时所输出的平直声压都是分割振荡产生的，常识告诉我们分割振荡范围内失真大、音质差应该尽量避开此范围。好的扬声器当ka大于1～1.5频率时，(大概5寸1050-1600hz左右、6.5寸834-1250hz左右以此类推）声压应随着频率上升而下降，每倍频程大下降6db左右。

大部分“硬盆”扬声器都有这种规律（图1 图2）。所以活塞区相对于软盆较为宽阔。

图1


图2

图2是西雅士E0021 4寸扬声器，属于铝镁盆“硬盆”，活塞区能达5.5k肯定是个好扬声器，但好的有点“过分了”，够用就行，有谁把分点搞到5.5k呢？指向性也过不了关，再说过高的技术指标也太浪费RMB。“硬盆”扬声器技术指标，毫无疑问要好过所谓的“软盆”扬声器，但是主观上给人的听感有点“硬”，没有纸质振盆来的柔和自然。所以能用小口径纸质扬声器，活塞区能到2k或者多点，就能和高频扬声器很好的衔接，也是个不错的选择。例如4寸纸质扬声器做2分频音箱，或者做3分频音箱当中音用，特点中音甜柔失真小，但有一定局限性，不能用大一点口径的扬声器。要是用5寸以上纸质扬声器在1000多hz就进入分割区了，1000多hz分频对高音压力太大，音质也不会好。所以做2分频用“硬盆”比较好，“硬盆”活塞区宽比“软盆”有优势。所以设计音箱要扬长避短、灵活运用，应用好的话，看似不上档次的纸质扬声器也能发出不次于“硬盆”扬声器的音质。


图3


图4

图3图4是西雅士E00426.5寸和西雅士H1216 5寸扬声器，都属于“软盆”范畴，可看出所谓的软盆喇叭相对硬盆声压曲线较为平直，但是活塞区没有硬盆宽阔，基本上不会超过Ka=1.5时的频率。


图5


图6


图7
图5图6图7 分别是西雅士的E0011、E0058 、H0831，从这几种扬声器声压曲线看也符合这种规律。E0058是金属铍“硬膜”、其余两款都是“软膜”。E0058一只价格近4000元，而H0831不过3、5百元，从声压曲线上看E0058还不如H0831好看而平直，所以很难只从声压曲线判断一只扬声器的优劣。

以上所讨论的主要是指常见的指数型状扬声器振盆，其它异形及特除形状振盆不再本讨论之列。








[ 本帖最后由 尊响音响 于 2023-4-8 13:20 编辑 ]

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有意犹未尽的感觉，楼主有空再多分享一些，感谢先～

racingpht

大概意思没问题

但是金属盆的活塞区是不是真能到那个频率谷点，是值得商榷的。

如果用仿真软件看振膜的状态，金属盆那个频率谷点应该是振膜外围和振膜中心形成了第一个反向运动的趋势了。换句话说，就是振膜外围跟不上音圈的速度了。当然这时候金属盆的声学表现还是很接近活塞的。