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高端! 详解铝带超高音+同轴三分频音箱

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  第1页:详解铝带超高音+同轴三分频音箱(上)

  随着扬声器技术的进步,诸多新技术的音响产品进入了普通人的视线,诸如一直被国外品牌用于天价音箱中的同轴单元,在中国已经成为初哥唾手可得发烧器材,如今索威又有惊人之举,“铝带超高音+同轴单元的三分频系统”又将进入寻常百姓的家庭,为此,我们以音箱的性能改善中“得失辩证关系”,窥视达到终极性能的“铝带超高音+同轴单元的三分频系统”的诞生过程。

  一套扬声器系统(俗称音箱)基本由4个部分组成,扬声器单元、箱体、分频器、其他附件,音箱的发声机理就相当于人类的口腔系统,其中:扬声器单元等同于喉咙,箱体相当于口腔,倒相孔相当于鼻腔,分频器相当于齿唇配合口腔的变化,可见,音箱系统是一个典型的仿生系统。这几个部分都很重要是缺一不可的关系,但可以看出扬声器单元是最为重要的关键环节

  2.音响的失真:

  A、 调制失真单一振膜上低频对中高频产生的调制(受迫振动)而产生的失真;

  B、 相位失真多单元系统由于起始点位置不同、传播路径不同而产生的失真;

  C、 总谐波失真频带宽度不足、重放波形的改变产生的失真;

  3.调制失真推倒了单振膜全频帝国

  假如物理定律允许,且有能力造出单一振膜的全频单元,是否这就是理想的单元了吗?回答是“不”。因为单振膜全频单元是以增加调制失真为代价而获取频带的扩展,即使是做到使调制失真在可接受的范围内,此时又必须以牺牲频带宽度,这就是通常大家见到全频音箱的低音都难以得到表现的根本原因,电声行业中的“有得必有失”的辩证关系得到了充分的验证。有没有解决调制失真的方法呢?这里我们要了解一下关于调制失真的问题;

  A 声音的迭加与调制,常见的迭加与调制如合唱团的合唱声音,您很难单独听到某个人的声音,听到的则是众多参与合唱最后调制合成后的声音;高低音的两个不同的喇叭也同样存在调制合成的现象,两个声源各自独立发声,经过在空气中调制合成共同作用人的耳膜,使人能同时听到多个不同的声音;对于一个正常的声波调制来说是发生在声波的传播过程当中,而不是振动源上。

  B 调制失真也是相对普遍的声波合成过程,其中分为人为调制失真与非人为调制失真,一个最典型的低频对中高频的人为调制失真就是音乐中的颤音,当然合成器中的波表文件也是人为调制失真的杰作;非人为失真是人们所不愿意看到的,它在扬声器中表现为大振幅的低音强迫小振幅的高音(相对而言的高音)做大振幅运动,其结果是使高音出现不该有的颤音或寄生杂音。调制失真通常不会发生在声音传播当中,它的产生是两个声源之间发生的“受迫振动”而引起的额外声波,既然是这样,调制失真只出现在一只扬声器的同一个振膜上而绝不会在两只扬声器之间,这是理解调制失真的关键。判断的唯一标准有两点: A 、分清多个振动源之间的相互作用关系是否存在受迫振动; B 、判断发生受迫振动后的结果是否产生了额外的声波;

  C 声源的界定:对声音而言,理论上的定义是一个单一频率值的声波对应于一个相应的振动源,那么一个喇叭的振膜上到底有多少个振动源,可以说它的振动源的数量一定会大于它的频率范围所包括的频率数,因此两个扬声器不是两个振源,一个扬声器更不是一个振源。

  理想的情况下,喇叭振膜从圆心开始沿径向向外从高频向低频扩展,也就是说高频只有部分靠近中心的振膜振动,而低频则整个振膜参与振动,如此同心圆分割振动使使喇叭频带得以展宽,在这方面来说为了展宽频带喇叭振膜不能用纯粹的理想刚体为材料来实现,这种分割振动是一个频率对应振膜上一个固定的同心圆区域,而对此频率而言此同心圆区域的振膜不再发生分割振动,而实际情况却不然,除了上述分割振动之外振膜上还伴随着“不同径向”的分割振动,不同区域在一个音圈驱动产生了不同步的运动形成了不同径向分割振动是扬声器音质恶化的根本原因。

  4.调制失真催生了多单元系统

  在理想情况下,生产厂家都企图制造出能够涵盖所有频率范围单一振膜的驱动单元,但物理定律决定了一个适合于低频的驱动单元将无法适用于高频,反之亦然。因此,各自独立的驱动单元被用于展现不同的频率范围,并将它们安装在单个或多个箱子中来形成一个全频带系统,他需要给不同频段的单元提供相应频率范围的驱动信号,这个频率信号分割系统则是由分频器完成的。

  减小调制失真的通用办法是多分频系统;

  常见的多单元系统有二分频、三分频或更多段分频,受成本及体积的限制,最普遍的桌面音箱是二分频系统,其驱动单元由低音加高音组成,分频点通常在2.5K-3.5K之间,与全频单元相比,大振幅的低音对中高音产生的调制失真主要发生在低音单元上,而对高音单元的调制失真已不复存在,三分频系统驱动单元由低音、中音及高音构成,大振幅的低音对中音及高音的调制已被有效控制,调制失真仅仅发生在中低音频段。由此可见,在保证度方面三分频优于二分频、二分频优于全频,随着分频段数的增加,成本也会陡增,体积也会进一步加大。

  多分频系统有效的控制了调制失真,它是否就是一个理想的系统了吗?“有得必有失”的关系是否再次显灵?嗯,真的让您猜中了,理论上看,减小调制失真的多单元分频系统是以增加相位失真为代价换来的。

  相位失真是由多个声源位置(相当于喇叭单元的起始点)不同造成传播路径不同而引发的相位畸变并表现为波形合成失真,相位失真在表现形式上是隐性的且解决的方法不多,但其严重性并不亚于调制失真。

  相位失真造成的音质劣化主要表现在声像定位不准、音色变形、清晰度下降、声场畸变等。造成相位失真的声源位置分为两种情况,一是各个驱动单元排列在面板上沿Y轴方向上的位置差异(如下图中的⊿Y),另一个是高低音单元沿X轴方向上的位置差⊿X,这两个位置差异造成了两单元传播路径L1、L2的差异并产生了传播相位上的失真。

  5.相位失真

  动摇了多单元分频系统的统治地位,也促使同轴帝国的崛起

  国际各大品牌把目光投向了同轴技术,英国天朗开发了对偶同轴技术,英国KEF开发出了UIN-Q技术,中国的索威开发出了共点同轴技术,这些同轴技术都同时解决调制失真与相位失真的问题。

  同轴是将高低音单元以其传播轴线相重合的方式安装在一起来解决Y轴方向的相位失真,如英国天朗的对偶同轴技术。

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  共点同轴所固有而紧凑的多分频音箱受到越来越多人的青睐,将驱动单元更紧凑地安装在一个更小的箱子中,则提供了解决时域、相位、指向性和分频复杂性等诸多问题。

  在小型近场桌面音箱的应用上,共点同轴在定位方面的突出优势得到了充分的发挥,声音重放中利用两只音箱对同一声源产生不同的声压及两个音箱的相位差,使被重放的声源的声像确定在两个音箱之间的某一位置上。对声压而言,声像会向声压大的一边靠拢,两个音箱的声压相同则定位在两音箱的中垂线上,当一个音箱没有输出声压时,声像的位置完全靠向另一只音箱,如相位参数保持不变时的话,声压的改变只能使声像沿两音箱的连线移动。

  相位对声像的影响远比声压复杂的多,相位参数既能影响声压的大小、声像的大小,又能改变声像的位置。当两只音箱的相位相同时两只音箱的合成声压最大,且由声压确定声像位置,当两音箱的相位发生变化时,声像逐渐变大并偏离原有位置,偏离位置的方向由相位变化的特性决定,当两音箱相位相反时,声像演变为无限大且没有位置感,既声像完全模糊,而两音箱中垂线上的声压最小…… 。

  由此看出,只有在喇叭单元的重放相位以及声压都得到保真条件下,立体声定位才能实现,舞台乐器的位置便得以确定,就现状而言,声压保真相对容易实现,而相位保真具有相当的难度,相位保真的根本方式是实现全音域点声源重放。

  对电动式扬声器而言,实现上述特性的途径是单点同轴单元,通过箱体结构设计的方式能得到局部而有限的改善。

  6.总谐波失真铝带超高音是通向理想天堂的完美之路

  音响系统的另一个较为突出的失真就是总谐波失真。总谐波失真是用谐波总量描述输出信号比输入信号波形的变化量。谐波失真是由于系统线性不佳及频带宽度不足造成的。毫无疑问解决问题的办法是提高线性和展宽频带。

  展宽频带的方法是引入铝带超高音,它可使系统频响上限展宽到40Khz,大大地提高了波形的还原能力,可能您会问,这已经远远超出了人耳朵的听音范围,还有用吗?

  虽然国标中定义的可闻域频响为 20Hz-20KHz,似乎高于 20KHz 的超声对人耳已无意义,但实际上不然,根据时域及频域分析, 不可闻域的高次谐波对可闻域声音波形的合成起着至关重要的作用,正如方波与正弦波貌似无关,但二者渊源颇深。方波是由方波基频对应的正弦波与此正弦基频无限次的谐波合成而得,由此可见没有超声谐波,就没有可闻域波形的正确还原,一个特例就是手风琴的音色是由方波组成的,没有听不到的超高频参与波形合成,则没有正确的手风琴音色。因此,铝带超高音 (RIBBON TWEETER) 是实现高档音响完美性能不可或缺必备电声器件。

  受专利限制,铝带超高音多分频系统同样被几个少数国际顶级品牌所持有,例如,多年前达尼推出了全系列的顶级铝带超高音多分频产品。如何开发出具有自主知识产权的铝带超高音技术也是摆在民族品牌面前更大的课题。

  在这个方面有了关键性突破的是SV索威铝带式扬声器 (RIBBON TWEETER) 专利,其关键技术是巧妙地将双面音圈与振膜合二为一, 振膜在磁间隙中被全面全同步驱动,平而轻的振膜,作用力没有相位差异,换能效率高,频率响应宽广,失真小,振膜既好推动又好控制,瞬态特性非常好,是最理想的超高音扬声器系统。

  SV索威铝带式超高音扬声器 (RIBBON TWEETER) 的振膜厚度仅为 100 微米 , 聚亚酰胺振膜电镀金属铝膜 , 再经激光蚀刻并控制阻抗为标准值的双音圈 , 整体一致性好、品质精良 , 实现了优越的幅频特性 , 避免了相频特性干涉(即无什么相位差影响) , 实现了球顶、锥盆等高音扬声器至今尚未达到的 " 纯净 " 振动状态 , 频率响应范围宽广而平坦 , 达到了 2000-40KHz, 而实际的有效频响范围的上限还有很大的上限裕量 , 谐波失真均在 0.05% 以下。

  在设计中,能驾驭电声性能是产品设计的瓶颈,SV索威铝带超高音专利技术还就有另一个特点,就是其频响及阻抗就有可控性,这给设计人员提供了极大的方便。

  SV索威铝带超高音扬声器 (RIBBON TWEETER) 用施于振膜上可控的力来调节振膜的张力 , 从而改变铝带高音的频响特性 , 这是一个大胆而革命性的创举 , 使得扬声器频响的随机性得到有效控制。铝带超高音的另一个难点则是输出声压过低 , 这使得超高音单元与低音单元的声压匹配异常艰难 , 无奈的选择是配接声压较低的小口径低音单元 , 大口径低音单元则需使用多个铝带高音配接已达平衡。但索威铝带高音 (RIBBON TWEETER) 除选择足够 B 值的强磁系统磁的同时还研制了索威独创的高效率振膜组件 , 使磁能积利用率提高一倍以上 , 轴向输出声压级达到 93-96dB/w/m, 实现了高效优质的电-磁-力-声的多级换能。

  7.铝带超高音单元+同轴三分频系统

  毋庸置疑,三分频优于二分频这是事实,但为什么三分频产品的比例很少?成本是一个主要因素,体积是另一个主要因素。

  的确,普通三分频系统三个单元纵向排列,除了没有解决相位失真外,其体积也难以使其登上桌面系统。同轴与铝带超高音组成的三分频系统则良好的解决了这个矛盾。

  其中,铝带超高音完成声音整形,同轴完成可闻域点声源重放,既控制了调制失真及相位失真,又最大限度地抑制了总谐波失真,同时又使其体积与二分频系统相同,可为一石三鸟啊。

  虽然同轴与铝带超高音组成的三分频系统成本不菲,但这不失为解决三大失真的有效途径,我们期待着其后续市场发展动态。