扔一块砖头，希望能砸出更多的玉来

芦苇a · 发表于 2006-6-3 03:50

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[原创]关于单元的瞬态响应的一二

世界上喇叭万万千千，涉及制作的厂家也有上万家，但真正拥有一定的技术实力，自己设计开发喇叭单元、乃至进行原材料开发应用的厂家却是凤毛麟角。扬声器设计是一门综合性的学科，他的覆盖面非常的广泛，从声学、人体解剖、材料学等多方面都有涉及，芦苇在这里就单元的瞬态响应小议一二，希望能够抛砖引玉，让更多的同行们都能够参与进来，共同讨论。

众所周知，不同的振膜材料会产生不同的音色，但是每一种振膜都会有自己的特点和不足，如何发扬优势补足劣势也是每一个顶级Hi-End厂商所追求的。但归根结底产生这样的差别，都是因为振膜材料的各种物理参数不同造成的，振膜最重要的几个物理参数是：密度、杨式模量、内部音速以及内部损耗。通俗的讲就是振膜材料的单位重量、硬度、声音在材料内的传播速度以及对振动的阻尼程度。

在很多扬声器介绍的书中都在强调振膜材料的密度越小越好，但根据现代符合边扬声器设计理念，笔者认为振膜材料的密度适当才是最主要的，因为单元的fo取决于悬挂系统的劲度和振膜的质量，较轻的质量可以得到更好的瞬态响应以及更高的效率，但却有着比较差的低频表现，另外过于轻薄的振膜在实际设计当中还会遇到与音箱内部的驻波进行耦合而产生不必要的失真和频率曲线上的异常峰谷；较厚重的振膜则相反，在得到更多的低频的同时瞬态相应也打了折扣，而且效率的下降也伴随着放大器功率需求的提高。不过在实际应用当中可以通过箱体设计来改良，并且箱体内的多余的声音也不容易传递到箱体外面来。因此，笔者认为扬声器振膜的密度是一个必须反复斟酌的参数，需要根据实际的使用需求选择密度合适的振膜来担纲。

振膜材料的杨式模量反映了振膜的硬度，越是坚硬的振膜越能够抵御单体推进系统（磁钢+音圈）以及悬挂系统（折环和定心支片）带来的影响，加大活塞振动区的范围，降低失真。并能够“完美的”将信号转变为声音辐射出去。但是不幸的是，目前所有高刚性物体都只拥有一点点可怜的自阻尼，尽管在中低频段通过电磁阻尼和悬挂系统可以得到完美的活塞振动，并产生清晰、透明、生动的音色，但是在中高频因为坚硬的物体往往会发生“崩裂”现象，从而产生大量的谐振染色，而不恰巧的是即使对于一些顶级的单元，这个高Q的谐振峰都正好落在了2——6KHz的范围内，（见图1）如果不用分频器去加以校正，这些声染色会造成听感上的前冲、声音细碎、不耐厅等诸多弊端，虽然有些设计师喜好用高倍率的分频器来修正这种问题，但斜率过于大的分频器如果处理不好也会造成声音跳动、音色变化过于明显等弊端。对于这样的问题，厂家只有通过配套自阻尼非常好的厚重的悬挂系统来解决一小部分问题，而且还伴随着效率的降低和瞬态响应的裂化。因此，很多厂家目前都在研究复合材料，通过结合不同材料的特性来达到所需要的特性。

材料的内部音速，也是决定扬声器音色和瞬态相应的重要参数之一，更高的音速可以更快的释放能量，让扬声器听上去瞬态优秀、声音开洋并且细节繁富，但是，同样的高超的声音传导速度，也会因为在装入音箱后跟箱体内的振动耦合，很快地反映出来，即便是一点点也会让人察觉到这些不快的声音。而消除这种声音的办法，除去进行优良的箱体设计以外，还需要靠单元的自阻尼来进行衰减。

*注：这是来自seas的execl-w17ex 6.5黄金系列6.5寸单元的lms在非消声室内实测的幅频曲线，从中我们可以看到在在频率的高端有一个近10db的峰值。这将给2路分音设计的设计师们带来严酷的考验。

在业余条件下，往往diyer因为不具有齐全的测控手段，因此在设计制作上也具有普遍的随意性，不过好在我们拥有[lsap cad]和[speaker workshop]这样一大批低廉价格甚至免费的扬声器测量软件，通过简单的安装和一段时间的学习，我们都可以得到不亚于一些传统Hi-Fi厂家测试数据，通过这些数据我们可以更加完善的设计、制作我们自己的产品。

笔者在这里就测量我们自己二次开发的一款五寸纸盆防磁中低音单元的前后对比来逐步展开、介绍一下如何得到、分析有关瞬态响应的相关数据。

首先我们先来看看[时域特性]的介绍：

时域特性这一客观物理特性描述了喇叭单元在时间轴上，随着时间的变化其频域特性的变化情况。时域特性不仅在频率的变化过程中描述了喇叭单元的响应状态，而且还在时间的变化过程中描述了喇叭单元的响应状态，也就是从三维的角度全面地描述了喇叭单元的响应特性。这点很重要，但往往被人们所忽视！应该注意到，很多主观听感的评述，如声低是否干净，背景是否清晰，层次是否分明，音场的深浅等均与喇叭单元的时域特性有密切关系。由于喇叭单元不同的时域特性才赋予扬声器系统千姿百态的个性。依个人观点，喇叭单元的时域特性是客观评价喇叭单元性能优劣的一个不可缺或而且很重要的方面。作为扬声器系统的设计人员来说很有必要对喇叭单元的时域特性作更深入的研究分析。后沿累积频谱图（俗称瀑布图）和阶跃脉冲响应就是喇叭单元时域特性的一些比较直观形象的表达方法。后沿累积频谱图不仅适用于对喇叭单元特性的测试分析，而且对扬声器系统的特性分析（包括声箱内部驻波情况）更有帮助。同时需要强调的是，时域特性的测试对环境因素的影响很敏感。一般情况下，要尽可能选择消音室的环境下测试，否则，测试的结果将是不可靠的。

*转载自[hifi room]制作论坛，网站站长也是我的启蒙恩师。在此，再一次拜谢恩师教诲。

芦苇a · 发表于 2006-6-3 03:54

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*注：只有极少数的单元能够精确的跟随信号的重放，大部分单元都会产生能量的短时间寄存、振荡从而影响到听感上的透明度和丰润度。适当的、可以控制的失真可以给听感温润、厚重的听感。而没有多余脂肪的声音则会给人以冰清玉洁的美妙体验，犹如一颗刚刚退去外皮的新鲜荔枝一样，香甜幼滑。

从给出的数据中我们可以计算出，最近的反射声应该在3.02毫秒后到达测试话筒（声音打到地上反射至测试话筒的时间），而笔者在此设定的时间长度为2.08毫秒，超过这个时间以后的数据都不将被接受。因此，图中所有的接收到的数据都是单元振膜发出的声音。我们可以近似的认为这次测量获得了接近消声室的测量结果。

接下来我们看图2中位于下面一条蓝色的折线，这个信号是[lspcad]系统给出的测量信号，而位于上面2条黑色和红色的折线则是话筒接收到的信号，通过对比两者的差别我们可以大致看出单元的瞬态特性以及失真特性（虽然不能够定量的分析，但也足够进行定性的研究了）。通过测量单位长度我们计算出改进后的单元在脉冲上升前沿用了0.14毫秒，而整个脉冲宽度也仅有0.35毫秒（顶级的scan speak 8545整个脉冲宽度只有0.26毫秒），作为对比，我们给出的改进前的单元，虽然总体上脉冲宽度并没有太大的变动，但仍然能够看出很大的变化，首先是前沿特性，虽然两者启动速度相当，不过改进前的单元上升高度更高更保真，改进后的单元在这里有一定的失真不过带来的好处是听感上比较软，对于一些D版录音和网络音乐格式有相当好的修饰作用。两者的后沿特性明显是改进后的单元明显胜出，收尾速度相当的快，脉冲过后只有一点点的震荡，在大约0.84毫秒出的较大震荡，估计是由悬挂系统存储的能量释放引起的。这样的改进好处是在获得较软，较甜润的声音的同时避免了声音模糊不清，细节不够丰富的弊端。同时反观改进前的单元，在脉冲过后还在持续震荡，大约维持了1.29毫秒才完全制止了震荡，是典型的阻尼不够的问题引起的，这种现象在听感上也会给人噪杂，声音细碎但却又没有细节的印象，透明度、声场表现力以及定位感均大打折扣。

这里引出了一个非常有意思的问题：能量的吸收、存储和释放。理想的单元应该是能够尽快的跟随音乐信号并尽可能快的释放它们。但是几乎所有的扬声器都存在着能量的存储，他们通过振膜、悬挂系统来吸收并存储能量然后在音乐信号过后不久重新释放出来，扰乱原来的信号。这种问题尤其存在于现代高科技振膜当中，如果说中低频还可以通过悬挂系统来进行吸收阻尼，那么在中高频段这种特性完全需要振动材料自身的阻尼特性来解决。但是高刚性振膜那可怜的自阻尼特性让单元无法消化任何震荡，一旦外界激励它们振动后就很难再让他们停止下来。因此我更欣赏那些将大口径的高刚性振膜负责低频的重放，而把中音部分交给更擅长这一领域的其他材料单元来胜任。

这里给出了文章的上半部分，本文已经发表于国内某刊物，为了不引起不必要的麻烦，也为了顺便给自己的论坛拉拉人气，如果觉得有意思的朋友请到我的论坛一阅全文，并希望留下您宝贵的意见。我的论坛地址是：http://www.hifimm.com/bbs