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本帖最后由 雨天的猫 于 2024-9-2 07:22 编辑
阻尼系数：对系统响应的影响
作者： 迪克·皮尔斯 — 2004 年 8 月 30 日
人们对“阻尼系数”的概念大肆宣传。有人认为它解释了电子管放大器和固态放大器之间所谓的声音“巨大差异”。有人声称（部分隐藏在某些物理现实中）低源电阻有助于控制锥体在共振和其他地方的运动，例如：
“降低放大器的输出阻抗，从而增加其阻尼系数，将从扬声器驱动器吸收更多的能量，因为它在自身的惯性功率下振荡。”
在某种程度上，这确实是事实。但许多说法，尤其是需要三位数阻尼系数的说法，都没有任何现实依据，无论是理论、工程还是声学。同一个人甚至建议：
“例如，阻尼系数为 5，...会严重改变低音音符的时间/振幅包络......音符将缓慢开始，并在相当长的时间内继续增加音量，可能是一秒钟，一半。”
阻尼系数：总结
什么是阻尼系数？简单地说，它是放大器的标称负载阻抗（通常为8欧）与源阻抗之间的比率。请注意，所有现代放大器（除了一些极其罕见的例外）本质上都是电压源，其输出阻抗非常低。这意味着它们的输出电压在很大范围内独立于负载阻抗。
许多制造商都将其高阻尼系数（有些声称数字为数百或数千）吹捧为具有一定重要性的数字，强烈暗示那些具有较低阻尼系数的放大器因此明显较差。从历史上看，这种情况始于 60 年代末和 70 年代初，随着放大器中固态输出级的广泛使用，可以避免传统上在电子管放大器中出现的高板电阻和输出变压器绕组的影响。
阻尼系数重要吗？或许。我们将着手分析阻尼因子对大多数支持者声称的最重要属性的影响：控制扬声器处于最高共振状态的运动。
阻尼因子及其对扬声器响应的影响并不是什么黑魔法或魔法科学，甚至也不是过于复杂以至于无法让任何对高中水平数学有一定掌握的人掌握。蒂勒（Thiele）、斯莫尔（Small）和其他许多人在几十年前就已经详尽地讨论过这个问题。
系统 Q 值和阻尼系数
这种运动的最终测量是一个称为 的概念。从技术上讲，它是运动阻抗与谐振损耗的比率。它是与系统在频域和时域的响应密切相关的品质因数。扬声器系统在截止时的响应由系统的总电阻损耗决定，指定为，并且表示系统中的总电阻损耗。两个损耗分量组成：机械和声学损耗组合（用 表示）和电气损耗（用 表示）。总数与每个组成部分的关系如下：
由驱动器悬架中的损耗、外壳中的吸收损耗、泄漏损耗等决定。由音圈绕组的直流电阻、引线电阻、分频元件和放大器源电阻的电阻组合确定。因此，电气,受放大器源电阻以及阻尼因数的影响。
源电阻的影响简单明了。从小（3）：
其中是受源电阻影响的新电气， 是假设 0W 源电阻（无限阻尼因子）的电气，是音圈直流电阻，是组合源电阻。
此时注意两点非常重要。首先，在几乎每个扬声器系统中，当然在每个具有高保真假象的扬声器系统中，大部分损耗本质上是电气损耗，通常为 3 比 1 或更高。其次，在这些电气损耗中，迄今为止最大的部分是音圈的直流电阻。
现在，一旦我们知道由于非零源电阻而产生的新情况，我们就可以根据需要使用等式重新计算整个系统。 2、同上。
总数对共振响应的影响也相当简单。我们再次从 Small 中发现：
这对于大于 0.707 的值有效。低于该值，系统响应过阻尼并且没有响应峰值。
我们还可以计算出系统在这些不同条件下需要多长时间才能自我抑制。本文的范围排除了对该方法的详细描述，但我们稍后将看到的数字基于真实系统的模拟和测量，并且所得的衰减时间基于公认的可听度原则。感兴趣频率的混响时间。
阻尼系数对系统响应的实际影响
有了这些信息，我们现在就可以开始研究源电阻和阻尼因子对真实扬声器系统的确切影响。让我们以封闭式声学悬挂系统为例，该系统已针对具有无限阻尼因数的放大器进行了优化。假设该系统的系统谐振频率为 40 Hz，系统谐振频率为 0.707，这会导致最大平坦响应，在系统谐振处没有峰值。这种系统的机械力通常约为 3，我们将其作为我们的模型。重新排列方程。 1 推导系统的电学，我们发现电学系统的阻尼系数为无限大，为 0.925。音圈的直流电阻典型值约为 6.5 W。根据这些数据和上面的方程，我们生成一个表格，显示逐渐降低的阻尼系数对系统性能的影响
第一列是使用标称 8W 负载的阻尼系数。第二个是产生阻尼因子的有效放大器源电阻。第三列是由非零源电阻引起的结果，第四列是结果的新总系统。第五列是由此产生的峰值，它是由于非零源电阻而导致阻尼控制丢失的直接结果，最后一列是低于可听度的衰减时间（以秒为单位）。
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分析
从这张表中可以看出一些事情。首先也是最重要的，任何由简单的低阻尼因子引起的严重悬垂或延长的“时间幅度包络”的概念都不存在。我们最多看到衰减时间加倍（无论选择什么标准进行衰减，这种加倍都是正确的）我们在这里看到的 70 毫秒的数字远比一个人建议的低一个数量级，这代表了我认为我们都同意的阻尼因子为 1 的绝对最坏情况。
其次，这种阻尼损失对系统频率响应的影响在大多数情况下是不存在的，并且除了最坏的情况之外，在所有情况下都是最小的。使用 0.1 dB 是最小可听峰值这一标准，表中的数据表明，任何超过 10 的阻尼系数都将导致该阻尼系数与等于无穷大的阻尼系数之间产生听不见的差异。 1/3 dB 的响应峰值能否可靠地识别是非常值得怀疑的，因此将限制又降低了 2 个因子，达到 5 个阻尼因子。
所有这些都很好，但认为这些微小变化可能是可以被听到的论点存在更致命的缺陷。我们在DFeq8-16.gif数字中看到的阻尼系数小于 10 的差异远小于单批次生产中正常驱动器与驱动器参数的变化。即使那些故意对驱动器进行排序和匹配的制造商也不可能将DFeq8-24.gif数字匹配到超过 5%，并且这些数字将淹没阻尼系数大于 20 的任何差异。
此外，驱动器和系统的性能取决于温度、湿度和大气压力，这些环境变量将导致性能变化，其量级与阻尼系数为 20 或更低所呈现的变化类似。我们完全忽略了交叉电阻和引线电阻所带来的影响，这些电阻在任何这些数字中都是一个常数，并进一步减少了非零源电阻的影响。
频率相关衰减
到目前为止，分析涉及非零源电阻影响的一个非常具体和狭窄的方面：阻尼或耗散和控制扬声器机械谐振中存储的能量。这并不是说放大器输出电阻没有影响。
另一种最肯定具有可测量和可听效果的机制是由于扬声器呈现的频率相关阻抗负载而导致的响应误差。源的输出电阻越高，响应偏差的幅度就越大。给定源电阻和阻抗与频率的关系，可以近似估计衰减：
DFeq8-32.gif
其中DFeq8-33.gif是由于衰减引起的增益或损耗，DFeq8-34.gif是放大器源电阻，DFeq8-35.gif是与频率相关的扬声器阻抗。
作为一种比较方法，让我们重新检查一下非零源电阻对阻抗从低 6 欧姆到高 40 欧姆变化的典型扬声器的影响。
与之前一样，第一列显示标称 8 欧姆阻尼系数，第二列显示放大器相应的输出电阻。第二列和第三列显示了放大器源电阻引起的最小和最大衰减，最后一列说明了输出电阻引起的频率响应偏差。
从该分析中可以看出，放大器输出电阻引起的频率相关衰减比对系统阻尼的影响更为显着。更重要的是，这些效应不应与阻尼效应混淆，因为它们代表两种不同的机制。
然而，这些数据并不支持通常针对极高阻尼系数的优点所做出的断言。即使再次给出非常保守的论点，即频率响应的 ±0.1 dB 偏差是可听的，这仍然表明，在其他条件相同的情况下，超过 50 的阻尼系数不会导致可听的改善。而且，和以前一样，必须在由于制造公差和环境变化而导致的正常响应变化的背景下考虑这些偏差。
结论
可能存在由非零源电阻引起的听觉差异。然而，这种分析以及任何测量和聆听模式都最终证明，这并不是由于锥体运动在最不受控制的点处的阻尼变化所致：系统共振。即使考虑到大多数扬声器的非平坦阻抗与频率函数所导致的显着较大的响应变化，问题的严重程度也并不像所声称的那样。
相反，提倡高阻尼系数重要性的人们必须在其他地方寻找罪魁祸首：共振或阻尼时的运动控制根本无法解释所声称的差异。
附录
关于阻尼系数的争论并不是最近才发生的。例如，以下信件出现在 1947 年 8 月号的《无线世界》中：
“在您的 4 月号中，DTN Williamson 通过放大器的低输出电阻提到了障板负载扬声器的电磁阻尼，这一点非常重要。我自己曾经也是这么认为的，并且是第一个使用“阻尼系数”一词的人但我的信念因以下论点而受到极大动摇。
“如果扬声器可以用由与 100% 效率的“理想”扬声器串联的电阻组成的等效电路来表示，则必须在输入端子上应用阻尼。
“在这种情况下，即使放大器输出电阻为零，阻尼也会受到串联电阻的限制，对于 5% 的效率，串联电阻将是理想扬声器电阻的二十倍。当然，这种极端简化忽略了扬声器阻抗的无功分量，但该论点在定性上仍然成立。
“无线世界的任何读者都可以指出这个论点中的任何错误吗？如果这是真的，那么试图实现过低的输出电阻几乎没有什么好处。”
F·兰福德·史密斯，
澳大利亚悉尼
1947 年 8 月
版权所有 © 1994-2003，迪克·皮尔斯 (Dick Pierce)。
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狗仔卡
发表于 2022-10-1 10:31
