音响系统的设计与评价___烧友与器材之间的对话！

叶荣玉

转的——————[s:14] [s:14] [s:14]


                                        音响系统的设计与评价___烧友与器材之间的对话



        世界音响业近十年来发展变化非常大，无论是民用发烧音响到AV热，还是专业的卡拉OK、迪斯科舞厅到现在的多媒体报告会议厅。从消费来讲，无论是集团还是个人，音响已成为人们生活、工作中不可缺少的一部分，并成为了一种时尚，这是可喜的一面。应该看到，随着人们认识的不断提高，产品的竞争日趋激烈。特别在这世纪之交的时候，政府也加快了进入WTO的步伐。虽然，这是一个严峻的挑战，但更是一个机遇。面对国内外形形色色的音响产品，我们厂家的决策者和产品设计人员该怎样面对这一局面呢？在2000年到来之际，对于长线战略投资者来说，重新审视我们的发展理念是非常有益的。这其中方方面面的可讨论的问题较多，许多是和企业的实力有关，这实力包括：资金、管理、技术开发和技术储备、信息交流、销售网络和人际关系处理等等，但最为关键的还是产品自身的品质问题，好的产品其附加值就高，企业自然就具备生命力和活力。题材虽然可以炒作，但价值总有回归的时候。高质量的音响设计离不开基本技术理论，更离不开主观评价。毕竟这种特殊的商品最终是和人打交道，是用来表现艺术的，主观评价的结果可以直接指导产品的设计。因此，我们首先探讨一下主观评价的内涵。通过这几年看到的和历届的国产音响器材大展所感受到的，就具体的技术问题，尤其在音响（箱）的设计和听音评价的关系上作一个初步的探讨。

关于主观评价

    主观评价不是音响特有的，乐器有，通讯系统有，听堂场馆也有，等等，其目的和方法略有不同。一般来讲，音响的终端是和人打交道，在大部分情况下也是以人为本，任何一个人都有权利对它评头论足。但严格来讲，这还算不上真正意义上的评价。就好比我不懂服装，在选择的时候，我也许只关心颜色和式样，但如果我是一个行家，还会考究它的面料，缝裁质量和做工，是否适合我的个性等等。严格的主观评价程序对听音环境、听音内容、听音人、评价术语的使用及评分方式均有严格的定义和要求（当然，这是题外之话）。于是，衡量一个系统的品质除了物理上的各种参数测量指标外，又增加了主观评价的方法。因为客观测量还不能完全反映一个系统的品质。很久以来，技术人员除了在寻找新的客观参数外，也一直在寻求这种客观和主观的对应关系。遗憾的是，直到现在仍没有明确的结论。这个问题能否解决，那是以后的事。就目前的现状来看，广义说，基本无解，但在某些条件的限制下，某些问题又能解决。如清晰度和可懂度问题，已解决并用于音响工程设计之中。当然，这也是学术界讨论的事。但这一切不影响我们目前的主观评价，不影响我们对产品的主观评价后反过来对产品的设计指导和修正所起的作用。

    那么，怎样认识和使用主观评价呢?怎样把主观评价的结果用于评判、指导我们的音响设计呢？首先我们要系统地了解什么是主观评价的目的和特点、对主观评价的认识和表达以及影响主观评价的因素和主观量的特征。简单地讲，主观评价一般是用一些有代表性的节目源如音乐、自然声作为重放系统的音源，在一定的环境下经系统重放并通过人的感受，用评价术语将系统的特征表示出来。和客观参数的测量相比，它的严格性、一致性似乎得不到保证，但要注意的是听音环境、节目源、周边设备和听音人均属于系统的一个部分。与客观测量一样，主观评价评的是系统特征，不是好坏与好听不好听。所以主观评价又称主观音质评价。这里我们慎重的引用了“音质”，其意为声音的品质，这是有别于 “音色”的（音色是指声音的色彩，它是带有个性化的东西）。因此，在主观评价中，同一系统不同评价人得出的不同评价结果其差异来源于两个方面：一个是系统本身对不同节目源重放的特征差异；另一个是评价人自身的感受差异。前者是由系统的物理特征所决定，是技术人员所设计的，而且是技术人员想要评判的东西。而后者是由不同人的心理和生理感受造成的，并被赋予了很强烈的个人色彩。心灵的弦，被声音激发后，形成了种种的遐想。这就是音响系统的设计者体现以人为本的关键所在，这也属于音响设计的一个方面。有多少设计者能做到呢?应该说这种设计的依据之一是心理声学的一些结论。建筑声学做到了，电子效果器、激励器做到了，但做的是音色控制，仅仅是对音色控制的一种工具。应该看到，这种以人为本的东西是变化的。音响系统的一个重要功能就是重放音乐。这种美的欣赏是和时代、社会、文化、民族有关，又和个人的修养、生理、心理及人的那种与生俱来的和后天种种因素所熏染并被深深打上心灵烙印的喜、怒、哀、乐紧紧地联系在一起。于是，真、善、美、悦耳、动听才呈现在我们面前。就好比世界上最好的一件乐器，法国人、德国人、美国人都用它来演奏同一乐曲，其给予人的感受是不同的，甚至听到它的旋律和演奏风格就能知道是哪个时代和哪国人演奏的。其实这是心灵的内容，与音响系统本身关系不大。正是由于这种心灵感受的差异，音响系统的设计人需要做的一个极其重要的方面是控制其音色。也许这是音响系统设计的最高境界。正是这样，音响系统的那些评价术语呈现在我们面前的好坏之分才有了可比较的依据和标准。分清楚了这些差异，我们对主观评价的认识和表达才有意义，才能了解影响主观评价的种种因素，才能理解主观评价量的相对性原理，并运用它去指导我们的音响设计，消费者依据它来选择自己真正喜欢的产品。也就是这种地区和民族、文化的差异，才出现了所谓的“美国声”、“英国声”、“德国声”等等。其实，不管是有意还是无意，那是控制音色的结果。特别地，音响系统主观评价的许多好坏之别已经具有了新的意义。透过主观评判的因素分析，某些设计中的概念可能需要重新认识和开发利用。比如说，音箱中的声染色现象一直是设计中的大忌，染色处理不好会带来一些难听的“箱音”声。但是是否注意到，中低音的某些宽带染色会带来听觉上的温暖和丰满感；中高音的某些染色会增加清晰度、层次感和悦耳感。也许这种染色是一种可遇而不可求的事，是一个比较极端的例子，但发现和利用它并学会控制才是真本事。其实，这种非线性失真现象，在乐器和某些电子效果器中使用的例子比比皆是。透过主观评价的内涵，我们也能看出，玩音响和听音乐完全是两回事。玩音响的人兴趣在音色控制上，砸玻璃声毫无乐感，但对系统能力的出色表现而感到快感。这是一种再创作，也是一种修饰。也许这就是玩音响的魅力所在。

叶荣玉

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                                              功放与音箱配配的“四要素”  




     在设计、安装一套音响系统时，不免遇到功放与音箱的配接问题。在音色方面，会注意其搭配上是否冷暖相宜、软硬适中，最终使整套器材还原音色呈中性，这仅是从艺术方面考虑。从技术方面考虑功放与音箱配接的要素有：一、功率匹配，二、功率储备量匹配，三、阻抗匹配，四、阻尼系数的匹配。如果我们在配接时认识到上述四点，可使所用器材的性能得到充分的、最大的发挥。

    功率匹配

为了达到高保真聆听的要求，额定功率应根据最佳聆听声压来确定。我们都有这样的感觉：音量小时、声音无力、单薄、动态出不来，无光泽、低频显著缺少、丰满度差，声音好像缩在里面出不来。音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来。但音量过大时，声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。因此重放声压级与声音质量有较大关系，规定听音区的声压级最好为80~85dB（A计权），我们可以从听音区到音箱的距离与音箱的特性灵敏度来计算音箱的额定功率与功放的额定功率。

功率储备量匹配

音箱：为了使其能承受节目信号中的猝发强脉冲的冲击而不至于损坏或失真。这里有一个经验值可参考：所选取的音箱标称额定功率应是经理论计算所得功率的三倍。

功放：电子管功放和晶体管功放相比，所需的功率储备是不同的。这是因为：电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号巅峰，电子管功放并不明显产生削波现象，只是使颠峰的尖端变圆。这就是我们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过荷点后，非线性畸变迅速增加，对信号产生严重削波，它不是使颠峰变圆而是把它整齐割削平。有人用电阻、电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器，对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明，在负载有相移的情况下，其中有一台标称100W的功放，在失真度1%时实际输出功率仅有5W！由此对于晶体管功放的储备量的选取：

高保真功放：10倍
民用高档功放：6~7倍
民用中档功放：3~4倍
而电子管功放则可以大大小于上述比值。

对于系统的平均声压级与最大声压级应留有多少余量。应视放送节目的内容、工作环境而定。这个冗余量最低10dB，对于现代的流行音乐、蹦迪等音乐，则需要留有20~25dB冗余量，这样就可使得音响系统安全，稳定地工作。

阻抗匹配

它是指功放的额定输出阻抗，应与音箱的额定阻抗相一致。此时，功放处于最佳设计负载线状态，因此可以给出最大不失真功率，如果音箱的额定阻抗大于功放的额定输出阻抗，功放的实际输出功率将会小于额定输出功率。如果音箱的额定阻抗小于功放的额定输出阻抗，音响系统能工作，但功放有过载的危险，要求功放有完善的过流保护措施来解决，对电子管功放来讲阻抗匹配要求更严格。

阻尼系数的匹配

阻尼系数KD定义为：KD=功放额定输出阻抗（等于音箱额定阻抗）/功放输出内阻。
由于功放输出内阻实际上已成为音箱的电阻尼器件，KD值便决定了音箱所受的电阻尼量。KD值越大，电阻尼越重，当然功放的KD值并不是越大越好，KD值过大会使音箱电阻尼过重，以至使脉冲前沿建立时间增长，降低瞬态响应指标。因此在选取功放时不应片面追求大的KD值。作为家用高保真功放阻尼系数有一个经验值可供参考，最低要求：晶体管功放KD值大于或等于40，电子管功放KD值大于或等于6。

保证放音的稳态特性与瞬态特性良好的基本条件，应注意音箱的等效力学品质因素（Qm）与放大器阻尼系数（KD）的配合，这种配合需将音箱的馈线作音响系统整体的一部分来考虑。应使音箱的馈线等效电阻足够小，小到与音箱的额定阻抗相比可以忽略不计。其实音箱馈线的功率损失应小于0.5dB（约12%）即可达到这种配合。
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martin_wu

好文章！
但目前好的放大器的阻尼系数（DF)均是几百，高的甚至达到数千，这里怎么只有40？[s:33]

开裆裤

呵呵

学习中...

叶荣玉

原帖由 martin_wu 于 2009-8-7 11:35 发表
好文章！
但目前好的放大器的阻尼系数（DF)均是几百，高的甚至达到数千，这里怎么只有40？[s:33]

[s:6] [s:6] [s:68] [s:68] 是的，，这里指的是最低标准！！！！高的达到2000，，甚至更高《〈〈〈




Hi一Fi放大器的主要技术指标有——
输出功率、
阻尼系数、
频率响应、
总谐波失真、
互调失真、
灵敏度、
信/噪比、
转换速率等8项。

叶荣玉

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原帖由 martin_wu 于 2009-8-7 11:35 发表
好文章！
但目前好的放大器的阻尼系数（DF)均是几百，高的甚至达到数千，这里怎么只有40？[s:33]

真正起阻尼作用的参数是：总电阻/喇叭电阻。

总电阻包括喇叭电阻、引线电阻、放大器内阻。

最大的阻尼作用为 1，即外阻为0。注意了，阻尼系数不同与阻尼作用！1-为最大阻尼，，[s:97]

如阻尼系数800，阻尼作用为1.00125；阻尼系数100，阻尼作用为1.01

叶荣玉

原帖由 martin_wu 于 2009-8-7 11:35 发表
好文章！
但目前好的放大器的阻尼系数（DF)均是几百，高的甚至达到数千，这里怎么只有40？[s:33]

[s:6] [s:6]

        详解 阻尼系数————————



    作为高保真动力源的功率放大器，阻尼这个指标往往非常容易被忽略掉，这可以从各种刊物上功率放大器的介绍来看就不难发现，几乎无一例外地都没有标出。

    然而偏偏就是它描述了一个至关重要的性能，——“功放的控制能力”，这个指标就是从不爱显山露水的“阻尼系数”。

    阻尼系数（Damping Factor，缩写为DF），实际上反映出的是功率放大器的输出内阻。一些世界著名的晶体管放大器，设计上有许多成功之处，其秘而不宣的诀窍之一，就是他们的产品具有非常高的DF。理论和实践都告诉我们，DF指标过低的话，功放的扬声器的控制能力就会变得很差，尤其在低频段表现很强烈，使重放出来的声音变得浑浊，而且很难适应一些阻抗曲线变化剧烈的音箱，出现了搭配上的困难。

    以YAMAHA 的某款放大器为例来说——————

    测试结果：阻尼系数达到了200（在整个频带内波动很小），就是说功放的输出内阻已经小到了0.0053Ω，大致相当于2米长普通音箱线的总电阻。

   不要小看这个数据，有了比较高的DF，就意味着有了比较小的输出内阻，功放因此拥有更加强大的电流输出能力，除了能够从容应对那些“不好伺候”的音箱，发烧友们还得以充分地去体会更换音箱线所带来的乐趣。

   最后说一声，阻尼系数再高也没有什么实际意义了。[s:6] [s:6] [s:6] [s:97] [s:97] [s:97]

叶荣玉

原帖由 martin_wu 于 2009-8-7 11:35 发表
好文章！
但目前好的放大器的阻尼系数（DF)均是几百，高的甚至达到数千，这里怎么只有40？[s:33]

[s:6] [s:6]

        详解 阻尼系数————————



    作为高保真动力源的功率放大器，阻尼这个指标往往非常容易被忽略掉，这可以从各种刊物上功率放大器的介绍来看就不难发现，几乎无一例外地都没有标出。

    然而偏偏就是它描述了一个至关重要的性能，——“功放的控制能力”，这个指标就是从不爱显山露水的“阻尼系数”。

    阻尼系数（Damping Factor，缩写为DF），实际上反映出的是功率放大器的输出内阻。一些世界著名的晶体管放大器，设计上有许多成功之处，其秘而不宣的诀窍之一，就是他们的产品具有非常高的DF。理论和实践都告诉我们，DF指标过低的话，功放的扬声器的控制能力就会变得很差，尤其在低频段表现很强烈，使重放出来的声音变得浑浊，而且很难适应一些阻抗曲线变化剧烈的音箱，出现了搭配上的困难。

    以YAMAHA 的某款放大器为例来说——————

    测试结果：阻尼系数达到了200（在整个频带内波动很小），就是说功放的输出内阻已经小到了0.0053Ω，大致相当于2米长普通音箱线的总电阻。

   不要小看这个数据，有了比较高的DF，就意味着有了比较小的输出内阻，功放因此拥有更加强大的电流输出能力，除了能够从容应对那些“不好伺候”的音箱，发烧友们还得以充分地去体会更换音箱线所带来的乐趣。

   最后说一声，阻尼系数再高也没有什么实际意义了。[s:6] [s:6] [s:6] [s:97] [s:97] [s:97]

lv1170

叶老师好！[s:21]

samurai371

[s:20]

gzwpf

写的不错，支持！

suisheng

原帖由 叶荣玉 于 2009-8-7 11:45 发表



[s:6] [s:6] [s:68] [s:68] 是的，，这里指的是最低标准！！！！高的达到2000，，甚至更高《〈〈〈




Hi一Fi放大器的主要技术指标有——
输出功率、
阻尼系数、
频率响应、
总谐波失真、
互调失真 ...

这些指标我都不看[s:14] 谁会去比较力士和金嗓子的指标？[s:97] 比较重量还实际一点[s:46]

suisheng

8欧XX瓦，4欧XX瓦，2欧XX瓦……这个指标比较有意义。[s:97]

叶荣玉

原帖由 suisheng 于 2009-8-7 14:31 发表
8欧XX瓦，4欧XX瓦，2欧XX瓦……这个指标比较有意义。[s:97]

[s:97] [s:97] [s:97]

            Damping Factor: Effects On System Response



         Much ballyhoo surrounds the concept of "damping factor." It's been suggested that it accounts for the alleged "dramatic differences" in sound between tube and solid state amplifiers. The claim is made (and partially cloaked in some physical reality) that a low source resistance aids in controlling the motion of the cone at resonance and elsewhere, for example:

"reducing the output impedance of an amplifier and thereby increasing its damping factor will draw more energy from the loudspeaker driver as it is oscillating under its own inertial power."

This is certainly true, to a point. But many of the claims made, especially for the need for triple-digit damping factors, are not based in any reality, be it theoretical, engineering, or acoustical. This same person even suggested:

"a damping factor of 5, ..., grossly changes the time/amplitude envelope of bass notes, for instance. ... the note will start sluggishly and continue to increase in volume for a considerable amount of time, perhaps a second and a half."

Damping Factor: A Summary
What is damping factor? Simply stated, it is the ratio between the nominal load impedance (typically 8W ) and the source impedance of the amplifier. Note that all modern amplifiers (with some extremely rare exceptions) are, essentially, voltage sources, whose output impedance is very low. That means their output voltage is independent, over a wide range, of load impedance.

Many manufacturers trumpet their high damping factors (some claim figures in the hundreds or thousands) as a figure of some importance, hinting strongly that those amplifiers with lower damping factors are decidedly inferior as a result. Historically, this started in the late '60's and early '70's with the widespread availability of solid state output stages in amplifiers, where the effects of high plate resistance and output transformer windings traditionally found in tube amplifiers could be avoided.

Is damping factor important? Maybe. We'll set out to do an analysis of what effect damping factor has on what most proponents claim is the most significant property: controlling the motion of the speaker where it is at its highest, resonance.

The subject of damping factor and its effects on loudspeaker response is not some black art or magic science, or even excessively complex as to prevent its grasp by anyone with a reasonable grasp of high-school level math. It has been exhaustively dealt with by Thiele and Small and many others decades ago.

System Q and Damping Factor
The definitive measurement of such motion is a concept called . Technically, it is the ratio of the motional impedance to losses at resonance. It is a figure of merit that is intimately connected to the response of the system in both the frequency and the time domains. A loudspeaker system's response at cutoff is determined by the system's total , designated , and represents the total resistive losses in the system. Two loss components make up : the combined mechanical and acoustical losses, designated by , and the electrical losses, designated by . The total is related to each of these components as follows:

is determined by the losses in the driver suspension, absorption losses in the enclosure, leakage losses, and so on. is determined by the combination of the electrical resistance from the DC resistance of the voice coil winding, lead resistance, crossover components, and amplifier source resistance. Thus, it is the electrical , , that is affected by the amplifier source resistance, and thus damping factor.
The effect of source resistance on is simple and straightforward. From Small(3):

where is the new electrical with the effect of source resistance, is the electrical assuming 0W source resistance (infinite damping factor), is the voice coil DC resistance, and is the combined source resistance.
It's very important at this point to note two points. First, in nearly every loudspeaker system, and certainly in every loudspeaker system that has nay pretenses of high-fidelity, the majority of the losses are electrical in nature, usually by a factor of 3 to 1 or greater. Secondly, of those electrical losses, the largest part, by far, is the DC resistance of the voice coil.
Now, once we know the new due to non-zero source resistances, we can then recalculate the total system as needed using eq. 2, above.
The effect of the total on response at resonance is also fairly straightforward. Again, from Small, we find:

This is valid for values greater than 0.707. Below that, the system response is over-damped and there is no response peak.
We can also calculated how long it takes for the system to damp itself out under these various conditions. The scope of this article precludes a detailed description of the method, but the figures we'll look at later on are based on both simulations and measurements of real systems, and the resulting decay times are based on well-established principles of the audibility of reverberation times at the frequencies of interest.

Practical Effects of Damping Factor on System Response
With this information in hand, we can now set out to examine what the exact effect of source resistance and damping factor are on real loudspeaker systems. Let's take an example of a closed-box, acoustic suspension system, one that has been optimized for an amplifier with an infinite damping factor. This system, let's say, has a system resonance of 40 Hz and a system of 0.707 which leads to a maximally flat response with no peak at system resonance. The mechanical of such a system is typically about 3, we'll take that for our model. Rearranging Eq. 1 to derive the electrical of the system, we find that the electrical of the system, with an infinite damping factor, is 0.925. The DC resistance of the voice coil is typical at about 6.5 W . From this data and the equations above, let's generate a table that shows the effects of progressively lower damping factors on the system performance

Damping factor	R S	Q E '	Q T '	G H(MAX)	Decay time
¥	0 W	0.925	0.707	0.0 dB	0.04 sec
2000	0.004	0.926	0.707	0.0	0.04
1000	0.008	0.926	0.708	0.0	0.04
500	0.016	0.927	0.708	0.0001	0.04
200	0.04	0.931	0.71	0.0004	0.04
100	0.08	0.936	0.714	0.0015	0.04
50	0.16	0.948	0.72	0.0058	0.04
20	0.4	0.982	0.74	0.033	0.041
10	0.8	1.04	0.77	0.11	0.043
5	1.6	1.15	0.83	0.35	0.047
2	4	1.49	0.99	1.24	0.056
1	8	2.06	1.22	2.54	0.069

The first column is the damping factor using a nominal 8W load. The second is the effective amplifier source resistance that yields that damping factor. The third column is the resulting caused by the non-zero source resistance, the fourth is the new total system that results. The fifth column is the resulting peak that is the direct result of the loss of damping control because of the non-zero source resistance, and the last column is the decay time to below audibility in seconds.


[s:33] [s:33] [s:33] [s:33]

lv1170

[s:20] 学习中。