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叶荣玉 · 发表于 2012-5-15 11:17

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   但凡烧友都心知肚明，好的音箱是整个Hi—Fi系统的关键。不过，对于普通的一般人来说，除了那些极尽豪华之能事制作的音箱除外，基本上这东西看上去似乎没有一丁点儿的“技术含量”。然而，对于深谙其道以及挑剔的发烧友来说，要设计、制作出一个令人满意的音箱却是非常困难的事情。

   道理其实很简单，音箱并非通一般电器产品，亦非机电产品，它是现代声电学的衍生品，并且，音箱自出道那天开始就深深的被敷上了人文的气息。音箱的制作在某种程度上如同乐器。世上乐器比比皆是，但能算得上绝世佳品却凤毛麟角。

   上个世纪的1920年，美国人肯尼迪（A. E.  Kennedy）把电声学的概念和方法引入电声系统和机械振动系统，研究电能和声能彼此转变的问题。随后，诸如各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方法，造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于“电声学”的范畴。电声学还与建筑声学、生理声学、电声学和建筑声学、生理声学、超声水声学都有着非常密切的关系。

显然，看似简单的东西，想做好却并非易事！

Hi-Fi音箱的主要技术指标

　　国际电工委员会(IEC)对家用的Hi-Fi音箱曾制定了一套最低的标准，该标准文件编码为IEC-581-7，我们只要从音箱的说明书中看一下它的技术参数是否达到这一最低标准，便可较客观地确定音箱是否合格。IEC-581-7对家用Hi-Fi音箱的一些最低标准是：

　　(1)频率特性：在50Hz-12500Hz时，偏差在+4～8dB内；在100Hz～8kHz的频段内，偏差≤±4dB；

　　(2)指向特性：水平面±30o，垂直面±10o，频响曲线与正轴相比偏差≤±4dB；

　　(3)左右声道扬声器的不一致性：在250Hz～1kHz的范围内平均声压之差≥2dB；

　　(4)总谐波失真数：250Hz～1kHz时，≤2%，1Hz～2kHz时，≤1%—2%，2kHz～6.3kHz时，≤1%；

　　(5)阻抗：在20Hz～20kHz的范围内，≥额定阻抗的80%；

　　(6)允许使用功率：≥10W。

　　从上面的这些标准中我们不难看出，符合IEC Hi-Fi标准的(高传真)的音箱技术要求并不是很高，现在市面上由正规厂家生产的音箱可以基本达到或超过这些标准。那么在这众多的合格产品中，如何从技术指标上去确定一对音箱是否优秀呢?

音箱最主要是看频响范围、指向特性、灵敏度、承受功率和阻抗这几项指标。

　　频率响应范围是指音箱可重播声音频段的范围，一般用Hz～kHz来表示。由于人耳对频率可听的极限范围是20Hz～20kHz，随着年龄的增长，人耳的听力会下降到25Hz～16kHz左右。因此，作为一对优秀的音箱，其频响范围当然是必须达到或超过这一范围。

　　指向特性表明了音箱偏离正面轴向时输出声压级的变化情况，它对声场宽度和定位有很大影响。但扬声器(主要指中高频单元)的指向性并非越宽越好，专业产品则有一定要求，设计精良的单元(主要是号筒式)指向性可控制在规定的范围，且声压级下降小于6dB。一般的球顶及纸盆单元的则做不到，它们的指向性随频率增加而逐渐变窄。要指向特性满足要求，对所用单元的要求是：如果达到在偏离正轴向30o的方向上相比不下降4dB，则分频频率f与音盆等效半径a之间要满足f≤140/a，如直径为200mm(8英寸)音箱的分频点必须在1650以下。当然，一些设计先进精良的喇叭单元也可以把分频点定得比理论值高一些，但无论是低、中、高频扬声器，在选择时应对口径、分频点、功率须考虑这点(两分频尤其重要)，许多二分频音箱仅在分频时考虑到高音扬声器的功率容量而将分频点取得很高，忽略了指向性的要求，这种系统往往仅在音箱正面轴向具有良好之频率响应，而偏离轴后，频响变差，影响声场的宽度及定位。

　　灵敏度是指音箱电声转换的效率，通常用声压dB/W/m或dB(分贝)来表示，这个指标的含义是指向音箱输入1瓦的功率时，在离开音箱1米的正轴上所获得声压的大小。Hi-Fi重放要求最大能达到110dB的输出级声压，这就要求扬声器必具较高的灵敏度和一定之功率裕量，最好大于88dB，这样至少有两种好处，第一：对功放和音箱的功率容量要求降低，同时降低两者成本(对灵敏度88dB的要达到输出110dB声压级，要有160W的输入功率，而灵敏度每提高3dB，达到110dB声压级所需功率就下降一倍)；第二：可以减小失真。低灵敏度要达到与高灵敏度输出一样声压级，需更大的功率和振幅，但这样会令非线性失真随之增大，且扬声器的使用寿命会减少。相对来说，较好的音箱灵敏度都在86dB以上，这时它们和额定输出功率只有50W的放大器搭配也不会出现什么问题，但并非是灵敏度低的音箱都不好，像国外一些经典的Hi-End音箱，如LS 3/5A和ATC SCM-20等灵敏度都低过85dB。因此，就这个指标而言，当然是越大越好。因为灵敏度高的扬声器在输入相同功率的情况下，所获得的声压会比灵敏度低的扬声器大，反过来说，在相同声压的情况下，它对放大器的功率要求要比灵敏度低的扬声器小。因此，灵敏度是评价一对音箱是否容易推动的重要技术指标。

　　承受功率是指扬声器所能承受不至于引致过分失真的功率数值。如果连续向扬声器输入超过额定功率(RNS)，音箱不但会出现失真，而且有被烧毁的危险。因此这一指标是越大越好，不过在实际的应用中，RMS达到100W的扬声器烧毁的机会已等于零，因为在还没有达到这个指标之前，人耳已承受不了它所带来的声压。在多路分频音箱中，容易被烧毁的机会也大大减少。因此在选购音箱时，除了要注意音箱的承受功率外，也要注意高音喇叭使用什么样的材料和结构制造。

　　阻抗是指扬声器对交流电的抵抗，它由电阻、容抗和感抗三部分组成，是计算放大器供给功率的基准值。由于扬声器的阻抗是随着频率的变化而变化，因此厂家给音箱标出的数值其实是一个平均数值。这一点在使用音箱时也是要注意的，现在常见的家用音箱的阻抗一般有8欧姆、6欧姆和4欧姆这几种。

　　现代音箱的阻抗有向小发展的趋势，音箱的阻抗变小其优点是可以从放大器中获得更多的能量，这也就是说，在输入同等功率和灵敏度相差不大的情况下，阻抗小的音箱发出的声音会比阻抗大的音箱发出的声音大。

　　当用一对音箱和一台放大器配套使用时，出现匹配上的问题的机会极小(特别是晶体管机)。但当用一台放大器推动两对音箱时，就要注意避免两对音箱阻抗不一致(如一对8欧姆，一对4欧姆)以及两对音箱的阻抗都在4欧姆以下的情况出现，否则，就很容易造成放大器近似短路烧毁。

　　至于左右声道的一致性的指标，说明书上极少标注。从经验上讲，大多数普通产品不能满足这个要求，但这个指标对声场和声象定位的准确再现有很大关系。我们在选购时，最好是选购一些声誉良好的品牌制品，最好是左右声道经配对过的产品，一般这样的产品在音箱的生产编号上有注明。

　　音箱主观(听感)上的评价

　　要判断一对音箱的质量，虽然从技术指标上得到一定的答案，但人们购买音箱或者其他的音响器材只是为了获得好的声音而不是干巴巴的技术指标，有好的技术指标也并不等于有了好的声音，正如CD出现之初，谁也无法否定它在技术指标上远远超过了LP唱盘。但由于早期的CD机存在着声音干硬、尖利、没有音乐味的缺点，它招来了不少人的指责。就音箱的情况而言，同样存在这样的问题，如大名鼎鼎的LS3/5A，它的灵敏度只有82dB，阻抗也高达11欧姆，就技术指标来说，它是一对效率非常之低的音箱，但是它却是历史上最有名的监听音箱，由于它在一现人声和弦乐方面有着不凡之处，因此它也受到了人们广泛的欢迎。从上面的例子我们可以看出，对音响器材的评价，光凭技术指标去判断它的优劣也是片面的，加上人们对音响声音的喜好不同，因此在选购音箱，特别是一些早有定论的优秀产品时，听感上是否能使自己满足似乎已变得更加重要。

　　音箱主观听评的一个重要方面就是能重现原声的准确度。准确度的严格定义是在一定的价格和音箱大小的制约下，应在尽量宽的频带范围内能重现原声录音的音色细节、动态范围和包围感，即使有差别也应很小。

　　为了保证听评结果的准确度，必须抓住每一个机会去听、去比较不同的音箱的放声差别，同时应尽量采用高质量的放大器和高水平的音源器材，将不同的音箱在相同的音量、相同的摆位下听评，以减少听评时的变化因素。由于所用的软件题材对听评结果的影响也非常大，因此在选择演示的音乐录音时，不应只着眼于其音乐本身如何优美动听，同时也要注重其录制精度及其能突出声音质量等某些方面的要求。

　　主观听评时归纳起来大致有下列四点准则：

　　1、音色均匀性

　　音色均匀性是音箱听评中最重要的。音箱在低音到高音的整个频域内应有均匀而真实的音色表现力。对整个音域整体进行评估，一般分四段进行：

　　A.低音/中低音范围的不规则性。最能说明这个问题的地方是注意低音表现有无嗡嗡声或淡薄无力，或者有无发闷的空洞声。

　　B.人声范围的流畅性。人声包括讲话的语声和演员的歌声，听评时应注意是否有中频染色现象。这是音箱紧容易具有的弱点，表现是音色不恒定，人声音质变差，发出的声音带有严重的鼻音、嗡嗡声或者粗糙刺耳声、空洞声等。

　　C.高音范围(2500Hz～13kHz左右的频段)的流畅性。应选择大型管弦朱队中的弦乐部分进行听评，注意弦乐声中有没有不自然之处或声音发干或过分粘糊的地方。能做到这个频段正确参评的人员素质要求较高，而且要求对现场弦乐表现部分具有非常熟练的听赏能力，最好能请一些有经验的烧友帮忙。

　　D.特高音区(13kHz以上的频段)的表现。注意聆听爵士乐或摇滚东中拔的发声效果，测试的CD碟中应含有清晰、反复演奏的瞬态部分，注意应仔细聆听每个音箱的表达有没有模糊的特征、劈声和一种沙沙声而不是清脆的金属音，这些都表示特高音区的音色表面存在不均匀的缺陷。

　　2、动态范围

　　几乎所有的音箱都会使音源的动态范围有所压缩。动态范围受限制的明显式是产生可听得出来的失真，如频域不均衡，高低频脱节等。通常是低音和中音发出嗡嗡声、劈声或带过于响亮的爆裂声。动态范围另一种很难发觉的受限制形式是非线性响应，表现为在极大音量的驱动下，中高音部分比低音部分要送出比低频较大音量的输出，产生强大、宽频带的瞬间冲击。由于低音单元发出的隆隆声，不能肯定是音箱失真还是由家具、地板或窗户的振动引起的，同样不能肯定声音增强现象是由音箱引起的，还是人耳在极高音量下自然产生的失真，这点要在非常熟悉的听音环境中进行较长时间的反复听评，才能确定。

　　3、低音扩展能力

　　很少音箱能真正重现低达20Hz或25Hz的频率，录音内容的能量集中在40Hz以下的频段也非常罕见。用古典音乐中的大型低音鼓和通俗音乐中的超低音合成器是判断低音扩展能力最好的信号源。但如不在家里实际环境中试听，是很难判定音箱的超低音响应能力的。因为音箱的摆放和室内声学特性对音箱低音性能的影响要比对音箱本身特性的影响大得多。

　　考虑到上述情况可用一段或几段非常熟悉的录音内容对音箱的低音扩展能力进行听评，内容应包含有相当动态范围的打击乐器，一段容易使人感受的超低音录音效果的音乐判断音箱的低频段的音质表现。

　　4、声象定位能力

　　声象定位是指声音在空间舞台上的位置感和深度，声象定位能力对听评音箱来说是变化最大也是最难掌握的一项指标。

　　听评蝗，应注意声象定位的稳定性。比如乐队演员的位置是否有随着音乐频率的升高或降低而出现漂忽不定。声音舞台是否能填满两只音箱之间的空间或超越音箱之间的距离向两边延伸?是否只能保中在两音箱的中部部位?乐器和人声的前后深度是否自然展开?是否有过分夸张的混响现象?

　　不同类型的音箱其固有的声象定位特性也不一样。例如，偶极式和大多数静电式和平面磁极式设计的音箱通常会营造出增强的深度和空间而以牺牲；普通的音箱则介于两者的之间。

　　在了解上述听评要点后，同时也要注意，不同国家地区出产的音箱，也因受当地人文因素的影响而表现出不同的声音特色。从理论上说，一个设计理想的音箱应该适合各种体裁音乐，忠实地重播原音，对信号成份不增加也不减少，但真正能做到中性声音的音箱较少。同时在理论上认为音箱的频率响应曲线越平直越佳，但实际上一个频率响应平直的音箱声音未必就动听，大多数音箱都在某些频段曲线有起伏，不同的音箱曲线均不同，这也就形成了声音的风格。

　　如美国生产的音箱一般都有着活泼、豪迈和爽朗的声音特色，美国声又分为东海岸声和西海岸声两种，东海岸声的代表是AR、THIEL、AVALON、Hales、Cello和Boston等牌子，这种音箱一般比较注重对声音的准确再现，表现出一种比较适合于播放正统音乐的倾向，并能营造出一个深厚、宽阔的音场，总体的音色和英国声有点相似，但声音更有活力冲劲，分析力更强，上述几个品牌已成为美国音箱新代表。而JBL和Alter等生产的音箱是西海岸声的代表，受好莱坞的影响，这种音箱的声音特别爽朗、明亮、特别强劲，聆听时往往能给人一种强烈的官能刺激感，它们的销售对象主要是那些喜欢摇滚、爵士和流行音乐的人士，近年来西海岸音箱的声音有向东海岸靠齐的趋势。

　　绝大多数的英国器材一般都有着声音甜美、温暖、音染少和富有音乐味的特点，应该说，这是一种很适合于用来听古典音乐的声音。由于英国的音箱多数是遵循BBC的标准来制造，因此在品质上也较有保证。此外，小型书架式音箱也是英国人非常擅长的一种产品，较有代表性的有ProAc、Rogers、ATC、AE、KEF、B&W、Tannoy、Mission等著名品牌。

　　这两年来欧洲声被人戏称“风情万种”，欧洲声又可分为北欧和南欧两种，北欧的产品大多受法国产品的影响，声音散发出一种法国人特有的清新亮丽的浪漫气息，同时在对音乐细节的刻画上也有其独到之处，比较有代表性的品牌有LMLab、Dali等。南欧的产品以意大利为代表，其声音特点是热情有韵味、量感充足代表产品有著名Sonus faber，而德国、瑞典和丹麦的音箱则有着一种端正、音染少的声音特点，代表产品有Dynaudio、Jamo等。　　

　　早期的日本音箱大多仿效美国西海岸的产品，多以强调高低频的对比，初听时会觉得很刺激，但长时间聆听容易使人疲倦。随着日本扬声器制造技术的不断进步和世界音响市场格局的改变，现在日本一些中小型音箱如胜利(Victor)、JVC的SX-V1、SX-V7，先锋的S-LH5和Diat one的DS-A5等在性能价格比上都不错，在声音上也逐渐向高分析力、能量充沛和准确地再现声音的特点这个方向转变。谈到音箱的参数，功率是最多被我们提到的。虽然这几年来，大家都不夸张地谈论PMPO峰值功率，也见不到动辄成百上千瓦的功率数值在音箱中出现，但目前音箱多媒体音箱功率是否就真的可信了呢？我们甚至很容易看到，两款同样功率的音箱，在中等或较大音量下有截然不同的表现，声音失真的情况更是时有发生，难道这组与功率输出相关的数据又是“数字游戏”？

　　在音箱中功率放大器的主要功能是放大信号并提供负载（扬声器）足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与传输，给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的信号不同于简谐信号，是一个瞬时变化的复杂信号。

　　如果我们从波形来看这个信号，这个原始的信号具有很多尖峰，它们的能量不大，但是峰很尖、很高。这些尖峰对响度的贡献很小，但对音质的影响却很大。如果发生削波，则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。这与我们平时所说的主观听音中的细节有一定的关系。如果在功率放大时，只注意能量的传输（对应的量为响度），而不注意传输过程中波形的变化（造成失真），那么，我们有可能听到的声音可以很响，但是不好听。

　　对于有源音箱来说，功放部分是做在音箱内部，它要做的工作同样是驱动扬声器，为扬声器带来足够的输出功率。而我们看到的关于音箱功率的标称写法并不是很标准，一般音箱厂商标注“音箱”的功率指的都是功率放大器（有源音箱的功率放大电路部分）的“输出功率（RMS）”，RMS(root mean square)是指均方根，目前在多媒体音箱标注中，大多为均方根功率。

　　均方根功率与平均功率、额定功率都不相同。具体算法是对样本每一点功率值平方取均值后再开方，具体均方根如何计算我们暂且不去深究，我们接下来需要讨论的是“均方根”功率与额定功率、扬声器功率的关系。

功率放大器与音箱的功率匹配问题

　功率放大器放大的信号是一个复杂的信号，根据声学工程方面的多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果，大部分节目信号的最大均方根功率（即节目信号的峰——峰值在负载上的功率）与平均均方根功率（即节目信号在负载上的平均功率）之比为3～10，最高达12.7。

　　如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率，那么功率放大器的最大输出功率应为其3～10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由，这也是我们通常说的功率储备。

　　从目前低端产品来看，功率放大器的最大输出功率应该做不到10倍于信号均方根功率的功率储备，大家在设计时功率储备也肯定是不一样的。这也就是我们在平时测试时会遇到在不同音量或者较大音量下出现失真问题的原因之一。而另一方面，多媒体音箱在标注功率时也很少有说明这个功率到底是额定功率、最大输出功率、输出RMS功率甚至扬声器功率，这是一个非常混乱的参数指标。

　　另外，在我们如果留意一些扬声器上的铭牌，上面也有一个与功率相关的值，这个值和功率放大器的输出有什么关系？在设计文档中，我们可以看到如下的叙述：“为了保证功放所配接的扬声器系统的安全，要求功放的额定输出功率与所配接的扬声器系统的标称功率相当”，“为了保证足够的功率储备，通常选用扬声器功率的1.2～2倍的功率放大器”等。这种提法实际是不正确的，功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。

　　功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。我们通常看到的厂家在功率后都标明规定的总谐波失真为0.1%，当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压，用这电压来计算功率放大器的输出功率，就是功率放大器标称的输出功率，这也可以理解为该功放的最大输出功率。

　　而扬声器的标称功率，厂家经常提供的是粉噪功率，它是指在扬声器额定频率范围内，馈给以规定的模拟节目信号，连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然，这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的，两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率（指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率），则两者有可比性。

　　然而，厂家一般不提供这一数据。那么，对扬声器而言，扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢？答案是——没有！扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构、不同材料和不同规格的扬声器完全不同，后者还与频率有关。因此，在音箱和功放设计中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法也是不可取的。

　　显然，将扬声器功率与功放功率的数字去做比较没有任何意义。而从上文大家也可以了解到，目前我们谈论的类似功率是否充足、功率储备是否足够的话题，基本只能建立在主观听音的感受上，去看音箱上的标注实在没有什么意义，因为大家的标注方法并不规范，标准不同，自然也就没有什么可比性了音箱的主要指标和评价音箱的方法。