【導讀】 之前有文章講述了一些影響聲音的因素和客觀指標以及電聲產品設計、工藝之間的關系。現在給大家分享一下電聲器件影響聲音的一些技術指標。
之前有文章講述了一些影響聲音的因素和客觀指標以及電聲產品設計、工藝之間的關系。現在給大家分享一下電聲器件影響聲音的一些技術指標。
我們仍然以揚聲器為例來說明這個問題。這里我們把電聲器件的“檔次”提升一下，我們
來研究Hi-Fi音響用的揚聲器的技術指標。
朋友們對Hi-Fi音響用的揚聲器自然不陌生。當我們選擇一款揚聲器時，揚聲器廠家自然會
提供一些參數和測試數據。負責任的廠家一般會提供：
阻抗、功率
靈敏度、頻響曲線
F0、阻抗曲線
一些常見的T/S參數如Qts及Xmax，BL等數據。
實際上，很多廠家提供的諸如頻響曲線、阻抗曲線、T/S參數等，都存在一定的“美化”和“失真”的情況。即便是較資深的發燒友，自行搭建一套音頻測試系統如LMS，也基本上限于將以上參數測試準確而已。然而，越來越多的實踐證明，僅僅關注以上指標，還不足以判定一個揚聲器單體的好壞。也就是說，只關注以上指標，其實是不夠的。可是遺憾的是，目前的絕大多數電聲設計者和發燒友，都是在基于以上有限的性能指標來進行設計，不能不說是一種遺憾。
下面，老虎180就一些大家一般不會關注到、但對設計非常有用的一些參數和數據，逐一描述一下：
一、THD
THD是英文“Total Harmanic Distrotion”的縮寫。和頻響曲線類似，在不同的頻點，揚聲器的THD也不同。因此THD會生成一條曲線。而一般的揚聲器的規格中，均對THD曲線沒有相應的描述。但實際上，THD對聽感影響極大。簡要來說，THD總體偏高的揚聲器，其聲音一定不如THD總體偏低的揚聲器來的自然。
下圖是典型的揚聲器的一條頻響和THD曲線。從圖中我們可以看出，THD曲線在低頻部分，特別是低于諧振頻率的時候，會有一個較大幅度的抬升。在高于諧振頻率的時候一路下降。在某些頻點，伴隨著頻響曲線的起伏，THD 曲線也產生起伏。
THD曲線在低頻F0附近的抬升的內因主要來自于揚聲器的振幅。主要是由 于揚聲器在諧振頻率附近，振幅加大，導致音膜的折環和定心支片等引發的失真。引發此失真的來源還有一個因素，那就是磁路和音圈的配合。如果音圈在磁路中的位移導致了音圈所處的磁通量有較大變化的話，也會引發較大的低頻的失真。
THD曲線在高頻段的“峰值”和振膜的形狀、內阻尼等密切相關。往往在這個頻點上，由于高頻聲波在振膜上的傳播，導致了振膜上面產生“駐波”，進而使得在某些頻點，振膜的某些部位變形明顯，體現在指標上，就是THD的峰值。于此對應，往往會在頻響曲線上也表現為峰谷，進而影響聽感。
進一步分析失真，還可以按照階數對失真做細分。如下圖，對2階和3階失真分別顯示。
需要注意的是，THD指標是和揚聲器工作的頻率以及承受的功率都密切相關的。脫離了指定的頻率或者功率，談THD都是空談。上圖中藍色曲線為2W時的THD曲線，而黃色曲線為0.5W時的THD曲線。市面上銷售的揚聲器，有很多給不出THD的數據，那是因為傳統的大型揚聲器生產商，對THD不夠重視，很多廠商的測試設備甚至不能準確測量出THD曲線！而伴隨著手機等消費類產品音頻設計的提升，B&K、Soundcheck等音頻測試系統的導入，THD得到了一些廠家的重視。需要指出的是，揚聲器功率越低，THD越小；在1-2K頻段，揚聲器的THD也是相對比較低的。一些廠家聲稱自己的揚聲器THD可以做到<5%甚至<3%，看上去貌似很低，但如果不指定功率和指定頻點的話，基本上是沒有意義的。那種號稱自己的THD可以做到1%甚至0.5%以下的，基本上和江湖郎中無異了...如果需要關注THD，建議關注額定功率下的THD曲線，這樣會更客觀一些。
二、T/S參數
T/S參數是由THIELE和SMALL先生首先提出的揚聲器系統數學模型的基本參數。T/S參數是由THIELE和SMALL先生首先提出的揚聲器系統數學模型的基本參數。T/S參數由四個小信號參數和2個大信號參數組成。
小信號參數包括四個基本參數：
Fs為揚聲器單元的諧振頻率。
Vas為揚聲器單元的等效容積。
Qes為揚聲器單元的電Q值。
Qms為揚聲器單元的機械Q值。
在實際應用中，經常會遇到Qts參數，它表征揚聲器在低頻段的諧振峰的大小。Qts為Qes和Qms的并聯。
大信號參數包括兩個基本參數：
Pe（max）為揚聲器單元的散熱能力所確定的最大功率額定值。
Vd為揚聲器單元振膜在最大振幅時所推動的體積。
T/S參數在電聲系統設計過程中，需要根據實際情況來靈活判斷。我們經常遇到的應用場景無外乎兩種。第一種場景：我們手頭正好有一個喇叭單體，我們希望用它來設計出一個可用于低音重放的音箱。第二種場景：我們根據使用場景的需要，計劃做一款長寬高比較確定的箱體，甚至我們已經想好了箱體的設計圖紙，決定了箱體的聲學結構，我們希望選擇一款合適的喇叭單體來配合我們的箱體。不管是那種情況，我們心目中都有一個“理想的”效果，我們的設計要盡量去接近這個“理想的”效果。此時，T/S參數就可以幫助我們做出一定的判斷。使我們獲得一個低頻響應接近我們的“理想效果”的系統。
試以2為例，簡述這個過程如下：
假設我們需要制作一個密閉箱體的音箱，揚聲器口徑4寸，希望音質好，低頻量感盡可能突出，應如何設計？
根據Q值的物理含義，假設Qts為Qes和Qms并聯，Qts越高低頻諧振峰越大，低頻量感突出的話，我們應該首選Qts高的喇叭？其實設計時往往不是這樣的。設計時第一步往往會先考慮諧振頻率Fs，因為諧振頻率Fs是位移振幅獲得平坦頻率響應和加速度振幅獲得平坦頻率響應的轉折點。Fs越低，意味著平坦頻率響應曲線向低頻段延伸越多。相反，Fs越高，意味著在低于Fs的頻段，聲壓將按照指數規律下降，不易獲得良好的低頻響應。對于4寸揚聲器來說，Fs的常見范圍在60-90Hz之間，低的Fs有助于低頻的提升。
選取好恰當的Fs的揚聲器后，我們才需要去考慮其它參數和箱體的匹配。在此時，我們需要考慮的因素有：1、密閉音箱體積在后腔形成的壓縮空氣“彈簧”，會對揚聲器振膜產生“阻尼”。此阻尼會導致系統諧振頻率升高，揚聲器低頻段振幅減小...2、考慮這個阻尼的作用，需要揚聲器單體在障板測試模式工作在“欠阻尼”的狀態，裝腔后利用空氣阻尼從而達到正確的“阻尼響應”...3、揚聲器“速度”問題。在本設計中，首先需要確保聽感，也就是空間感和速度感，確保聲音鮮活，不遲鈍，也不拖沓。其次再追求平直的頻率響應。此時，揚聲器的QMs參數就派上用場了。一個足夠大的Qms的設計（如Qms>2）是取得上述聲音表現的關鍵...4、頻響曲線的平直。傳統的音箱設計理論，都是按照這個思路來設計的，可以代入檢驗。如果需要調整，在確保Fs、速度的前提下，可以通過BL和膜片設計的調整來進一步優化。一般規律是：加大BL，Qms提升，Qes和Qts下降。
三、時域和瞬態響應
在前面章節提到，揚聲器“速度”的問題，這其實就是揚聲器的時域和瞬態響應問題。也是決定聽感的一個非常重要的因素。揚聲器的時域和瞬態響應，在傳統的揚聲器和音響制作領域談論甚少，可是如果不關注深挖此類指標的設計，要想獲得好的聽感只能是“碰運氣”的成份更大一些。
揚聲器的時域和瞬態響應，有很多電聲測試系統都是可以完成測試的。比較常見的電聲測量軟件Soundcheck，其中的第2006號模塊---Time Selective Response，就可以完成相應的測量。再如免費的聲學測量軟件REW（Room Eq Wizard）,也是可以測量諸如TimeDomain響應的。
在揚聲器時域和瞬態響應中，三維頻譜累計圖是我們比較常見的一種圖形。更多時候，他有一個更為形象通俗的名稱：瀑布圖。
瀑布圖有三個維度構成，分別是頻率、聲壓級和時間。在時間=0的平面內，被測揚聲器的穩態頻響會被作為第一條曲線。而經過一段時間間隔后，被測揚聲器的剩余頻響曲線又會生成第二條曲線。重復這一過程，在不同的時間坐標上就會得到許多條曲線。此時，揚聲器的殘余頻響特性就一覽無余了。
理想的衰減特性當然是全頻段均勻衰減，而且衰減極快。但事實上，揚聲器在驅動消失后運動不會馬上停止，所以我們只能退而求其次，從揚聲器的衰減時間和衰減均勻度兩個維度來要求。
四、相位特性
在一個理想的線性系統中，如果我們定義輸出對輸入信號沒有發生任何形變及時間的延時，則這個系統的幅頻和相頻曲線都是平直的。而實際上，揚聲器的輸出信號對輸入信號是存在形變和延時的。其中，由于距離帶來的延遲，是一個固定值。而消除這個固定值影響后，我們還可以得到一個相對的相移曲線。
揚聲器的相對相移曲線中的相位波動，往往和幅頻曲線的波動是一一對應的。揚聲器單元作為一個最小相位系統，其不帶群延時的相頻特性可以由其幅頻經希伯特轉換而得到。這些波動，往往會成為揚聲器音色改變的一個標志。例如上圖中，群延遲曲線、幅度曲線、相位曲線中表征的5-6KHz之間的波動。
值得注意的是，在分頻設計中，也需要較為系統的考慮揚聲器的相位的銜接。如果銜接出現問題，對應的頻響曲線也會出現波動，而聲音的質量也會受到影響。
此外，揚聲器還有諸如指向性等指標需要關注。這些指標有興趣的朋友可以自行查閱相關資料。
（作者：葛虎）
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