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----  [原创]让声音有一种“厚度”——号筒式扬声器探析  (http://nju520.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=26&id=24598)

--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-6-30 8:45:51
--  [原创]让声音有一种“厚度”——号筒式扬声器探析

 

 

●  辐射阻抗Zr包括辐射阻Rr与辐射抗Xr(Zr=Rr+jXr)——辐射阻(Rr)表示声源向介质辐射声能量的能力——辐射抗(Xr)代表“无功声能”,储存于近场中,而不辐射出去。

 

实际上,辐射抗(Xr)包括“质量抗”(Xm)与“弹性抗”(Xe)——“质量抗”相当于感抗(XL),“弹性抗”相当于容抗(XC)。

 

“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的“排气量”(V)成正比——“排气量”(V)与体速度(u)相关——V↑,则u↑,辐射声功率Wr↑(Wr=u2Za)。

 

“空气弹簧”——声波为纵波,空气为弹性媒质,在空气中传播时,空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)  。

 

“空气弹簧”弹性系数Km↑→辐射阻Rr↑(势能→动能),密部(Km↑)—疏部(Rr↑)。Km↑→弹性抗Xe(容抗XC)↑→辐射阻Rr↑——则声压Pa↑(Pa=uRr)/ 辐射声功率Wr↑(Wr=u2Rr/2),声辐射效率σr增加。

 

Xr(Xe/Xm)代表势能,Rr代表动能——势能可以转化为动能。

 

 

 

 

●  传统电动式扬声器电声转换效率极低(1%左右)——而号筒式扬声器(Horn loudspeakers)效率高,可达40%,传播距离远——前者为直接辐射,后者为间接辐射。

 

辐射阻抗Zr↑,则声波辐射Rr/Wr/σr↑——扬声器系统Xm(Mr)↑,则“排气量”(V)↑,可以推动更多的空气振动——这便是间接辐射式扬声器效率高的主要原因。

 
“号筒”即截面积逐渐变化的声管,实质上号筒式扬声器就是通过↑Xr(Xm/Xe)而↑Pa/Wr——但由于其换能器(音头)一般为球顶扬声器,本身fo大——故低频响应/指向性差,一般只用于中高频单元。

 

 

 

 

●  “直接辐射式”扬声器振动产生的声波,在离开振膜后迅速向四周空间发散——声压随声波传播很快衰减——扬声器周围声压小,所以其电声转换效率低。

 

号筒相当于“声聚能管”——具有声能聚集作用,可以↑Xr(Xm/Xe)——增加声压Pa,将势能转化为动能。

 

“蓄水池效应”(Xr)——通过综合调节“水量”(Xm)/“水压”(Xe),近场保持高声压状态——使扬声器的振动能量源源不断高效地转化为辐射声能。

 

“声学功率放大器”——“声聚能管”可以增加辐射声功率Wr,号筒式扬声器一般效率为5-20%——相对于电子系统功率放大器,更“绿色低碳/节能”。

 

 

 

 


●  从“2D”到“3D”——相对于直接辐射式扬声器“单薄”的声音,间接辐射式扬声器声场(Sound stage)的深度/层次↑,声像的立体感↑——让声音有一种“厚度”。

 

吹气如兰——间接辐射式扬声器空气感如乐器般真实/鲜活, 结像力/质感/临场感↑,仿佛吹笛者就在面前——“给声音以形状/若兰花”。

 

更适于表现“人声”——实际上人的发声系统就是一件完美的管乐器(胸腔共鸣/口腔共鸣等)——间接辐射式扬声器的声音虽然略为“夸张”(解析力/声染色↑),但如同舞台剧,更有感染力。

 

直接辐射式扬声器的小信号声波容易被空气“阻尼掉”,失真↑——间接辐射式扬声器模糊/暗淡的细节则被“放大”,变得清楚/鲜明,故其解析力/灵敏度/动态范围↑——很多监听音箱都采用号筒式扬声器。

 

Zr↑/Wr↑(势能→动能),则因传播距离增加/空气阻尼作用导致的失真↓——故间接辐射式扬声器传播距离远,声能衰减慢,抗环境噪声干扰能力好——更适于PA音响。


“扬声器中的胆机”——声音经过“酝酿”,变得醇厚/“筋道”(有弹性),余音缭绕(有韵味)。虽然声染色↑,但更动听,类似于“胆机”——与电子管功放配合,相得益彰(效率/音色)。

 

相同声压——间接辐射式扬声器由于效率高,换能器(音头)振膜的振幅更小,故其失真更小——声音更宽松自然。

 

 

 

  
● “波动”与“流动”是两回事——空气粒子在原地振动,并不随声波前进。

 

声波辐射不一定产生气流,扬声器振动/辐射声波宏观上是“静态”的——适用气体绝热过程的“物态方程”(V↓/P↑) 。

 

号筒扬声器形成“驻波共振”时产生气流(同管乐器)——则适用流体力学“伯努利方程” 。

 

号筒扬声器/管乐器形成“驻波共振”时——气流速度远小于声速,属于“不可压缩流体”(Ma<0.3)——则喉部d↓,P↓/v↑;口部d↑,P↑/v↓。


扬声器号筒无“驻波共振”时——声阻抗Za随截面积S逐渐增加而减小,Za↓→Ya↑,声能更容易传导至周围介质空气中——但喉部Za↑,空气容易被“压缩”而导致非线性失真。

 

形成“驻波共振”时则相反——截面积S↑,声阻抗Za↑(P↑)→气流速度v↓,有利于降低“湍流”——但只能产生“λ/2驻波共振”(开管),故其低频响应并不好。

 

 

 

 

● 管乐器与扬声器虽然有相通之处,但其原理不同——管乐器主要利用“驻波共振”(λ/4或λ/2)发声。

 

管乐器(如唢呐)吹口端d↓——声压Pa↓(与气压P成正比),体速度u↑(与气流速度v成正比),则声阻抗Za↓(Za=Pa/u)——故更容易吹奏。

 

开口端d↑/Pa↑/u↓——但形成“驻波共振”时,开口端Pa↓(min)/u↑(max),Za↓/声导纳Ya↑——则容易辐射声波。

 

与管乐器不同——扬声器设计不必考虑吹奏难易问题,号筒式扬声器并非以驻波共振为主。

 

 

 

 

●“号筒”会产生“驻波共振”(λ/4或λ/2空气柱驻波)——会导致“声染色”,声音“发瓮”——使某些频率的声压级SPL↑,频响曲线不平坦。

 

喧宾夺主——扬声器毕竟不同于管乐器,管乐器主要靠驻波共振(λ/4或λ/2)发声,扬声器则靠振膜振动发声——驻波共振处理不当会使音质劣化,“前室效应”即驻波共振(λ/4)。

 

从这种意义上,号筒式扬声器并不“Hi-Fi”——上世纪六七十年代流行的“大喇叭”虽然效率高,但音质差——“号筒”不适于全频带扬声器(如折叠式号筒式扬声器)。

 

 

 

 

●“共鸣频带”——驻波共振(λ/4)可以产生一系列谐波共振频率(fop/3fop/5fop/7fop…)——对于音质/音色/听感都有一定影响,而奇次谐波可使声音“冷硬”。

 

“号筒”驻波共振——出现在200-600Hz,可以提升力度感;150-500Hz可增加语音丰满度——330Hz可产生“浴室效应”(嗡嗡声);700Hz会出现号筒式扬声器的“喇叭声”; 800Hz会产生“喉音”/嘈杂感(危险频率)。

 

1-2kHz可产生“电话音质”(刮铁皮声);2-4kHz会掩蔽“唇音”,↓语音清晰度——2500Hz会使声音“发扁”;3-4kHz(尤其3400Hz)易导致听觉疲劳—— 6-8kHz“齿音”严重; 12-16kHz“毛刺感”↑(尖噪/刺耳)。

 

 

 

 

●“号筒”用于高频单元(fc≥6kHz)——由于分频点fc一般大于最低共振频率fop,可以避免驻波共振(低次谐波)对音质的影响——高次谐波能量逐渐减弱,影响降低。

 

“号筒”用于中频系统(600-6000Hz)时,“声染色”严重,易导致的音质劣化,使声音沉闷/混浊——而号筒式扬声器(二分频)分频点fc一般为750-2500Hz——这意味着大部分驻波共振导致的声染色都无法避免。

 

“号筒”用于低频系统,则可以扬长避短——避免驻波共振(高次谐波)对音质的影响——处理得当可提升低频响应,反而相得益彰。

 

 

 

 


● 一般认为——圆锥管/球形管内为球面波,圆柱管/指数线形管内为平面波,双曲线形管内为平面波逐渐弯曲——球面波具有“开管”性质,产生“λ/2驻波共振”;平面波具有“闭管”性质,产生“λ/4驻波共振”。
 

“λ/4驻波共振”可以产生奇次谐波,而“λ/2驻波共振”可以产生奇次谐波/偶次谐波——奇次谐波声音偏“冷硬”,偶次谐波则温暖柔和——这或许就是球形管号筒扬声器(Avantgarde)音色迷人的主要原因。


一般扬声器为膜振动/板振动,主要产生“间谐波”(谐波频率为基波频率的非整数倍)——而号筒式扬声器同管乐器一样——空气柱振动产生奇次谐波/偶次谐波(谐波频率为基波频率的整数倍)。

 

无论偶次谐波还是奇次谐波,和谐性都优于“间谐波”——故号筒式扬声器的空气柱驻波共振对于扬声器膜振动/板振动的声音,有一种“优化”的作用——可以使其更和谐动听。

 

故号筒驻波共振及其高次谐波虽然会产生声染色——但处理得当,就可以“化腐朽为神奇”(类似于胆机)——奇次谐波的能量随谐波次数增加而逐渐减小,可以获得排箫般空灵清新的音色。

 

 

 

 

 

 

[此贴子已经被作者于2014-04-29 15:17:35编辑过]

--  作者:新手农民老乡
--  发布时间:2013-6-30 10:56:32
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飘过…
--  作者:玛田音箱
--  发布时间:2013-6-30 16:10:38
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准确的说他让部分频段增加了厚度,有些频段失去了厚度


--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-7-1 6:48:50
--  

 

 

——欢迎批评指正,交流探讨


--  作者:ly_i
--  发布时间:2013-7-2 17:25:01
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图片点击可在新窗口打开查看
--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-7-3 9:15:47
--  

 

 

 

 

 

[此贴子已经被作者于2013-07-03 13:17:49编辑过]

--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-7-3 10:06:41
--  

 

 

百度文库改版后经常出现问题——无法更新/下载

 

有时页面打不开——


--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-7-3 10:08:55
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[此贴子已经被作者于2015-05-09 13:40:10编辑过]

--  作者:chenle86
--  发布时间:2013-7-3 10:31:03
--  
好资料,学习,非常感谢楼主提供的百度文库资料
--  作者:风的指纹
--  发布时间:2013-7-4 10:25:14
--  

 

 

 

——共同探讨

 

若页面打不开——可在“百度文库”输入文章题目,然后搜索即可。


--  作者:mustang
--  发布时间:2013-7-5 19:08:06
--  
图片点击可在新窗口打开查看
--  作者:xiushuicunren
--  发布时间:2013-12-7 16:18:17
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再次看了,真的是好文章呀!

特别是关于声音厚度方面的见解,算是一个新的启迪了。

谢谢!

--  作者:风的指纹
--  发布时间:2014-4-3 17:41:04
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Sorry——由于最近比较忙,很久没有上论坛,请多指正


--  作者:泊尔
--  发布时间:2014-4-10 18:17:42
--  
非常欢迎这样理论与实践相结合帖子。
号筒的存在,有得有失,在较大场合的专业扩声,往往出于不得已(远距离辐射)。在近距离的民用场合则很少应用,毕竟加了以后或多或少的会出现声染色。至于如何扬长避短,确实有学问。
谢楼主的分析。

--  作者:风的指纹
--  发布时间:2014-4-12 13:34:29
--  

 

 

——由于缺乏必要的实验设施,很多想法都无法验证。

[此贴子已经被作者于2015-05-09 13:39:03编辑过]

--  作者:泊尔
--  发布时间:2014-4-12 14:50:51
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听感也是一种验证,而且是重要的验证。不能只认为设备测试数据才是验证,很多情况下,人的耳朵比设备更灵敏,更丰富。


--  作者:风的指纹
--  发布时间:2014-4-13 17:04:46
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音乐是感性的,声音是理性的——音响是艺术与科学的完美结合。


--  作者:fbgz
--  发布时间:2014-4-14 16:18:55
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 什么号筒扬声器能达到40%的效率?印象中动圈式号筒最高效率只有25%。
--  作者:风的指纹
--  发布时间:2014-4-15 16:01:41
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请参考这篇文章——《号筒音箱》(百度文库应该可以找到),由于上传文件篇幅限制,只附上第一页。


 

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点击浏览该文件:号筒音箱-1.pdf

[此贴子已经被作者于2014-04-15 16:02:12编辑过]

--  作者:ZFYTHX
--  发布时间:2014-10-10 19:50:44
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用了号角就能使分频点降低不少吧