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主题:[原创] 谈电声器件的瞬态特性

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[原创] 谈电声器件的瞬态特性  发帖心情 Post By:2015-11-11 12:58:35 [显示全部帖子]

 原以为常识性的瞬态特性不是个问题,没想到在中国还真成了个问题,无论是业余的,还是电声的专业人士,都存在着诸多的误解。所以厘清一些含混的,似是而非的认识就尤有必要。
  什么是瞬态特性?
  简而言之,所谓的瞬态特性就是一个电声器件对时域波形电信号的跟随能力!即所谓的‘令行禁止’:有信号时电声器件要立即启动;没信号时电声器件则要立即停止。
  注意了!一个电声器件的瞬态特性与频响特性不是一码事,前者是动态频谱,后者却是稳态频谱,虽然二者之间有一定的关系,但二者却不能混为一谈,这恐怕是最容易弄混淆的地方!
  瞬态特性往往被国内的电声从业人士所无视,然而它却是一项非常重要的指标。瞬态特性不好的音响系统,低音中音的能量不集中,松散,犹如一个鼓皮未张紧鼓发出的声音。而高音则含混,细节交代不清。
  国外的音响界一直就很关注瞬态特性,测量方法有单脉冲测量、方波测量、加窗正弦波以及动态频谱测量(即所谓的瀑布频谱图)等等。

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  发帖心情 Post By:2015-11-12 9:16:50 [显示全部帖子]

什么样的因素在影响电声器件的瞬态特性?
A.    振动系统的质量。质量越大,则瞬态特性越差。可以用小汽车和载重汽车来类比,前者无论是启动还是刹车都远比后者要快许多。所以可以说振动系统的质量轻是电声器件瞬态特性优良的王道!显然,振动系统质量大的低音扬声器的瞬态特性是很差的,此种情况下,由于振动系统的质量远大于同振空气的质量,故空气不能给振动系统施加有效的阻尼,要靠其自身的阻尼来制动,所以动圈扬声器的Q值不能大于约0.6。又,振膜型电声器件显然要比振盆型轻许多,甚至与同振空气的质量相当,故空气能够有效地对振膜制动,较之振盆型换能器有更好的瞬态特性。电声换能器按瞬态特性排名:1. 等离子换能器,因为空气就是振动系统,所以其瞬态特性发挥到了极致,再无其它任何换能器能够超越它;2. 静电换能器,振动系统为厚度为1.2微米的聚合物,与等离子换能器唯一的不同仅只是增加了1.2微米聚合物的质量而已,其瞬态特性仍然是非常优秀的;3. 等电动换能器、铝带式换能器、AMT换能器等,振动系统为5微米厚的铝箔+3微米厚的聚合物;4. 振盆型换能器;5. 动铁型换能器、压电陶瓷换能器;
B.    振动系统的Q值,Q值越高,则前沿启动越快,然而后沿的制动却越慢;Q值越小,则恰好倒过来,前沿启动慢,后沿制动快。所以对于瞬态特性而言,Q值是把双刃剑,最好还是以低Q为好,因为高Q值还会导致频响特性曲线上的大起大落。动铁型换能器、压电陶瓷换能器都属于高Q换能器,听感上表现为强烈的金属声,频响曲线上尖峰伴随着深谷,但要想遏制下降沿的多次余振并抑平频响却是很困难的任务,尚没有哪家公司妥善解决;
C.    驱动力的大小,显然,驱动力越大,则启动速度越快;制动力越大,则制动速度越快。故任何时候,采用强磁体都有益无害,只是成本会增加而已。

顺便说一句,电声器件的瞬态特性无论对于音箱,还是对于耳机都是通用的。
 

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  发帖心情 Post By:2015-11-20 17:00:40 [显示全部帖子]

以下是引用imxp在2015-11-19 15:51:54的发言:

好多年前跟楼主有过一面之缘,甚至还有过一次邮件来往,后来忙了之后没有联系了,这次在声学楼聚会中也没有联系上,有点遗憾。

对于前面提出的观点,“ 一个电声器件的瞬态特性与频响特性不是一码事,前者是动态频谱,后者却是稳态频谱,虽然二者之间有一定的关系,但二者却不能混为一谈,这恐怕是最容易弄混淆的地方!”,我个人认为基本上是可以“混为一谈”,尤其是非线性失真比较小的时候----整个系统可以认为是线性系统的时候,因为从来没有一个系统是有良好的频响特性而瞬态特性特别差的,反过来亦然。

还有一些奇怪的问题,尤其是客观测试不良的瞬态特性,甚至“主观”感觉其瞬态特性却是优良的,这点在今年年会的报告后的讨论时有简单的带过,但由于时间关系没有真正深入讨论。

再如大部分静电扬声器或者耳机,其实客观测量其中高频段是欠阻尼的(也就是瞬态不良),但有人却评价其瞬态特性优秀----甚至静电耳机厂商、从业人员也往这个方向去引导消费者的评判,对于动铁同样如是。


Imxp先生,你好,不知道你的尊姓大名,这次我也参加了声学楼会议,只是不知你的真实身份,对不上号,擦肩而过,甚为遗憾。不过我想电声的圈子很小,总会有机会一见的。

  好,言归正传,如果你学过数字信号处理,那么会有两种系统:时变系统和时不变系统,然而时不变系统在大自然中是不存在的,大自然存在的全是时变系统(比如音乐信号),可人们为了简化起见把它们都当作时不变系统来加以近似,比如电声换能器就全是时不变系统,一个时不变系统进入稳态是需要时间的,这个过渡状态就称为瞬态。好,如果一只扬声器在播放音乐,可音乐不是稳态信号,而是任何一瞬时都随着时间迅速变化的,这就意味着扬声器要不停地跟随着音乐信号改变自己的工作状态,如果你去检测扬声器播放音乐时的波形,再同它的输入波形相比,你就可以看到简直是一团糟,看看你们扬声器的瀑布图就知道了!这就是说扬声器的冲激响应函数跟随不了音乐信号的变化:音乐波形多以脉冲波形的方式出现,可扬声器辐射声波的上升沿赶不上音乐的上升沿,而当音乐的下降沿已经截止时,扬声器的下降沿又来不及刹车,还要经过几次余振后才能够停止下来。所以瞬态不好的扬声器给人以浑浊,拖泥带水的听感。瞬态特性与系统的非线性失真无关,而与换能器的振动质量和阻尼特性相关。

  你谈到的静电扬声器等的高频欠阻尼恐有误,因为越是频率高,空气的同振质量亦越大,阻尼亦越强。膜振动换能器的高频问题出现在膜振动的固有分割振动模式上,要解决此问题,那恐怕是各大公司的核心机密和饭碗,也不是一两句话能够说清楚的。

  欢迎切磋!


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  发帖心情 Post By:2015-11-26 20:48:28 [显示全部帖子]

1.    电子电路要做好声频范围内的瞬态,那简直是小菜一碟,不值一提;
2.    要使电声换能器具有优秀的瞬态特性,那可是非常的困难,许多常用的换能器先天就不可能有良好的瞬态特性,如果是追求理想的电声换能器,就需果断地及早放弃,以免白白浪费宝贵的时间;
3.    电声换能器的瞬态好不好几乎完全取决于振动系统的质量大小,没有固态振动系统的电声换能器自然瞬态最好。没有必要在数学模型上去过分纠结,凭直觉找准方向更直接有效;
4.    我听过瞬态特性优良的等离子扬声器、静电扬声器、带式扬声器、等电动扬声器等等,发现人耳对瞬态特性是高度敏感的,瞬态好不好仅需听几秒钟就立即感觉得到。其中以无振动质量的等离子扬声器最具诱惑力,那种透明的空气感,以及令人窒息的细节分辨力令人印象深刻,国外资深发烧友称之为:你能够看透的声音(you can see through),这才是电声界追求的终极目标,可业界罕有人对此关注,你是例外。
 

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  发帖心情 Post By:2015-11-28 11:04:40 [显示全部帖子]

请务必注意区分不同的阻尼:振动系统的阻尼和同振空气的阻尼,这是两个完全不同的概念!电声换能器的瞬态特性大致分为两种:1.振动系统的质量远大于同振空气的质量,此时同振的空气不能给换能器提供有效的阻尼。此时就必须机械振动系统靠自身的阻尼来改善瞬态特性,比如动圈和动铁,振动系统的质量约为同振空气的数百倍,那就只能自己踩刹车了,但是!由于巨大的惯性,上升沿肯定是缓慢的,但至少下降沿不会有令人听感上讨厌的余振,谓之鱼翅和熊掌不可兼得也;2.振动系统的质量几乎可以和同振空气的质量相当(如静电换能器的振膜质量仅相当于约2mm厚的空气质量),甚至振动系统的质量就是空气的质量本身(如等离子换能器)!此时同振的空气就足以给振动系统施加阻尼,故振动系统自身的阻尼就无关重要了,这时,上升沿和下降沿同样的陡峭,熊掌和鱼翅可以兼得。这可以用飞机降落来类比:飞机降落时靠刹车来减速,那就是1;如果降落时靠减速伞来减速,那就是2,显然减速伞更为有效!注意了,减速伞速度越快时,空气的阻力越大,这就类比为振动频率越高,则空气给振动系统提供的阻尼越大。

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 像这样吧,你们不妨用数学模型推导出一个瞬态特性最优的电声换能器?

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 本人是理工科背景的,知道理工科最大的毛病吗?就是以为数学无所不能,以为靠数学可以包打天下!实际上数学只是工具而已,科学更多靠的是人对自然现象的直觉。遗憾的是迄今为止绝大多数科学精英们皆陷入了这个误区!电声专业人士同样如此,实际上用数学推导不出最佳瞬态特性的电声换能器!

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 好吧,不妨就事论事。瞬态特性就是时域信号的跟随能力。电声换能器的瞬态特性,直觉就是从不同的换能器的工作原理中看到,振动质量最小的便是瞬态特性最好的,那么仅用空气做振动系统的等离子换能器就是最好的,其次便是静电换能器,……于是研发方向十分明确了,你绝不会拿振动系统质量大的换能器去做一个瞬态特性优秀的换能器!这不很简单吗?难道你非要先去建立一个什么数学模型,验证后再来确定研发的方向?又,你以什么换能器来建立模型?是先有换能器还是先有数学模型?不至于本末倒置吧?前面我已经说过了,认为需要建立数学模型来推导出一个最优瞬态特性的换能器的,不妨在此实打实地推导出一个来试试看?


这不过是管中窥豹而已,仔细想想,现在科学中理工科干这种蠢事的不胜列举!
又,爱因斯坦不是上帝,因为他根本就没有揭示出宇宙和物质的奥秘,即将发生的物理革命就会拿他的e=mc2开刀!此是题外话,不必在此讨论。

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 不知道科学探索中的直觉思维?那可是司空见惯!小举一例,陶瓷是绝缘体吧,可N年前IBM实验室有两个“疯子”凭直觉认为陶瓷不仅可以导电,而且是超导体!由于他们的思维过于疯狂,只敢两人偷偷摸摸试验,结果他们发现了高温超导体,获得诺奖!而更早得过诺奖的超导机理根本不能解释为何金属氧化物为何超导!假如他们相信了金属超导中的所谓电子库珀对的鬼话,以及写满黑板的数学模型,他们必将终生平庸!
  科学前沿的反传统直觉思维彼彼皆是!中国人为何得不到诺奖,因为中国人太迷信所谓的‘大师’,殊不知除了大自然,人类哪儿有大师?

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  发帖心情 Post By:2015-12-4 10:34:14 [显示全部帖子]

再聊一个与声学有关的直觉思维吧,当今声学最大的研究课题是什么?恐怕是非语音识别莫属,没有之一!因为它是人工智能的核心,微软、苹果、因特 尔、……中国的腾讯、百度、……清华、北大、中科院、……哪一家不做语音识别!可以说没做语音识别研究的IT公司就没有资格成为巨头。几十年来,花费的钱 数以十亿美元计!可他们做成了吗?没有!!Why?因为整个方向南辕北辙!提起语音识别,理工科人马上来了劲,又是数学建模,又是概率统计,什么隐含马尔 科夫链之类的,足够写一本砖头厚的专著!可至今仍毫无头绪,Why?恕本人直言,理工科精英们的直觉思维简直幼稚得不如一个文盲!因为连文盲就凭直觉思维 都知道,人耳才是语音感知的权威,现在的哪个语音识别系统能够达到人耳的水平,苹果的?微软的?这些公司的语音识别系统反倒成了人们调戏的对象!可这帮大 公司的所谓精英竟然数十年来从来也没有研究过人耳的语音感知机理!而是凭空想象的数学建模一条路走到死!包括一味跟风的清华、北大、中科院。
 
怎么样?够愚蠢的吧?
 
人耳的语音感知机制绝对是一个诺贝尔奖级别的研究项目,谁能取得突破,得诺奖那是众望所归,而且由于是AI和未来智能计算机的核心,商业潜力无限!那么,谁有胆上呢?

顺便说一句,电声换能器的瞬态特性,以空气作为振动系统的等离子换能器已经做到了极致,永不可能再超越,这就是绝对真理。如果认为还有其它类的换能器的话,不妨在此指明。

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