四、电阻抗特性
这是喇叭单元的基本特性,为人们所熟悉。它描述了喇叭单元的电阻抗模的大小随频率变化而变化的情况。下图是Vifa5"(c13wg-08-08)单元的阻抗特性,是由来自欧洲的电声测试系统CLIO所给出的。
我们可以通过阻抗特性了解到喇叭单元的直流阻抗、谐振频率、谐振阻抗峰的大小、额定阻抗以及音圈感抗的大小等情况。在这里有两点应该引起人们的注意:
1、音圈感抗的大小
通常低音单元f>200Hz时,阻抗特性将呈单调上升,上升的速率反映了音圈感抗的大小。过大的感抗将对喇叭单元的工作产生不良影响(尤其是对频率特性的影响)以及对分频器的设计带来困难。为了减少喇叭单元音圈感抗的影响,往往可以采用磁路和电路补偿的办法来以予解决。
2、谐振阻抗峰的大小
谐振峰过大也会给喇叭单元在该段频率附近工作产生不良影响,这在高音单元尤为突出,在生产中应给予适当的控制和处理。下图是1"单元的阻抗特性,可以看出,高音单元的谐振峰是出现在人们听觉最为敏感的1K-2K频段,也是二分频系统的高低分频的结合部,处理不当,将会产生主观听感该频段发硬、不圆润等不良感觉。
五、失真特性
我们常说的失真应包括谐波失真、互调失真、瞬态失真、相位失真、分谐波失真等多种线性和非线性、稳态和非稳态失真。在这里我们主要地讨论几种影响较大而又能够被常用的电声测试系统所描述出来的失真形式,以进一步加深对喇叭单元的客观认识。
1、谐波失真
谐波失真是喇叭单元的最常见的非线性失真。引起谐波失真的主要原因是喇叭单元的振动系统和磁路系统的非线性。在工作实践中,可以通过改善喇叭单元的材料(振膜、定位支片、折环等)的特性和改善磁路系统的线性来改善喇叭单元的谐波失真。下图是JBL公司的产品(型号为:JBL806G-1 S/N-1645)的谐波失真曲线图,由LAUD系统给出。从图中可以看到,该单元的谐波失真特性还是不错的,除了极低频以外,二次谐波失真在2%以下,而三次谐波失真更在0.2%以下。
根据有关资料和实际听音的经验,一般地说,谐波失真在1%以下时,就有良好的主观听感;谐波失真在3%就容易被人们所察觉;谐波失真达到5%时,主观听感就令人烦躁;如果谐波失真超过10%,主观听感就令人难以忍受。同时,人们对奇次谐波失真更为敏感。通常三次谐波失真应远小于二次谐波失真(在不同的数量级上)才会有良好的主观听感。在实际工作中,我们会常常见到这种情况,喇叭单元的三次谐波失真与二次谐波失真是同在一个数量级上,甚至三次谐波失真的分量比二次谐波失真的分量更大。这样的喇叭单元应该说是有很多方面需要改进的,其主观听感也是令人担忧的。因此,奇次谐波失真的大小,不能不引起我们更多的关注。若想取得较好的主观听感,我们还必须在改善喇叭单元的奇次谐波失真作出更大的努力。
2、瞬态失真
瞬态失真是由于喇叭单元的振动系统跟不上电信号的变化而引起的失真。这种失真通常可以通过测试喇叭单元的阶跃响应的上升沿特性和下降沿特性来表达。上升沿特性反映了喇叭单元的声响应起始瞬间速度的情况,而下降沿特性反映了喇叭单元的声响应消失中止的阻尼情况。人们都知道,喇叭单元对电信号响应的“速度”和“阻尼”在主观听音评价上产生很大的影响。还有一种能够更形象地表达下降沿特性的方法是喇叭单元的后沿累积频谱图。从上面的两幅后沿累积频谱图图中不难看出,后沿累积频谱图从整个频段形象地描述了喇叭单元在电信号消失后的阻尼情况,不同的频段具有不同的下降沿特性,也就是说喇叭单元在不同的频率下具有不同的瞬态响应(也是瞬态失真)。因此,反映在主观听音上就是我们听到了千万种具有个性的喇叭单元和扬声器系统(这点在本文的时域特性中已有叙述)。
3、相位失真
电信号通过喇叭单元后,电相位与声相位发生了变化而形成的失真。正如前面所说的一样,声相位失真对主观听音评价的影响越来越被人们所重视,尤其是扬声器系统,声相位的失真对声场、定位等主观听音评价产生不容忽视的影响。有资料说明人们的听觉对高频部分的相位失真比低频部分要敏感得多。
相位失真除了可以用相频特性来表达以外,还可以用群时延特性来表达。一般地说,在中高频段,群时延>3ms时,对扬声器系统的重放效果就会产生可闻的影响。下图是一个二分频扬声器系统的群时延特性的事例。我们可以看到上半图所显示的群时延特性在4K附近,群时延>4ms,不难判断,该处是分频点的相位没有对接好的缘故,将会给主观听音评价带来不良影响。
产生相位失真的原因除了喇叭单元本身以外,主要有分频器设计不合理和各频段的喇叭单元的安装平面布置不合理等原因。
六、指向性
指向特性是喇叭单元在空间各个方向的频率响应。它是从空间的角度描述了喇叭单元在参考轴上以外的空间的频率响应情况。前面我们提到了喇叭单元的频域特性、时域特性,那么在这里的指向特性可以说是喇叭单元的空间特性,也是喇叭单元的重要特性之一。
根据声学原理,在低频段,喇叭单元所辐射声波的波长远大于喇叭单元振膜的边长,此时的声辐射没有明显的指向性。但是随着频率的上升,当喇叭单元所辐射声波的波长等于或小于喇叭单元振膜的边长时,声辐射就会沿着参考轴方向产生聚焦现象辐射声压产生明显的方向性,在听音空间产生不均匀现象,使得主观听音效果受到严重的影响。因此,不难知道,每一个喇叭单元都会受到自身尺寸所规定的实用边界频率的限制。喇叭单元的振膜面积越大,其实用边界频率就越低。例如8”低音单元的实用边界频率约为1.8K。下图就是一个8”低音单元指向特性频率响应曲线的实测情况,从图中可以看出,在参考轴上的频率响应高端可达5.5KHz,当偏转30度时,其频率响应的高端只能达到2.2KHz。
指向特性通常不仅可以用指向特性频率响应曲线来表达,还可以用指向性图的方法来表达。如下图所示,是由CLIO系统测试的vifa 1”高音单元(型号为:d25TG-85)的指向性图,该指向性图呈指向性较好的心型状,说明该高音单元在10KHz时仍有良好的指向性。良好的指向特性是获得良好的主观听音评价的起码要求之一。
以上从六个方面谈了如何认识喇叭单元,都是一些基本的客观物理特性。但从全面认识喇叭单元的角度来说,是很不够的,也是很肤浅的。喇叭单元还有很多客观物理特性需要我们去研究和认识,特别是喇叭单元的时间域和空间域方面的特性,仍未被我们所全面认识和理解。可以相信,随着科学技术的进步和同行们的不懈努力,完全有可能揭开喇叭单元(包括扬声器系统)的客观物理特性与主观听音评价之间的神秘面纱。