改标题才有人看, 90%以上的音箱设计都有瞬态问题!

扬帆远航

zjr66161 发表于 2015-2-1 13:20
扬兄应该把这个剖析下“有两被动出声的想路经办法，减少路经差。RLC方式产生的，做反加CL部分反拟合。抵 ...

我找到了在这帖188#，189#是确认。但愿会有点用。http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... ;extra=&page=10
其实我最近不玩分频这事也不上心想了。干着挺麻烦。对错自己甄酬，可讨论我也没做过。

markamp

一天没见，回复的不少啊，改标题还是有点效果哈！
obfyz说的其实是另外一个问题，这个也是很难兼顾的部分，实际上，即使是一阶分频，也会出现频率越高群延迟越低的问题，暂时没有很好的办法。如果强行用全通器将高音高频部分和低音低频部分延迟一致，那么分频点附近又会错位。
不过通过位置移动和反接相位真的不一样。通过位置移动，可以明显改观分频点附近的瞬态问题。你可以想象一下，高音已经发出半个正弦波了，低音才开始发出正弦波，这个时候反相低音单元，得到的测试相位可能是准确的，但是前半个已经发出来的正弦波怎么办？低音还没发声就已经失真了！这个也是我想回复Flimagine的话，瞬态的时候频响不是平的，跌了3db。
通过位置移动，可以让相位变化不那么突然，频响更平，我觉得这才是最重要的！大家可以看看近几年一些顶级厂家的顶级作品，要么面板是斜的或者凸凹有致的，要么干脆用一阶分频，它们可以达到大幅减少瞬态问题的目标。
wzy728和Julien版主所说的，我觉得如果使用合适的滤波器没有交叉点瞬态问题可以这样，因为实际上，只要使用了滤波器，不可避免就是全延迟在高频会逐渐减小，但是能满足2khz小于0.5ms。不过如果出现相位问题，甚至只是喇叭发声点的位置差，都要通过位置移动才能较好解决瞬态问题。
对于扬帆远航，我对第一点没什么好办法，暂时就用大口径的密闭箱吧，第二点的话，我下面会给一些提示
首先，一阶分频器的高低音的group delay在所有频率都是一样的，所以分频器本身没有相位差。
今天我抽时间仿真了一下Bessel和Butterworth的，发现4阶Butterworth低通滤波器和高通滤波器的群延迟也是一样的！Bessel低通滤波器虽然相位极优（低频一直到分频点基本没有时间差），但是高通滤波器和低通滤波器的群延迟相差较大。
下面给的是归一化的高通和低通滤波器，截至频率大概0.159Hz。

markamp

所有的曲线都是group delay的曲线，黄色的线是Bessel高通滤波器，蓝色的线是Bessel低通滤波器。红绿色重合的线是Butterworth低通滤波器和高通滤波器的线。
原理图上左边两个是Butterworth，右边是Bessel。

MclarenFX

markamp 发表于 2015-2-1 23:16
一天没见，回复的不少啊，改标题还是有点效果哈！
obfyz说的其实是另外一个问题，这个也是很难兼顾的部分 ...

这种特定的分频方式现在已经很少用了，现在设计出来的分频器都是介于不同滚降模式之间的。说白了就是绕过这些定好的理论模型，考虑实际高低单元相差而模拟出来了。

markamp

不好意思，昨天的仿真误导我了，仿真软件在计算group delay的时候，和实际有些出入。4阶Butterworth低通滤波器和高通滤波器，它们在任意频率相位相差360度，但group delay却是一样的？我会查查group delay的算法。
不管怎么说，时间的误差是有的，对于普通2分频，低通2阶Butterworth，高通3阶Butterworth。分频器本身来讲，高音是超前低音225度的，这个时候，需要高低音位置差有225度相位（当然还要加上发声点的位置差）。
实际上即使是一阶低通滤波器，也的有90度的相位差，没有位置补偿，分频点频响会跌落1.5db。因为最后的合成是功率合成，0.707^2*0.707+0.707^2*0.707=0.707!
至于MclarenFX所说的，不论你用任何一种模拟滤波器，都没法补偿时间差的，因为高音是超前，低音是滞后。

obfyz

markamp 发表于 2015-2-1 23:16
一天没见，回复的不少啊，改标题还是有点效果哈！
obfyz说的其实是另外一个问题，这个也是很难兼顾的部分 ...

“位置移动和反接相位真的不一样”------从波形的前沿响应来看，同意你的分析。
“obfyz说的其实是另外一个问题，这个也是很难兼顾的部分，实际上，即使是一阶分频，也会出现频率越高群延迟越低的问题，暂时没有很好的办法。如果强行用全通器将高音高频部分和低音低频部分延迟一致，那么分频点附近又会错位。”------虽说滤波器一定会带来相移，但根据矢量和的运算法则，比如若有原始信号为1相位0度，高音0.707并超前45度，低音0.707并滞后45度，于是高低音的矢量和为1相位0度，完全重合没有相位差，并所有的分频重合段幅度也为1相位0.以上就是线性相位分频器的基础原理，美国超奥音箱正是应用了上述原理。另据国外的一篇论文，对于二阶滤波器两分频，采用功率减法推导的结果是另一个滤波器为一阶滤波正好构成线性相位滤波器，应用实例是旧的丹拿声学BM5P，BM6P，百灵达的2030P ,2031P。最后要说的是教科书的一阶45度降落点分频，二阶90度降落点分频只是能发声的初级分频器，国外名箱多不按此设计

markamp

首先得感谢obfyz的提示，我今天用pspice时域仿真，还有手稿计算，得出一阶低通滤波器的结果。就是高低音没有位移矫正，那么电压矢量和的值就是1，group delay恒定。但是功率矢量和不是恒定的。高音后移90度的话，功率矢量和就是恒为1。
但你是说高音二阶分频，低音一阶分频的功率矢量和能恒为1？我觉得有点高深，呵呵，那3阶呢？
其实我举的例子只是一些简单模型，包括分频器里面还有很多补偿电路及陷波器等等。但是基本原则差不多，一般几阶分频，相差就乘以几倍的90度，一般滤波器都是在bessel和Butterworth之间变化，超出这个范围带内就有纹波而且分频点附近相位变化剧烈。

obfyz

markamp 发表于 2015-2-2 23:22
首先得感谢obfyz的提示，我今天用pspice时域仿真，还有手稿计算，得出一阶低通滤波器的结果。就是高低音没 ...

3阶的不知道怎么弄。还有就是bessel和Butterworth是定阻参数，只在在做过阻抗补偿的单元上能用，直接以单元阻抗加载在bessel和Butterworth网络上则会出现复杂的曲线。如果不希望做阻抗补偿，分频网络就非bessel和Butterworth类型，计算很繁杂，只能通过计算机模拟分频器设计，我想国外的名厂箱也就是这样设计的

obfyz

“首先得感谢obfyz的提示，我今天用pspice时域仿真，还有手稿计算，得出一阶低通滤波器的结果。就是高低音没有位移矫正，那么电压矢量和的值就是1，group delay恒定。但是功率矢量和不是恒定的。高音后移90度的话，功率矢量和就是恒为1”

------分频器设计的问题，你用的方式是电压减法，功率自然不恒定，分频点处下降3分贝。线性相位分频器是按照功率减法来设计的，参数完全不同

76759602

一般烧友很难理解这些声学上的问题，我们只关心解决的简单方法，支持楼主的探索精神，造福大家！

zjr66161

难得见到对相位、声压的讨论，搬板凳...

markamp

obfyz 发表于 2015-2-3 09:01
“首先得感谢obfyz的提示，我今天用pspice时域仿真，还有手稿计算，得出一阶低通滤波器的结果。就是高低音 ...

用的不是电压减法，电压减法分频器早就计算和实际验证问题很多。我用的是标准的bessel和Butterworth滤波器。实际分频网络要考虑频响感抗陷波等诸多因素，当然不是简单的bessel和Butterworth滤波器，我一直强调我是为了让分析瞬态简单所以用标准滤波器。bessel到Butterworth滤波器是基础，有很好的参考价值。至于功率减法，这个是在模拟域做的还是数字域做的？数字域做的就算了，我对他们的DAC完全没有信心，只能是二流产品。

zwl007

Flimagine 发表于 2015-2-1 04:50
设计分频时考虑相位其实是为了得到真正平直的频响。

相位差，可以认为是频响平直问题。
但时延就是声音定位问题了。

否则，动物一个耳朵就可以了。没有必要2个耳朵！

一个声音的基频和泛音，一个频率都已经出来1个波长了，另一个频率才出来了。  当然有影响了。

zwl007

百度的资料，不知道对不对。

6ms=0.2/340。

强度差

高频的声音刺激，由于它的波长较短，如果一个高频声波来自一侧，头部本身就构成声音传播的障碍物，使其到达对侧耳中的音强受到耗损，这样在两耳之间形成了强度差，导致神经元单位发放频率的不对称。一般成年人能准确定位2000-3000Hz的声音。

时间差

来自正前方的声音同时到达双耳，来自正侧方的声音到达近侧耳朵的时间比远侧耳朵约6ms，介于两者之间的声音到达双耳的时间差为0-6ms之间。到达的时间对有特征的、突然发生的声源定位是很有用的。

音色差

声波如果从右侧的某个方向上传来，则要绕过头部的某些部分才能到达左耳。已知波的绕射能力同波长与障碍物尺度之间的比例有关。人头的直径约为20cm，相当于1700Hz声波的波长，所以频率为1000Hz以上的声波绕过头颅的能力较差，衰减越大。也就是说，同一个声音中的各个力量绕过头部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越大。于是左耳听到的音色同右耳听到音色就有差异。只要声音不是从正前方（或正后方）来，两耳听到音色就会不同，这也是人们判别声源方位的一种依据。

位相差

低频的声音刺激，它的波长较长，头的阻隔作用小，双耳听到的声音强度差别也较小。在这种情况下，判定声源方位主要靠双耳感受声音位相上的差别，即声波同一相位到达双耳的时间先后不同。听觉神经元在声波作用时，增加单位发放频率的现象，并不是发生在整个声波周期时间内，而是仅仅出现在声波周期的鞯一时相上。头两侧的听觉神经元中，有些对同相位声波产生同步性单位发放。神经元仅在声波某一相位时改 变单位发放频率，两侧神经元对同相声波产生同步性单位发放的机制，称听觉神经元的锁相机制。低频声波达到双耳的相位不同，由于两侧神经元单位发放的锁相机制，导致一侧神经元增加单位发放频率，从而造成两侧神经元单位发放的不对称性，产生了时差效应，据此对声源进行准确的空间定位。声源方位的辨别可能是听觉中枢内的许多细胞活动的特殊空间和时间模式决定的，也可能是更高级的中枢分析加工的结果。

总之，低频声音的定位通过位相差，位相差对提供声源定位有效的声音频率最高为1500Hz；而高频声音无法通过位相差来辨别它的来源，靠响度差来辨别。但位相差和晌度差的有效性还取决于头颅的大小，象小鼠这样的小动物，由于两耳靠得很近，对低频声音既不能通过相位差来辨别，也不能靠响度差来定位，它们对高频声音的定位能力很强。许多动物对40000 Hz以上的高频声音很敏感。而象大象对低频声音的定位能力较强，听力的上限是10000Hz。这些都说明每个种系都对它们最有用的信息最敏感，人类也不例外。

wzy728

什么牛X的相位瞬态哦，我真是被绕晕了。

喇叭单元瞬态一般都是指单元的阶跃响应吧
楼主说的发声点问题，只要不是点声源都会存在，就算你把高音单元后移了，就能保证两个单元到耳朵的距离不发生变化？很简单的，音箱摆放高度，聆听位置高度一变化，这两个距离就会发生变化。

zwl007

声音在录制前的自然条件下，
跟双麦录制后的声音定位原理，肯定有所区别。

高低音的相位问题，跟传播距离有关，7楼、8楼已经给出计算了。 但同一频率的相位就有说法了。

但，时延问题，肯定很重要。

毕竟是试图用2路声音来合成类似当初一样效果的声场，那么
时延问题，肯定是一个要考量的因素吧？

扬帆远航

markamp 发表于 2015-2-1 23:16
一天没见，回复的不少啊，改标题还是有点效果哈！
obfyz说的其实是另外一个问题，这个也是很难兼顾的部分 ...

我记得我测过，对你测试基理了解不透，我就看分频点两头的不同喇叭声波波形的相差。这事最终体现在声波上。迟滞就是相差，（就是没导成角度）也应说迟滞是相差的起因。这在各种波里都类同。我在声这问题上不算圈里人，只能从物理概念看，也没法保证多高的严谨性，只是参与讨论。
衰减就是用的迟滞基理，细分就是响应跟不上给定速率。非实数项衰减没有不移相的。这事用示波器看得很清楚。

wzy728

zwl007 发表于 2015-2-3 21:55
声音在录制前的自然条件下，
跟双麦录制后的声音定位原理，肯定有所区别。

谈到录音了~

虽然我不懂，但是现代录音很少有双麦录音的。简而言之，现代录音大多是N多个话筒，通过N多个声轨由录音师在调音台上“炮制”出来的

zwl007

同一件乐器的基因和泛音，比如200hz，已经到达5ms了，泛音的1000hz才刚刚出发，肯定影响效果吧？

zwl007

wzy728 发表于 2015-2-3 22:07
谈到录音了~

虽然我不懂，但是现代录音很少有双麦录音的。简而言之，现代录音大多是N多个话筒，通过N ...

是的。是合成的。很多根本没有录音呢，
乐器都是计算机midi合成的。

我意思是说，双声道。  立体声最少要双声道。

我们hifi都基本是双声道啊。