本帖最后由 lilin120g 于 2021-1-2 00:10 编辑
扬声器声压曲线的深度分析
尊响李建华原创
扬声器的声压曲线是音响技术派和喜欢DIY朋友最重视技术指标之一，能重放宽且平直的频带是我们追求首要目标，但难道声压曲线平直就是好扬声器吗？在回答这个问题之前我们先了解一下扬声器发声原理。
扬声器是利用振盆振动所发声的，所发出声压的高低可以用声功率来表示。
W（声功率）=V（振膜速度）^2 * R（声阻）
[类似于电路里W（电功率）=I（电流）^2 * R(电阻)]
所以声功率和扬声器振盆的振动速度与声阻有直接关系。
下图是扬声器振速和频率的关系。
响应曲线类似带通滤波器，在f0振速最大，以f0为中心，高于或低于f0频率每倍频程振速也增加或降低6db,也就是谐振频率以上的频率与振盆的振速成反比，这也不难理解电动扬声器是受迫振动，频率高于f0时，振动系统的速度受惯性力控制，振动系统质量越重、频率越高惯性越大，振速越小。
在谐振频率之上的振速可以近似简化为
（F驱动力 M质量）
下图是扬声器声阻和频率的关系。
声阻的响应曲线是一条沿着频率不断上升的曲线，其拐点取决于ka=1时
（k是6.28米内的波数 a是振膜直径 ka=X是表示一个频率，此频率的波长是振膜周长的 1/X 倍，例如ka=1就是指此频率的波长正好等于振膜周长的频率）
声阻的计算方法可以简化如下式
现在我们再看看扬声器输出声功率和频率的关系，输出声功率分两种情况
以6.5寸扬声器为例分析，在ka<1的频段振速V随频率下降，声阻R随频率上升，使得V^2和R乘积消去了频率f，所以输出声功率是恒定的。也算是自然的一种馈赠，为什么这么说呢？比方熟悉的音源黑胶与磁带输出信号都需要均衡，因为不均衡的话输出电平会随着输出信号频率上升而上升。
例：6.5寸扬声器直径约等于13cm，当ka>1-1.5时即频率f>832-1250hz左右，声阻抗不再随频率上升而振速却仍随频率下降，根据公式，声功率和频率的平方成正比，即频率上升一倍声功率下降四倍，结果是声功率W在频率f>832-1250hz时每倍频下降6db。
但事实上很多普通6.5寸扬声器在大于832hz以上的声压曲线很平直，并没有衰减、有的甚至上拐的，甚至有些全频扬声器能到达15000-20000Hz。对于这个矛盾，就要引入分割振荡这个老问题了，（振膜的形状引起的指向性分布特性也能扩展扬声器0轴的高频响应，不过指向性只能增强已有的升压，不能“无中生有”，在此不多做赘述。）多数6.5寸扬声器在1000Hz以上的频率工作时，分割振荡也逐渐走上舞台了， 一个扬声器的振动模型可以看做一个物体挂在一个弹簧上，但在分割振荡出现后振动模型就复杂了起来，分成了一串又一串的物体和弹簧的组合。
因为其振膜物理材料限制，其刚性不足以让力在这一串串的物体和弹簧传递下去，越靠近上端，也就是靠近音圈位置振动越容易传递，而较远的位置就可能一动不动了。随着工作频率不断的提高，扬声器的分割振荡也愈发严重，振动的部分就越来越小，但此举正是扬声器高频延伸的关键，振动的部分变小了，可以变相等效成一个的小口径扬声器，振动面积随变小了，但相应的质量也变小了，扬声器效率没有改变，但因为振膜尺寸的改变 Ka>1-1.5时的频率却远远提高了。正是这随着频率自动变化尺寸的“扬声器”，延伸了高频。
很多人认为硬质振膜的扬声器高频会延伸的更多，事实却截然不同。以全频扬声器为例，全频扬声器多数都是非常轻薄的纸质振膜，而且音圈直径都非常小，这样设计最利于分割振荡的产生，在高频段尽量只让靠近中心的位置振动发声，从而延伸频带。
所以声压曲线平直的扬声器不一定是好的扬声器原因是ka>1-1.5时所输出的平直声压都是分割振荡产生的，常识告诉我们分割振荡范围内失真大、音质差应该尽量避开此范围。好的扬声器当ka大于1～1.5频率时，(大概5寸1050-1600hz左右、6.5寸834-1250hz左右以此类推）声压应随着频率上升而下降，每倍频程大下降6db左右。
大部分“硬盆”扬声器都有这种规律（图1 图2）。所以活塞区相对于软盆较为宽阔。
（1） 
（2） 图2是西雅士E0021 4寸扬声器，属于铝镁盆“硬盆”，活塞区能达5.5k肯定是个好扬声器，但好的有点“过分了”，够用就行，有谁把分点搞到5.5k呢？指向性也过不了关，再说过高的技术指标也太浪费RMB。“硬盆”扬声器技术指标，毫无疑问要好过所谓的“软盆”扬声器，但是主观上给人的听感有点“硬”，没有纸质振盆来的柔和自然。所以能用小口径纸质扬声器，活塞区能到2k或者多点，就能和高频扬声器很好的衔接，也是个不错的选择。例如4寸纸质扬声器做2分频音箱，或者做3分频音箱当中音用，特点中音甜柔失真小，但有一定局限性，不能用大一点口径的扬声器。要是用5寸以上纸质扬声器在1000多hz就进入分割区了，1000多hz分频对高音压力太大，音质也不会好。所以做2分频用“硬盆”比较好，“硬盆”活塞区宽比“软盆”有优势。所以设计音箱要扬长避短、灵活运用，应用好的话，看似不上档次的纸质扬声器也能发出不次于“硬盆”扬声器的音质。
（3） 
（4） 图3图4是西雅士E0042 6.5寸和西雅士H1216 5寸扬声器，都属于“软盆”范畴，可看出所谓的软盆喇叭相对硬盆声压曲线较为平直，但是活塞区没有硬盆宽阔，基本上不会超过Ka=1.5时的频率。
（5）
（6）
(7) 图5图6图7 分别是西雅士的E0011、E0058 、H0831，从这几种扬声器声压曲线看也符合这种规律。E0058是金属铍“硬膜”、其余两款都是“软膜”。E0058一只价格近4000元，而H0831不过3、5百元，从声压曲线上看E0058还不如H0831好看而平直，所以很难只从声压曲线判断一只扬声器的优劣。
以上所讨论的主要是指常见的指数型状扬声器振盆，其它异形及特除形状振盆不再本讨论之列。
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发表于 2021-1-2 00:10
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