入门话题2：看懂扬声器单元的数据表（datasheet）

okra

音箱DIY者一般不自己设计制作单元，通常是选购商品单元来制作音箱。那么，生产厂家为这些单元提供的数据表就成为我们选择单元的一个重要依据。我们从这些数据表中能得到什么信息？这个话题就来讨论一下这个问题，同时介绍一下扬声器单元的一些主要参数。
　　先以scanspeak的一款型号为18wu8741的六寸半低音单元为例，它的参数表可以在论坛商城找到：http://shop.hifidiy.net/?product-486.html；也可以直接浏览官方网站：http://www.scan-speak.dk/。下面对论坛商城中提供的图片版数据表（论坛目前还不能支持PDF文件）进行讨论，请大家先看一下：





　　第一部分是关于这个单元的特征的纯文字描述，很多公司的单元数据表都是这样的格式。大意是：这类单元是一种紧凑型短音圈单元，带有环形钕磁。申请了专利的磁路提供了非常长的线性冲程，同时力系数还很高。上夹板设计成可以“引导”磁体附近后向气流的形状，同时由于铸铝盆架的设计非常开放，这个单元真正避免了声压缩。
　　再接下来是所谓的“Drive Highlights"部分，也就是这个单元的亮点所在。写的是“钕磁，短音圈磁路系统，特长线性冲程"
　　英文看不懂？没办法……，这个帖子不是教英文的。不过也没啥关系，数据表最重要的还是数据部分（但最好能慢慢看懂其中的一些关键词，特别是亮点部分）。


　　第二部分就是参数表，上面的图有点模糊，放大一点来看一下：


　　在这个表中，所有的数据又分成了四个部分，分别是电参数、T/S参数、额定功率、音圈和磁体参数。下面分别讨论一下。
　
一、电参数　

  在电参数中，首先是“nominal impedance",额定阻抗，或叫标称阻抗、名义阻抗。这是什么意思呢？一般是指单元谐振峰后面（频率更高的方向）阻抗最低点的近似值。对于这个单元，这个最低点大约在150赫兹处，数值大约是7.5ohm（下面写的Zmin就是），近似值就是8ohm了。那如果是7.1ohm呢？还是标成8ohm。大多数单元的额定阻抗不是8ohm，就是4ohm。5ohm，6ohm的很少。
　　scanspeak的这个18wu也有4ohm的版本，即18wu4741标称灵敏度稍高一些，但换能效率（电能转化为声波的机械能）实际上是更低的。
　　Zmax，阻抗最大值，就是谐振峰处的最大值，并不重要。重要的是另外两个参数，直流电阻Re和音圈电感Le。直流电阻Re将和下面的T/S参数一起用到。
　　这个单元的Le为0.41mH，说明磁路中应该加有短路环，如果没有加短路环的话，可能在1mH左右。有朋友说Le越小声音越通透、细节越多，有一定道理。因为如果某个单元的音圈电感明显较低的话，意味着磁路中使用了某种形式的短路环，一般可以有效地降低失真，所以常常有更通透的声音表现，但这也不是绝对的，因为失真还与很多其他因素有关。另外一方面，音圈电感的降低也会改善单元的高频响应，但这不是导致更通透的原因，因为高频响应的改善程度通常有限，并且在分频系统中，往往落在低音单元的实际工作频率范围之外。

二、T/S参数



　　T/S参数是选择箱体类型及大小的重要参数，T和S分别是Theiel和Small这两个对扬声器系统做出划时代贡献的牛人名字的首字母,1982年美国工程标准委员会就把它作为扬声器的标准参数。所以认真设计一个音箱，T/S参数是离不了的。
　　严格地说，它们应该叫做T/S参数集，因为包括了一许许多多的具体参数，所以经验不是很丰富的朋友看了都会觉得有点头大。那么，这些参数到底有什么用？怎么用？这是我们关心的两个问题。
　　首先，T/S参数的用处，主要是用来判断这个低音单元（对于高音单元来说，其意义不大，所以只以低音单元为例）适合采用何种类型的箱体，是密闭箱还是倒相箱，又或是其他类型。更重要的是这个单元需要多大的箱体，大概需要什么样的调谐方式。
　　那要怎么用呢？既然它是一个参数集，说明这一整套的参数都挺重要的，互相之间存在关联，并且是一起起作用的。如果只看其中的一两项，是无法做出准确的判断的。比如说大多数朋友都了解的单元自由场谐振频率fs和单元的总品质因数Qts，只用这两个指标，无法准确地解决什么问题。那到底是要怎么办呢？如果你和我一样，对这些参数不是非常有经验，那么只有一个办法，就是实际地用它来初步设计一个箱体，看看是否符合我们的要求。
　　不过，这里不能不提到Small当初提出的一个现在仍被广泛采用的简便方法：用EBP来判断单元适合什么样的箱体。
　　什么是EBP？它是Energy Bandwidth Product（能量带宽积）的缩写。计算方法很简单，就是fs/Qes。比如上面这个18wu8741，fs是31Hz，Qes为0.37，它的EBP就是31/0.37≈84。一般认为，EBP小于50的比较适合采用密闭箱；大于90时，比较适合采用倒相箱；在50和90之间的，则两种箱体可能都适合，比如说这个单元。但是，请注意，这只是个非常粗略的估计！最好还是实际应用这些参数来设计几个箱体看看具体情况如何，是不是您所想要的！
　　那么，怎样具体应用这些参数来设计箱体呢？可以参照一些设计表格，许多音箱制作的书本都会介绍，但这些方法其实挺烦琐的，而且还有点过于理想化，建议还是用适当的软件进行模拟。可以进行箱体设计的软件不少，其中最容易上手的还是LspCAD。我们只要把这些参数中的一部分输入LSPCAD中就可以进行设计了。所要的基本参数是：Re，fs，Qms，Qes，Qts　Vas，Sd等，有了这几基本个参数，LSPCAD就会算出其余的几个参数。
　　关于用LSPCAD设计箱体的具体方法，请参阅RLC的帖子：http://bbs.hifidiy.net/viewthrea ... &extra=page%3D1，虽然这个帖子只介绍了倒相箱的设计方法，但密闭箱无疑是更简单的。用LSPCAD进行大致的模拟设计之后会发现，如果采用密闭箱，大约需要14升的箱体（Qtc＝0.7），f3约为63Hz；而采用倒相式设计的话，大约需要20多升的箱体，f3大概约为40Hz多一点。当然，这只是最粗略的直接按照某种表格设计方法得到的结果，而且单元的实际T/S参数常常与datasheet提供的有所出入，但我们可以据此做出有助于选购的判断。比如对我来说，我现在并不想要一个密闭箱，而这个20多升的倒相式箱体我又觉得太大了，做了这些初步的模拟之后，我就不考虑购买这个单元了。如果我想要个2分频的小落地，那就可以进一步考虑了。
      还有一点需要注意的是，这些厂方提供的参数，并不一定可信。对于具有一定电声基础和经验的朋友，在实际设计时应当使用自己测量得到的T/S参数集。


各参数中英对照：
fs :　　　　谐振频率（单元自由场谐振频率，单元阻抗峰所在频率，此处电相位角为0度）
Qms：　　 机械品质因数（此处s代表扬声器单元，speaker，下同）
Qes：　　   电品质因数
Qts：　　   总品质因数
BL：　　 　力系数（磁隙磁通密度B与位于磁隙中的音圈导线长度的乘积）
Rms：　　 机械力阻
Mms：　　 总振动质量（包含所推动的空气负载，不含空气负载的为Mmd）
Cms: 　　　悬挂顺性（由折环与支片的顺性构成）
Sd:　　　　有效振动面积
Vas：　　　等效容积
Sensitivity:灵敏度

　　
三、功率参数
　　这里有两项，第一项是100h　RMS　noise power，即100小时的均方根噪声功率。它的意思是，连续100小时给扬声器单元施加噪声信号，不会导致单元损坏的最大均方根功率。第二项是Long-term max power，长期最大功率。这又是什么意思呢？长期到底是多长？按照IEC　60268-5，这个所谓的“长期”就是1分钟，也就是给单元施加节目信号在1分钟内不会导致扬声器损坏的最大功率。
　　从上述的内容可以看出，单元的额定功率是关于单元能承受多大功率而不会损坏的概念。许多人关心这个功率与组建音响系统时，搭配的功放的功率有什么关系。可以说它们绝对不是简单的1比1或是多少比例的关系。因为功放的额定功率是指功放的最大不失真功率，与扬声器这个承受功率不是一个概念。具体应该怎么搭配好，有时间将另外介绍。
　　
四、音圈与磁体参数
　　从话题1我们了解到，音圈与磁体的结构及几何尺寸影响扬声器单元的功率、失真、线性输出能力等多方面的性能，所以这方面的参数也有重要的参考价值，甚至比T/S参数更值得我们关注。
　　表中列出了音圈的直径、绕宽，磁隙的高度以及线性冲程等指标。其中音圈直径与单元的承受功率有较大关系，而绕宽及磁隙共同决定磁路的结构类型与线性冲程。从表中可知，这个六寸半单元具有一个较大直径的音圈，为42mm。而磁隙高度相当长，高达20mm（一般的多为4－5mm），这就是这个单元的特点所在，虽然磁体看起来并不算大，但通过使用钕铁硼磁体和特殊设计的磁路，做出了一个很夸张的磁隙，虽然它的音圈绕宽并不算窄，仍然达到8mm(当然，比普通的长音圈设计还是短得多)，但最后获得了一个长达9mm的线性冲程（Xmax，单向的。如果按双向的p-p计算，那就18mm），甚至超过了大多数长音圈结构的六寸半单元。
　　上面说到功放的额定功率是按最大不失真输出功率计算的，如果我们想把这个“最大不失真功率”的概念移植到扬声器单元上，那么就要考虑多大的输入功率会使这个单元达到它的Xmax，不过，这还与具体的箱体设计有关，而且无法一眼看出，仍然需要实际模拟后才可以明确。顺便说一下，考虑单元或音箱的输出能力时，功率并不重要，重要的是输出的声压级！

五、频率响应
　　关于频率响应曲线，似乎是很简单的。但平时观察论坛的讨论情况，又似乎没几个朋友能看得清楚。说简单，确实简单，两个坐标轴，横轴是对数的频率，纵轴是线性的声压级。可能正因为太简单了吧，多数朋友并没有认真观察，所以就没看清楚了。
比如这个8741，官方给出的这个图，很平直吧？：


　　后来scanspeak又给了个这个图，频响好象没那么平直了？盆裂峰高达10dB，其它频段也明显不平直：


　　其实这两个图是大体是一致的，主要是纵轴的比例改变了一些（嗯，单元应该也不是同一个，所以盆裂峰的形状大小的确也不相同），但看起来就完全不同了。所以，还是要认真地观察，才会得到更多的信息。

　　另外，同样的单元，测试的条件不同，其结果也会有很大的不同。最常见的例子，就是大家都觉得seas的频响曲线不好看，原因是什么？其实很简单，除了纵轴的比例不同外，seas的低音单元全都是上箱测量的（它也在datasheet中给出每个箱子的大小，不知道朋友们有没有注意过），与大多数单元是上标准障板测量的不同。与标准着板相比，上箱测量时存在明显的“障板跌落”或称“阶状响应”，中低频会比中高频下跌6dB左右，所以看起来就都没那么平了。而粗放的测试也会造成许多不应该有的偏差，这是另话。
　　而又有一些公司给出的产品数据中，纵坐标被压得厉害，甚至曲线是经过平滑处理的，那再大的峰谷都可能被夷为平地，还能有多少参考价值？至于个别公司，连坐标轴都乱画，建议大家还是珍惜生命，远离骗子。
　　话说回来，从这个频响曲线上能看个啥，要看出啥？
　　首先，如果曲线不是经过平滑处理的，那么曲线上的峰谷较少较小，可能意味着失真较低，这个在话题1中我们讨论过。大家可以继续讨论这一点是否有道理。不过，话必须说回来，这样的推测基本上是没有什么用的，因为要做这样的推测，得有一定的经验积累，而且还不一定准确。想准确地知道失真情况，只能实际测量之。
　　其次，如果曲线有大的峰谷，那么就应该考虑，分频设计时能不能有效地控制这些峰谷，如果不能，就应该避免。比如这个8741，明显的盆裂峰落在5kHz左右，高度约为10dB，爬得最快的部分（2.5-4kHz），其斜率大约也是10dB/oct，如果分频点放在2kHz左右，是可以控制的，甚至有可能不用加RLC。
　　再次，还应该关心离轴响应的情况。上图中的频响曲线有三条，黑、绿、红，分别是轴向，偏轴30度和60度的响应曲线。在2kHz以上，这三条线，特别是0度与30度的开始大辐分开，表明高于这个频率，单元的指向性变差，因而分频点不应该高于2kHz太多。
　　　　　题外话，许多朋友的两分频系统动不动分到4k，5kHz，我觉得通常是不合理的，除非高音单元太差太差。观察大多数单元的指向性和失真情况，我觉得一般5寸的最好分在3kHz以下，6寸半的最好在2.5kHz以下，而8寸么，最好不要高于2kHz。但高音可能吃不消？那就换高音呗。
　　总之，观察频响曲线时，除了要分析这个曲线是怎么测出来的之外，看的主要就是分频可能需要怎么设计，能不能设计得好。未经过分频处理的单元的频响曲线，犹如璞玉未琢，可能很难看，但并不能说明这个单元的素质就不好，因为还需要你量体裁衣、扬长避短。当然，这需要一定的知识和经验。
　　



……待修订，请大家补充……

红颜白发

留个位慢慢看

a84077252

留个位慢慢看

比克大魔王

留个位慢慢看

zsy75

回复 1# okra


    我想请斑竹讲讲怎么看曲线。

904905005

做好准备先

qingdiy

留个小板凳等开课

wengui

留个位慢慢等...

hupo99

快点，我已经看完！

6n9

慢慢等...开课

XXXY

等了好久，还没开始…屁屁都痛了

石头剪子布

能否从叭的主要数据来分析对叭的正面或负面影响说起。

胜德茶艺

我经常用le和qms分辩声音风格，le越小，声音越通透（包括低音）细节越多，le越大，声音就越蒙。qms越小，低音就薄，声音就轻盈（喇叭也好推点）。qms越大，低音就越厚（喇叭也难推点）

CC中原

听听课先

cjdmp

不喜欢这样的，像拉的双眼皮


天然的，好。

HP911

留位，好好学习，天天向上。

q-mengwjq828

专心听讲，

蔓蔓刘

主要是想知道怎么通过参数和频率.阻抗曲线设计分频器........大家说分频器是灵魂

闭门自烧

好贴，密切留意。请O版尽快来讲课让我这只菜鸟多吸收营养

jinshiyanwt

下文呢？