【专题】知之非难，行之不易 小谈扬声器的失真（连载3）

瞬态失真

我们在家里听音乐时，音乐信号是不断变化的。从完美的角度，扬声器的振膜也必须完全能根据输入信号的变化而变化，能够做到一个信号出现时它马上启动，信号消失时它能马上停止下来，但实际上不可能有这样的扬声器出现，所以扬声器必定存在瞬态失真的问题。怎么才能够知道扬声器的瞬态失真？使用音频分析软件给扬声器输入一个脉冲信号就可以分析出扬声器的瞬态特性。瞬态响应特性越好的扬声器听起来越是清晰，解析度越高，速度越快。

输入的脉冲信号

经过扬声器之后测得的结果大概就是这样

相位失真

当今的扬声器采用两路，或多路分频设计，因此一只扬声器里面安装了多只驱动单元发声，通过分频器让不同的驱动单元负责播放不同频率范围的声音。目的是为了实现更宽广的声音频率播放，还能降低总谐波失真。但是也会引发另一个问题，那就是相位失真的问题。这里面主要有两方面。第一，由于不同驱动单元安装在扬声器箱体的不同位置，不同驱动单元发出的声音到达人耳的路径会存在差异。有的厂商开发出同轴驱动器，将所有驱动器置于同一平面上。第二，分频器里面同样有电容，电感元件，这些元件会改变相位。

说到这里，其实我们在调整家庭影院环绕声系统时就需要给AV功放设定不同声道声道扬声器的延时，目的就是让每只扬声器的相位对齐。其中，低音音箱与其他声道之间的相位非常重要，毕竟低音音箱需要播放其他声道的低音信息，必须让它们发出的声音同时到达参考位置。这里就牵涉到扬声器的摆放以及信号处理产生的延时问题，尤其是绝大多数的有源低音音箱内部会有低通滤波电路，这个电路就会影响相位。不过，当今的家庭影院放大器内置的扬声器/房间修正功能可以一定程度上帮助用户解决这些问题。

图1

图2

因为工作关系，我的日常生活以及工作都会接触到音响。在办公室桌面有一对属于我私人拥有的Dynaudio Contour 1.1，是一款2分频2单元的小书架音箱，低音驱动器的口径只有5英寸，在当年属于入门级产品。Contour 1.1如今听起来虽然声音解析度一般，但声音听起来端正平顺，听着挺舒服。有一天，我测试了它的频响（图2）和总谐波失真（图1）。

在频率响应方面，Contour 1.1在2kHz以上有较大的颠簸，而且高频大概从12kHz之后就快速衰减，所以Contour 1.1的高频偏暗，而低频从100Hz开始衰减，80Hz（-3dB）,70Hz（-6dB）。在总谐波失真（THD）方面，我以80dB声压级，输入扫频频率范围20Hz~20kHz，这里可以看到扬声器的总谐波失真（THD）曲线的走向是高频失真最低，然后保持一段相对平稳的阶段，到了150Hz之后失真开始加大，到50Hz已经到2%左右，这是一条典型的扬声器总谐波失真曲线，这对于一对小型入门级书架音箱来说属于理想状态。

这里提出一个问题，要是给这个音箱加上一对有源低音音箱，用来扩展它的低频响应，那么分频点该怎么控制呢？只按照Contour 1.1的频率响应曲线来确定，还是同时结合总谐波失真曲线来选择另一个分频点呢？

最近有一位音响发烧友老是埋怨自己的音箱听来总是有点硬的感觉，即使换了音箱线，信号线有所改善，但依旧还是有硬的感觉，不够耐听，问我有什么办法能优化一下。这位音响发烧友所使用的音箱也是一对2路2单元的书架音箱，中低音驱动器的口径为6.5英寸。好奇心的驱使下我测试了这款音箱的总谐波失真，结果如下（图3）：

图3

同样以80dB输出声压级，可以看到这款扬声器的失真曲线十分夸张。其中，黑色曲线为总谐波失真曲线，黄色为三次谐波失真曲线。这款扬声器在大概800Hz~2kHz范围内有一个剧烈的失真，而且还是三次谐波失真引起，所以中频听起来硬就是其中一个重要的原因，这很大可能性属于设计上，或者驱动单元自身性能的缺陷。另外，低音部分失真也是从150Hz之后开始升高。

图4

图5

还有一个发烧友觉得自己的扬声器低音听起来很厚，也很浑浊，认为是功放的控制力不够好，于是尝试拿另外的功放试试，只能说有改善，但依旧还是那个问题，测试了一下就发现如下结果（图4）。发现这扬声器在250Hz开始失真提高，90Hz附近出现一个很峰。另外，在大概1.8kHz附近也有一个强烈的失真，然后在频响曲线（图5）上，在2KHz~3kHz范围有一个谷，这有可能是高音驱动器的下限不够所致。但考虑到扬声器本身的售价低廉，不能要求太高。

扬声器的总谐波失真除了跟播放频率有关系之外，跟输出声压级也有关系，输出声压级越大，失真越大，反之越小。比如说接下来的两个测试，分别是声压级80dB和90dB时的测试，测试对象是一款2路3单元的书架音箱，低音驱动器的口径为5英寸。

图6

图7

外国网友对JBL 4367扬声器的测试，图片来自网络，仅供参考

另外，转载一下国外ASR论坛上一名网友对JBL 4367扬声器的测试，JBL 4367是一款采用D2430K压缩驱动器 + HDI号角，再配上2216ND-1 15英寸低音驱动器的2分频2单元音箱。可以看到，网友给出了2个失真测试数据，分别是86dB和96dB声压级。在90dB的测试图显示，50Hz的总谐波失真大概在-45dB，换算过来就是0.56%左右。而且从250Hz~1.4KHz范围低于-50dB。

从以上的参考数据可以看到，扬声器高频部分的总谐波失真都比较低，低频部分的失真相对较大。例如，采用6.5英寸、5英寸口径低音驱动器的，低频的失真从100Hz、150Hz，甚至200Hz左右就会开始增大，比较优秀的可以到80Hz。相比之下，大口径低音驱动器在失真方面往往要低于小口径低音驱动器。

小口径低频驱动器在播放低频时，因为有效驱动空气的面积较小（相比起大口径低频驱动器），如果要让低频部分实现更好的延伸（俗称“下潜”），只能通过更大的冲程才能实现。更大的冲程意味着音圈的位移也会加大，一方面音圈会超出线性位移范围，另一方面机械部件的形变也会加大，导致总谐波失真会急剧增加。但对于小型书架音箱来说，设计师往往都会牺牲一下低频的失真来换取更好的低频延伸，目的是为了在听感上的平衡，这就是音响发烧友经常“高中低三段均衡”。否则低音听感少，你会觉得非常不舒服。

相比之下，大口径低音驱动器因为有效驱动空气面积大，只需要更小冲程就能驱动相同的空气，容易实现更低的失真，所以听起来更宽松自然，质感更好，所以资深发烧友基本上都追求大口径驱动器的扬声器。

未完待续

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