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深入探討——什么構(gòu)成好的揚(yáng)聲器?

發(fā)布時(shí)間:2017-09-07 瀏覽次數(shù):2498

為什么有些揚(yáng)聲器價(jià)格那么高?為了更好了解這個(gè)問題,我們來(lái)深入看一下?lián)P聲器的組件。

準(zhǔn)確的說(shuō),我們應(yīng)該把“揚(yáng)聲器”稱為一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。它是由一些換能器、一個(gè)分頻器、一個(gè)箱體和一些附加零件組成的系統(tǒng)。
  揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須了解揚(yáng)聲器系統(tǒng)部件之間復(fù)雜的相互作用。
  把好的部件組裝在一起并不能保證一個(gè)好的系統(tǒng)。(注意:在接下來(lái)的文章中,我會(huì)把揚(yáng)聲器系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為揚(yáng)聲器。)
如果必須用一個(gè)詞來(lái)描述揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)過(guò)程,我覺得“權(quán)衡折衷”這個(gè)詞最適合不過(guò)。因?yàn)閾P(yáng)聲器的性能表現(xiàn)和最終成本存在著權(quán)衡取舍。
  這也是為什么我們很難去比較不同廠家的揚(yáng)聲器。如果單從某一性能指標(biāo)上來(lái)看(比如額定功率),某個(gè)揚(yáng)聲器可能會(huì)顯得更為出色。但是當(dāng)我們考慮揚(yáng)聲器系統(tǒng)的整體性能,它可能反而會(huì)稍遜一籌。
  為什么有些揚(yáng)聲器會(huì)貴得多呢?為了更好的了解這個(gè)問題,我們來(lái)看一下?lián)P聲器的組件。
換能器的真相
  換能器是揚(yáng)聲器的心臟。這些換能器將電能轉(zhuǎn)化為聲能。絕大部分?jǐn)U聲換能器是活塞式換能器。
  相比于上世紀(jì)初研究生產(chǎn)的換能器,現(xiàn)代設(shè)計(jì)在工作原理上基本沒有太大的變化。隨著技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了更好的材料,重量輕,成本低。但是揚(yáng)聲器的發(fā)聲原理基本還是通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)引起周圍空氣分子振動(dòng)。
  沒有一個(gè)換能器可以在全頻范圍提供聽音所需的能量。因此,大部分揚(yáng)聲器是兩分頻或者三分頻的設(shè)計(jì),內(nèi)置專用低頻、中頻和(或)高頻換能器。
  比起兩分頻設(shè)計(jì),三分頻設(shè)計(jì)需要更多換能器,所以三分頻設(shè)計(jì)成本更高。

非常重要的盆架設(shè)計(jì)部件
  盆架設(shè)計(jì)工藝是影響低頻換能器價(jià)格的重要因素。沖壓工藝制成的揚(yáng)聲器盆架成本更低,因?yàn)槠渲谱鞴に嚭?jiǎn)單、原材料耗量少。而壓鑄工藝制成的揚(yáng)聲器盆架因?yàn)殄F盆振動(dòng)而變形的可能性更小。
  同時(shí),比起沖壓式盆架,壓鑄式盆架質(zhì)量和重量更大,相應(yīng)的,制作成本也更高。由于加載到換能器的大部分電能以熱能的形式消耗,我們可以通過(guò)提高散熱性能來(lái)實(shí)現(xiàn)其性能的優(yōu)化。

  錐盆材料的選用必須權(quán)衡其質(zhì)量、強(qiáng)度和成本。盡管我們已經(jīng)能夠用一些特殊材料(esoteric materials)制作揚(yáng)聲器錐盆,但紙質(zhì)材料依然是最常用的,因?yàn)樵跈?quán)衡各種屬性特點(diǎn)后,它是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。低頻換能器的成本大概在幾十美金到幾百美金之間。
  揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)決定了他們選擇怎樣的錐盆材料。如果有價(jià)格成本的限制,他們會(huì)選擇成本更低的單元。如果是為了追求更高的質(zhì)量和性能,他們會(huì)傾向于選擇價(jià)格更高的單元型號(hào)。
  擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器的中頻單元和高頻單元通常采用號(hào)筒負(fù)載設(shè)計(jì)。號(hào)筒負(fù)載提供高聲壓級(jí)的同時(shí),還可以控制聲音輻射模式。號(hào)筒可以由很多材料構(gòu)成,包括木材、金屬、玻璃纖維和塑料。
  ABS塑料號(hào)筒因?yàn)槠涑杀镜?、重量輕、制作簡(jiǎn)單而最為常用。玻璃纖維號(hào)筒強(qiáng)度更大,但是因?yàn)樗谱麟y度高,所以成本也相應(yīng)增加。低頻號(hào)筒的尺寸很大,所以往往會(huì)采用木質(zhì)材料。
  號(hào)筒驅(qū)動(dòng)器(換能器)在揚(yáng)聲器系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。成本相對(duì)較低的壓電驅(qū)動(dòng)器,或者壓縮驅(qū)動(dòng)器都可以用于號(hào)筒負(fù)載的設(shè)計(jì)。錐盆式揚(yáng)聲器也可以作為號(hào)筒驅(qū)動(dòng)器使用。
  壓縮驅(qū)動(dòng)器是重放大量中頻和高頻的最佳選擇。壓縮驅(qū)動(dòng)器優(yōu)于低成本壓電驅(qū)動(dòng)器,因?yàn)樗男屎捅U娑雀摺?br />  換能器的磁體結(jié)構(gòu)也是影響成本的重要因素。大型磁體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更大的磁場(chǎng)密度(一般等同于更高效率),也會(huì)相應(yīng)地增加磁體的重量。這種磁體結(jié)構(gòu)必須有壓鑄式盆架作為支撐才可以使用。稀土元素,比如釹,相比起傳統(tǒng)磁性材料,僅需要很小一部分的釹,就可以產(chǎn)生更強(qiáng)大的磁場(chǎng)。釹也是常用磁性材料中最貴的。
有些揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家會(huì)生產(chǎn)他們自己的換能器。這可以讓他們更好的控制供應(yīng)鏈,并在特定的揚(yáng)聲器系統(tǒng)中優(yōu)化部件的性能。
  絕大部分揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家會(huì)把OEM廠商作為他們換能器的供應(yīng)商。OEM廠商在生產(chǎn)方面非常高效,因?yàn)檫@就是他們所擅長(zhǎng)的事情。絕大部分OEM廠商為常規(guī)客戶生產(chǎn)和銷售通用的換能器,同時(shí),他們也會(huì)根據(jù)揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家的規(guī)格要求進(jìn)行專利設(shè)計(jì)。
至關(guān)重要的分頻器
  盡管分頻器的作用一直不受人重視,但分頻器可以說(shuō)是揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中最難的一部分。分頻的主要任務(wù)是把傳輸給每一個(gè)換能器的信號(hào)進(jìn)行帶限,換能器只在它能轉(zhuǎn)化為聲能的頻率范圍內(nèi)工作。原則上,分頻器相當(dāng)于汽車變速器的傳動(dòng)系統(tǒng)。
  當(dāng)你平穩(wěn)地將汽車從0提速到60英里/小時(shí)的時(shí)候,一個(gè)好的傳動(dòng)系統(tǒng)可以讓輪子越轉(zhuǎn)越快(提高頻率)。齒輪的變速應(yīng)該是自然流暢而且完美的。一個(gè)好的分頻器設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)如此。它可以在低頻、中頻和高頻之間平滑過(guò)渡。

  被動(dòng)分頻器,從另一方面來(lái)說(shuō),是由被動(dòng)式電器件,如電阻器、電容器、電感器組成的濾波網(wǎng)絡(luò)。批量生產(chǎn)的通用預(yù)制件可以作為被動(dòng)式分頻器使用,但最終,分頻器必須根據(jù)其對(duì)應(yīng)的換能器進(jìn)行優(yōu)化。這個(gè)工作最好由設(shè)計(jì)工程師來(lái)完成。
  一些分頻器會(huì)安裝在印刷電路板(PCB)上。這樣安裝不僅簡(jiǎn)潔美觀,而且容易批量生產(chǎn),相應(yīng)地會(huì)降低生產(chǎn)成本。這種安裝方式十分適用于小功率應(yīng)用,但如果驅(qū)動(dòng)過(guò)載,印刷電路板會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而損壞。
  印刷電路板(PCB)還可能因?yàn)殡姼羞^(guò)大而彎曲或斷裂。這就是為什么很多生產(chǎn)廠家堅(jiān)持采用分頻器硬連接設(shè)計(jì)方式(Hard Wire)。硬連接設(shè)計(jì)必須手工操作完成,而且完成后的外觀效果往往不是很好。但比起一個(gè)PCB分頻器,硬連接設(shè)計(jì)的分頻器更堅(jiān)固(而且更昂貴)。
  一些揚(yáng)聲器系統(tǒng)沒有內(nèi)置分頻器。這類揚(yáng)聲器系統(tǒng)由專業(yè)的電子處理設(shè)備驅(qū)動(dòng),在信號(hào)發(fā)送到功率放大器之完成信號(hào)處理過(guò)程,我們稱其為主動(dòng)式分頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
  理論上來(lái)說(shuō),這樣的設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠節(jié)省揚(yáng)聲器本身的生產(chǎn)成本(更少的部件),但這類揚(yáng)聲器在系統(tǒng)搭建時(shí)需要外置處理器,甚至需要更多的功率放大器通道,所以最終成本往往會(huì)更高。比起被動(dòng)式分頻揚(yáng)聲器,主動(dòng)式分頻揚(yáng)聲器可以提供更高保真和更大的聲壓級(jí)(SPL)。
  盡管如此,比起主動(dòng)式分頻設(shè)計(jì),一個(gè)優(yōu)質(zhì)的被動(dòng)式分頻設(shè)計(jì)的揚(yáng)聲器可以在總成本更低的情況下提供出色的音質(zhì),而且在連接和調(diào)試方面也相對(duì)簡(jiǎn)單。
箱體
  揚(yáng)聲器箱體和它的結(jié)構(gòu)也是影響揚(yáng)聲器價(jià)格的重要因素。箱體必須十分強(qiáng)硬堅(jiān)固。振動(dòng)的箱體本身就是一個(gè)換能器,它會(huì)和其它換能器相互作用并降低整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。一個(gè)堅(jiān)固的箱體要求質(zhì)量很大、有很多筋板條,或者兩者兼具。代價(jià)是箱體的重量很大。

(參考RunningMan RLM系列)

  混凝土作為箱體材料是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,但是只適用于定制的次低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)。中密度纖維板(MDF)也是比較適合制作箱體的材料。中密度纖維板密度大而且成本低,但是材料本身非常重,而且受潮后容易彎曲。
刨花板(Particle board)制成的箱體成本低,但應(yīng)該盡量避免使用。膠合板(Plywood)比中密度纖維板更輕、強(qiáng)度更好,但是板層之間有空隙。波羅的海樺木夾板是箱體材料最好的選擇(超過(guò)11層板,而且板層之間沒有空隙),但是同樣也是揚(yáng)聲器生產(chǎn)材料中最貴的木材。
  復(fù)合材料強(qiáng)度大、重量小,但是成本高。玻璃纖維剛性高而且防風(fēng)雨,但是因?yàn)橹圃祀y度高,所以成本比木材和塑料更高。
  近幾年來(lái),模塑箱體(Molded-plastic)逐漸成為常用的揚(yáng)聲器箱體。模塑箱體自重小,而且可以加工使其具備防風(fēng)雨的性能。在經(jīng)過(guò)多年的大批量生產(chǎn)之后,原先高昂的模具成本可以攤薄。這種類型的箱體結(jié)構(gòu)對(duì)箱體較小的揚(yáng)聲器非常實(shí)用,但大型箱體的揚(yáng)聲器需要采用剛性更強(qiáng)的材料。
  吊裝在聽眾席上方的揚(yáng)聲器必須有特制的吊掛件(吊掛點(diǎn))。而且必須經(jīng)過(guò)拉伸測(cè)試(Pull test)來(lái)保證箱體和吊掛件的牢固性與安全性。
  吊裝式揚(yáng)聲器和地面堆疊式揚(yáng)聲器、支柱安裝式揚(yáng)聲器在外觀上沒有很大的不同,但是吊裝揚(yáng)聲器對(duì)箱體構(gòu)造、配套的吊掛件和測(cè)試要求更高,所以成本往往要高的多。
有源揚(yáng)聲器
  前面我和大家說(shuō)過(guò),揚(yáng)聲器是一個(gè)內(nèi)部件相互作用的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以擴(kuò)展,包含功率放大器。功率放大器的選用非常復(fù)雜,而且一旦你選錯(cuò)了功率放大器,后果將不堪設(shè)想。
  為了避免這種情況發(fā)生,一些生產(chǎn)廠家將功率放大器和信號(hào)處理加入到揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中。我們通常稱其為有源揚(yáng)聲器。若采用更早以前的功率放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這種設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn),但對(duì)現(xiàn)代D類功率放大器來(lái)說(shuō),它相對(duì)更小、更輕而且更高效。在不過(guò)度增加體積和重量的情況下,這類功率放大器可以被安裝在揚(yáng)聲器中。

(參考 EAW 自適應(yīng)系統(tǒng)系列)

  這類即插即用的揚(yáng)聲器只需要一個(gè)供電插座,調(diào)音臺(tái)發(fā)送信號(hào)就可以使用。當(dāng)然,比起無(wú)源揚(yáng)聲器,有源揚(yáng)聲器相對(duì)更貴。由于有源揚(yáng)聲器要求交流電源,所以在安裝過(guò)程中會(huì)相對(duì)更難。
  無(wú)源揚(yáng)聲器和有源揚(yáng)聲器可以提供同樣的音質(zhì)。無(wú)論你是傾向于無(wú)源揚(yáng)聲器或有源揚(yáng)聲器,都應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的揚(yáng)聲器類型。

揚(yáng)聲器規(guī)格說(shuō)明
  揚(yáng)聲器在出廠前應(yīng)該經(jīng)過(guò)廠家的一系列測(cè)試,并附有規(guī)格說(shuō)明。有些參數(shù)規(guī)格十分關(guān)鍵,包括靈敏度、功率容量、覆蓋角度和阻抗。
  這些參數(shù)規(guī)格可以幫助人們對(duì)揚(yáng)聲器的性能表現(xiàn)有個(gè)簡(jiǎn)單的了解(揚(yáng)聲器是否適用于這個(gè)項(xiàng)目),但這些參數(shù)規(guī)格不應(yīng)該被拿來(lái)作為品牌間的對(duì)比。對(duì)額定功率來(lái)說(shuō)尤其如此,真正理解額定功率的人不多,所以常常被夸大其詞。不同品牌揚(yáng)聲器之間最大的一點(diǎn)不同,就是在計(jì)算機(jī)模擬程序中可用的揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)比揚(yáng)聲器規(guī)格參數(shù)表的數(shù)據(jù)要深入得多。
  揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)師最常用的軟件就是EASE模擬軟件。還有一個(gè)就是CATT-Acoustic。EASE模擬軟件有自己專用的揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)庫(kù),其它的數(shù)據(jù)庫(kù)(如揚(yáng)聲器通用文件或CLF)則是通用的。
  當(dāng)我們挑選揚(yáng)聲器類型時(shí),最快縮小選擇范圍的方法就是只考慮EASE或者揚(yáng)聲器通用文件(CLF)中提供的型號(hào)。由于產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)需要大量測(cè)試,通常只有專業(yè)產(chǎn)品才能提供。

始終如一的品質(zhì)
  由于揚(yáng)聲器是一個(gè)內(nèi)部件相互作用的系統(tǒng),所使用的換能器必須品質(zhì)相似,而且具有同樣的性能表現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)最佳的表現(xiàn)效果,一個(gè)好的中頻驅(qū)動(dòng)器必須配備好的低頻和高頻驅(qū)動(dòng)器。
  品質(zhì)的要求對(duì)箱體和分頻器同樣重要。把一些高品質(zhì)的部件安裝在一個(gè)廉價(jià)的箱體里是沒有意義的。就相當(dāng)于我們?cè)谏w一個(gè)房子,所有材料的品質(zhì)保持一致才是明智的做法。我們不會(huì)傻到把一個(gè)純金的水龍頭安裝在一個(gè)低廉的水槽上。
  和蓋房子一樣,如果每一個(gè)部件的品質(zhì)都提高一點(diǎn)點(diǎn),整體成本就會(huì)提高很多。
總結(jié)
  當(dāng)你在對(duì)比評(píng)價(jià)揚(yáng)聲器的時(shí)候,記得對(duì)比具有可比性的參數(shù)。你可以從以下特性來(lái)考慮:
  壓鑄式低頻換能器,帶壓縮驅(qū)動(dòng)的玻璃纖維中頻號(hào)角,帶壓縮驅(qū)動(dòng)的ABS塑料高頻號(hào)角,波羅的海樺木夾板箱體,使用配套的吊掛架吊頂安裝,加固的內(nèi)置分頻器(如果適用的話),EASE、CLF性能和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),技術(shù)支持部門和其它配件

  揚(yáng)聲器的成本會(huì)受這些因素或者其它因素所影響,即使在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng),具有這些特性的揚(yáng)聲器也不會(huì)便宜。如果某個(gè)品牌的揚(yáng)聲器價(jià)格是其它品牌的一半,那買家就要當(dāng)心了。
  在購(gòu)買揚(yáng)聲器的時(shí)候,你的投入成本決定了你的回報(bào)。揚(yáng)聲器是一系列權(quán)衡取舍的結(jié)果。
  一個(gè)出色的揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)師會(huì)衡量這些特性,并為它的項(xiàng)目選擇合適的揚(yáng)聲器。

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