【专题】知之非难，行之不易 小谈扬声器的失真（连载2）
前情回顾
箱体、分频器引起的失真
一只扬声器，驱动单元的性能固然重要。但从整体上，箱体、分频器都是扬声器的一部分，这两部分也会产生失真。
对于分频器来说，分频器里面通常有电容、电感、电阻等电子元件，音频电信号经过这些元件之后会产生失真，所以好的电容和电感，价格不便宜，有些音响公司甚至需要定制，价格自然更高。另外，分频点的不合理设定也会产生失真。例如说，分频器对声音频率并不是一刀切下去，而是对分频点以外的频率做衰减。如果分频点设计不合理，尽管从频率响应上看是能衔接得上，但刚好落在两个驱动单元失真较大的区域，那么在两个单元的作用下在分频点附近就会形成一个较大的失真。
对于箱体方面，箱体内部相当于一个房间，也会有驻波、反射声的问题，箱体引起的共振都会产生失真，在听感上会让中音，或者低音变得不干净，清晰度不够，需要通过箱体长宽高比例、箱体材质，结构，内部的辅料方面去妥善解决问题。最常见的做法计算好箱体的容积，把握箱体比例，避免一些驻波，而且箱体内部放入一定量的吸音棉，用于吸收箱体内部的声音反射。
宝华韦健的Matrix结构，设计的目的就是为了降低箱体振动，减少音染
Magico Q5扬声器内部的金属结构
通常使用吸音材料吸收箱体内部的声音，主要是面向低音驱动器，或中音驱动器。因为它们的背面绝大多数都是开放式，所以会对箱体内部辐射声音。相比之下，高音驱动器，甚至某些中音驱动器，它们的背部是密封起来的，通常封闭的腔体内部都有吸音棉，用于吸收高音驱动器的背部声波。但也有一些音响公司会采取针对性的做法来降低失真。比如说，英国宝华韦健Bowers & Wilkins推出的“鹦鹉螺”旗舰音箱，它在高音驱动器和中音驱动器背部有一条长长的导管，目的就是为了吸收高音单元的背波，以减少失真。KEF近年推出的MAT技术也是如此，但是它不是导管，而是一个类似迷宫的MAT部件，安装在同轴驱动器的后方。MAT部件里面有多条长度不同的管道，每个管道对应一个特定频率，达到吸收高音驱动器的背波的作用。对于箱体结构，音响公司会在箱体内部采取一些支撑结构起到加固箱体的作用。比如说，英国宝华韦健Bowers & Wilkins 著名的Matrix结构就是为了加固箱体，还有Magico(魔力)音箱内部复杂的金属支撑结构，也是为了加固箱体，防止共振。当代的音响公司会采用有限元分析（FEA）来分析箱体的振动分布情况，针对振动特别剧烈的部分做针对性的加强结构。
新款KEF扬声器使用了MAT技术，就是驱动器后方的部件，用于吸收高频驱动器的背波
MAT技术主要是针对600Hz以上的频率进行吸收
对于低音反射式扬声器，倒相管的设计很重要
低音反射式设计是扬声器当中十分常见，可以提高灵敏度，让低频延伸更低。但千万不要以为低音反射式就是给箱体挖个洞，再装上一根管子那么简单。实际上，倒相管的设计也是大有学问，否则倒相管也是一个引起失真的部件。当驱动单元发声时，振膜往后移动会压缩箱体内的空气，然后从倒相管中排出，当振膜往前移动时，又从箱体外部吸入空气，所以管道中会有进进出出的气流，空气在管道里流动就有流阻，流阻是非线性的，取决于管道中的空气速度。当驱动单元播放声音时，振膜的运动幅度大小不断改变，管道中的空气速度也不断变化，流阻也随之不断变化会造成管道内的气流紊乱会产生噪音。另外，空气是有惯性的。当振膜往后移动将箱体内部的空气压缩，再通过管道推往外部。当振膜往前移动时，因为空气但惯性问题，吸入需要一定时间。但这时候振膜已经往前运动，与空气的进入形成一定的滞后，这对音圈运动造成影响，也会引起磁路产生失真。
从倒相管想到了压缩驱动器
说到倒相管，我也想到了压缩驱动器。它被广泛的应用在专业扬声器里面，通常负责高频和中频的回放。另外，少数的家用扬声器里面也使用压缩驱动器。压缩驱动器搭配号角波导器一起使用，被人称为“号角喇叭”。号角喇叭的好处是灵敏度高，轻松发出强大的声压。它们通常会搭配大口径的低音驱动器工作。对于发烧友来说，号角喇叭听交响乐，钢琴的录音，气势和动态都好出色。
对于压缩驱动器，因为有压缩腔体，有喉嘴。振膜往前运动时会压缩腔体内部的空气，再从喉嘴输出，往后运动时又会从外面吸入空气，这过程跟倒相管道无异，一样会产生失真。而且这里面还牵涉到压缩比的问题。比如说，振膜越大，喉嘴越小，压缩比越大，失真越大，相反压缩比越小，失真相对小。所以要设计一个“HIFI级”的压缩驱动器的确不是一件容易的事情。
压缩驱动器 + 号角是专业音响中最常用的扩音方式，这种方式效率高，能够输出强劲的声压，在音响发烧友里面也有人喜欢压缩驱动器 + 号角的声音
频率响应失真
“频率响应失真”我相信很多人还是头一次看到这样的说法。其实失真的含义就是指信号在传输过程中与原有信号（或标准）相比所发生的偏差。在测试扬声器时，测试音频信号的频率响应范围从20Hz~20kHz，频响曲线是平直的，经过扬声器播放之后最终由测试麦克风接收，最终得到扬声器的频响曲线，与原来的标准对比起来就有很大的差异，扬声器的频率响应不可能像输入信号那么平直，所以没有任何一款扬声器不存在频率响应失真。但同时你会发现，几乎每一款扬声器的频率响应曲线都会有一段处于比较平稳的，平均输出声压级最高的范围，这就是扬声器的频率响应。
另外，这里的频率响应曲线通常都是近场测试，或者在专业消声室里面测得的结果。实际上，扬声器到了消费者家里因为房间声学因素的影响，频响曲线会被改变得更厉害，频率响应失真越严重。有追求的，财力允许的发烧友会有一个独立的听音室，然后做好声学处理，甚至会借助音频处理器来修正频率响应曲线。
对于采用音频处理器来修正频响曲线，我相信很多学员都熟悉不过。它的原理就是提高，或者降低某一段频率的电平来改变扬声器的输出声压，用于补偿聆听区域的频响曲线。如果是提高电平来补偿，意味着扬声器的总谐波失真会提高，补偿程度越大，失真越大。音频处理器的均衡功能要慎用。
修正前的频率响应
修正后的频率响应
//
未完待续
【专题】知之非难，行之不易 小谈扬声器的失真（连载3）
前情回顾
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
相关问答
为何音箱会失真??声音怪怪的-ZOL问答
为何音箱会失真??声音怪怪的音箱讨论回答(6)你调整一下音量属性,不行的话就在驱动精灵上下载一个声音的驱动再来重新设置就可以了。有失真效果器吗?失真...
电脑音响声音失真是为什么-ZOL问答
音箱讨论回答(4)声音失真一般是声卡驱动的问题,更新声卡驱动,可以去官方网站下载最新声卡驱动试试.测试是音响的问题还是电脑的问题可以使用替换法:用个耳麦...
音响开大后声音失真是怎么回事?
声音开大就失真有两种情况,1.扬声器,当前的扬声器无一不是音量大就失真,因为当前的扬声器都是非线性的,随着音量的增大,互调失真、谐波失真、瞬态失真随之增...
音响怎么调失真?
按如下步骤查出问题予以解决:1.首先检查前级。用监听耳机看调音台输出信号有无失真。若有,减小输入信号幅度,调整一下简易高中低音增益。将调音台输出幅度调...
音频失真过大怎么解决?
方法1/5首先检查音箱输入信号线是否接错,接线错误会导致声音失真。声卡与多媒体音箱的连线一端是3.5双道插头;另一端为莲花插头的音频信号线,对于有源音箱的...
音响失真原因及解决办法?
一、谐波失真这种失真是由电路中的非线性元件引起的,信号通过这些元件后,产生了新的频率分量(谐波),这些新的频率分量对原信号形成干扰,这种失真的特点是输...
音响音质变差?
音箱的音质不好,可以通过试听或音箱性能测试来知道。常见的音质不好现象、原因及解决办法如下:1.低音不够,有轰轰声。可能是箱内吸声材料太少,声阻尼不够...
什么是音箱失真，为什么会失真?
音响的失真度是音响的一个参数,就是给音响输入一个信号,音响就会输出一个信号,那音响的输出信号与音响的输入信号相比较,变化了多少,这个变化的量用百分比来...
音箱失真是功放功率小吗?
音箱失真不是功放功率小的问题,。功放功率小只会对音箱产生推动不足的情况,而不会产生音箱失真。失真一般由下列情况之一产生:1,功放机与音箱不匹配,比如大...
卓乐ja02音箱失真怎么调?
卓乐ja02音箱出现失真时,可以尝试通过调整音量,降低音量到合适的水平,避免过载造成失真。另外,可以尝试通过调整音箱的均衡器,减少低音或高音的频率,使音频...