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音箱谐振频率 深度干货丨家庭音响,听音环境的黄金比例(收藏)

深度干货丨家庭音响,听音环境的黄金比例(收藏)

一间房的高、阔、长的比例是十分重要的。

大套组合在一间理想的房子里,回放时便有最佳的频率响应宽度(Frequency Response Range)。换句话说,组合所能播放的最高至最低频率也可以尽情发挥,平衡度亦高,驻波情况极微。第一反射音波(Primary Reflection)和多次反射音波(Secondary Reflection)的互相干扰程度不至造成混乱。基音(Fundamental)和谐波(Harmonics)的结合又能尽善尽美。

声学是一门几乎是难以捉摸,高深莫测的学问。多年来,声学专家都费尽心思找寻最理想的比例,也就是发烧友口中的“黄金比例” 了。 关于“黄金比例”各专家都有不同的说法,其中有一个比较倾向的那就是0.618:1:1:10618, 也就是高8尺,宽13尺,长21尺,空间体积2,184平方尺。

0.618:1:1.618 这一比例是最古老的一个传说,源自Leonardo Fibonacci。他在十二世纪时到埃及采取金字塔建筑的秘密。他得到了1:0.618的数位比例。三百年后,数学家LUCAS PACIOL 深入研究。最后成为声学多个学说中的一个,即0.618:1:1.618。

曾经有人用这比例以粗铁线制成金字塔形状的物体,据说用来藏放容易变坏的东西有更持久的作用,例如食物、刀片等等。有人做过这样的试验,把两张湿了水的刀片分别放在塔内和塔外。外边的一张在五天后开始生锈。塔内的一张竟然锋利如昔, 直至个多月后才见锈迹!

在同一房高的比例中,空间越大,回放的空间感也越大, 低频的回放也越理想,低频周数也比在较小空间来得低。高频的周波很短,所以一般大小的房间对高频回放没有影响。但低频却是另一回事,20HZ(周)的正负波长一共达到56尺之巨!当然长度足够单一个正波也可以收到20周。这也需要28尺的长度。但这个长度并不是直线量度的,音波并不是我们可以从测量器显示屏的一种平面波形。而且从声源物体(单元)以最大角度向四面八方作约半球形扩散。以书本理论而言,一个10尺高、16尺阔、26尺长的房间就可以有27.7尺的对角长度,也可以听到21至22周的超低频了。

由此看来,房间对声音十分重要。组合可否作全面性发挥主要是“房”。房间虽然越大越好,不过,以市面买得到的后级输出功率为准。“空间体积”应该不能超过两万立方尺。而这类体积的高、深、阔也足以用器材回放几可乱真的现场感,无论音场深阔度和空间感都有幻真的感觉。房间越静,后级的输出功率的应对效能越轻松。所以,隔音设计得越好越有利。声学可以进一步把“房”的效应提高,不但改善驻波、音波互扰等一切的常见问题,更可以制造比实际体积更大的幻觉空间,从而得到更超卓的现场感受。

听音房间的声学处理

用于欣赏重放音乐的房间,它的听音环境在很大程度上决定了重放声音的音质,音响设备最好,环境不良,也难有好的效果,但这一点常被忽略。房间的声学特性,在很大程 度上与室内装潢及房间布置有关。理想的听音房间的形状尺寸,应按黄金分割比例,三个尺寸(长、宽、高)不成整数倍的关系,以使房间内的驻波影响降低,提高听感。其次要隔声,使房间内外不致干扰,并使声音扩散,还要有适当的吸声,以免声波往复反射激发出某些固有频率(谐振频率) 对声音干扰,造成音染。但在现实生活中,用作听音房间的声学特性一般都不理想,所以若对声音的质量要求很高时,除讯号源和器材外,还要对房间采取一些声学处理。

房间里声源发出的声音通过六个途径传到聆听者的耳朵,①音箱发出的直达声(direct sound),②地板的反射声,③天花板的反射声,④音箱后墙的反射声,⑤两侧墙的反射声,⑥聆听者背后墙壁的反射声。只要改变声波的任一反射条件,就会使声音发生变化。对于反射声的强度必须适当。

我们一般房间的墙面都是相互平行的刚性墙,高度都在3米以下,对16平方米左右的房间而言,在低频段容易产生共振,使某频率声音得到异常加强,造成低音轰鸣声,严重影响重放声的质量,这种音染是家庭听音室最常见的问题。这种房间共振还会使某些频率(主要是低频)的声音在空间分布上很不均匀。产生音染可能性最大的频率为100~175Hz,以及250Hz附近。

对房间的声学处理,重点在侧墙和天花板。 原则上室内声波的处理扩散应多于吸收,目的是使共振强度降低,要防止过度使用吸音材料,以免房间的混响时间太短( 0.3秒)而使声音干涩不圆润。对音箱后面的墙壁,最好不要有大片吸声物质,通常不需作处理,砖墙或水泥墙面会使声音饱满,充满活力。

侧墙可均匀适当地设置一些吸声和扩散物,如厚重的羊毛毯就是极好的全频吸声物体,薄的地毯及壁毯只对高频有吸收作用。

木制无门书柜则是一种很好的声音扩散物,用来调整低频有很好效果。此外,桌、椅、床垫、沙发等家具都能对声音的传播起调整作用,都可用作声学处理。

最理想的声学处理是在侧墙上贴以适当的扩散板,但费用昂贵,又影响美观,一般家庭很难接受。

凸圆弧是很好的声音扩散兼有吸声的装置,可以适当利用。

在作吸声处理时,墙壁的下半部比上半部更重要,可使用穿孔板及薄板等共振吸声结构处理。

薄的地毯、挂帘、壁毯等主要对高频有吸收作用,对低频的吸声作用很小,太多使用会导致房间里的中、高频声音的混响时间偏短,使得声音缺乏色彩,不够明亮。

木质墙裙等木板,可有效吸收低频,但在安装时要与墙壁间留有适当空隙,必要时在其间还要放置吸声材料。但切记不能把大量的夹板钉在墙上,也不要大量在房间里敷贴吸声毯和帷帘。否则,由于高频被大量吸收,会造成声音死板发干,细节减少,以及音量的减小。

为了使声音很好扩散,不致来回聚在一起成为有害的驻波,就要改变该频率声音的行进路线,需要注意的是那些用以扩散声音的板或装置必须有足够大的尺寸,至少要达到声音波长的一半,否则不足以达成改变声波行进之效果,如100Hz的中低频要求超过3.4m或1.7m ,1000Hz的中频要求超过34cm或17cm。可见,驻波的有害影响,最实际的方法还是移动音箱或聆听位置。但格状结构的书架具有声波扩散作用,百页窗也有一定的声波扩散效果。

架空的木地板对低频有吸收作用,在房间较小时,就可以防止低频量感的过度。如果房间里声音的低频发出轰鸣声,可在地板的近反射声的反射点附近,铺设厚重的羊毛地毯。

当声音刺耳、低频量感不够,显得单薄,而音量开大又吵人时,就应在两侧墙的近反射声的反射点设置吸声物覆盖处理。如果发现声音太干,应优先取掉地毯。房间角落放置玻璃纤维作成的吸声块或布坐垫,可作混响时间的最后调整。

房间的隔声一般均不理想,听音房间的理想隔声对一般家庭而言是难以办到的,门、窗、墙、地板和天花板都会将室外的声音传进来,并将室内的声音传出去,特别是对低频传得更远。门窗是隔声的薄弱环节,通常能作处理的也只有门和窗两项,如可将窗作成双层,即在已有的窗上再加一层,当然这时的窗要有好的密封性,这是花费最少而效果不错的方法。对于门的隔声处理,可以采取带空腔的中空双层门,面板使用胶合板制作,中间铺敷吸声棉。墙的隔声量与它的厚度及表面处理有关,对已建好的砖墙的两面均匀地抹上一层水泥,提高它的面密度是最有效而经济的增大隔声量的方法。泄漏声音的缝隙和孔洞对房间的隔声也有影响,特别对中频部分的隔声量影响较大,必须封死。

对于客厅,由于通道的关系而影响室内声场的平衡,可在不对称的墙面与角落加上吸声材料,以尽可能让两侧的反射声均衡。

听音房间对回放声音质量的影响远较一般人想象为大,实际上改变聆听空间的特性,其收效常比更换器材为大。

本文来自richcoln

扬声器的谐振频率(F0)

是指扬声器从低音域开始振动时,振动板最强烈振动所在点对应的频率,在测量扬声器单元阻抗特性时,阻抗曲线上阻抗值第一次达到最大值时(即Zmax)所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率,简称F0。为了便于理解,我们可以把扬声器的振动系统看成是具有一定质量的惯性体,而把折环和弹波看成一个弹性体,这时扬声器的整个振动系统就象一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物。从物理学中我们知道,它们具有一个固定的谐振点。扬声器单元在谐振频率处振动系统的振幅最大,扬声器音圈在气隙中运动时产生的反向感应电动势也最大。在F0以下,由于受扬声器振动系统劲度的控制,扬声器输出音压以接近12dB/oct的速度下降,因此扬声器的谐振频率点也是重放下限频率点。

关于扬声器的谐振频率F0综合一下有三点:

①最强烈的振动对应频率点

②低音重放下限频率点

③阻抗曲线峰值对应频率点

式中:So :是振动系统的等效力劲,即支撑振动系统的鼓纸Edge和弹波等弹簧系统的刚度,其倒数是顺性Cms=1/ So

Cms :即顺性Co,表示上述弹簧系统的柔软度。力劲小,顺性大。(单位为Kg)

Mms :即振动系统的等效质量。是以鼓纸和音圈为主的振动系统等效质量Mmd及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和。(单位为Kg)

从上式可以看出,扬声器单元的谐振频率与振动系统的等效力劲的平方根成正比,与振动系统的等效质量的平方根成反比。要降低Fo值,振动系统就要重些,鼓纸边布和弹波要柔软些。

共振 :即策动力的频率与振动物体的固有频率相等时,振动物体的振幅最大,此种现象称为共振。

测试Fo值通常是在20℃相对湿度60%的条件下进行,Fo测试用Fo高速测定器,(台湾阳光Sunligh Fo高速测定器Model-7117K)。用自动扫频振荡器(台湾阳光Sunlig自动扫频振荡器Model-7116C)可以粗略的测试其Fo值,但速度很慢,且不够精确。

业余爱好者可用下恒压法测量扬声器单元的谐振频率。按图连接好,图中的R的阻值应小于扬声器额定阻抗值的十分之一。根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电压(大概1.0V)不变的情况下,这时扬声器音圈中的电流将最小。当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,电阻R两端毫伏表的电压值将逐步下降。当毫伏表的电压值下降至最小时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。

亦可用下恒流法测量扬声器单元的谐振频率。按图连接好,根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电流不变的情况下,在阻抗最大时扬声器两端的电压(U=IR,I为恒定)将最大。当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,扬声器两端AC电压表的电压值将逐步上升。当AC压表的电压值第一次上升至最大时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。

影响Fo的条件

1.自然条件:温度和湿度,湿度越大,F0越低。温度越高,Fo越低。

2.原材料:鼓纸的F0,弹波的柔软度。

3.输入功率:通常在额定输入功率范围以内,输入功率如大时,低音谐振稍许下降,但将输入功率增加大超过额定输入功率之外时,F0反会升高。

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