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什么构成好的扬声器?济南三虎科技

2017-02-16 13:35:50 点击数:

为什么有些扬声器价格那么高?为了更好了解这个问题,我们来深入看一下扬声器的组件。
 
准确的说,我们应该把“扬声器”称为一个扬声器系统。它是由一些换能器、一个分频器、一个箱体和一些附加零件组成的系统。

扬声器系统设计师必须了解扬声器系统部件之间复杂的相互作用。

把好的部件组装在一起并不能保证一个好的系统。(注意:在接下来的文章中,我会把扬声器系统简称为扬声器。)

如果必须用一个词来描述扬声器的设计过程,我觉得“权衡折衷”(compromise)这个词最适合不过。因为扬声器的性能表现和最终成本存在着权衡取舍。

这也是为什么我们很难去比较不同厂家的扬声器。如果单从某一性能指标上来看(比如额定功率),某个扬声器可能会显得更为出色。但是当我们考虑扬声器系统的整体性能,它可能反而会稍逊一筹。

为什么有些扬声器会贵得多呢?为了更好的了解这个问题,我们来看一下扬声器的组件。

换能器的真相

换能器是扬声器的心脏。这些换能器将电能转化为声能。绝大部分扩声换能器是活塞式换能器。

相比于上世纪初研究生产的换能器,现代设计在工作原理上基本没有太大的变化。随着技术的发展,出现了更好的材料,重量轻,成本低。但是扬声器的发声原理基本还是通过活塞运动引起周围空气分子振动。

没有一个换能器可以在全频范围提供听音所需的能量。因此,大部分扬声器是两分频或者三分频的设计,内置专用低频、中频和(或)高频换能器。

比起两分频设计,三分频设计需要更多换能器,所以三分频设计成本更高。

非常重要的盆架设计部件

盆架设计工艺是影响低频换能器价格的重要因素。冲压工艺制成的扬声器盆架成本更低,因为其制作工艺简单、原材料耗量少。而压铸工艺制成的扬声器盆架因为锥盆振动而变形的可能性更小。

同时,比起冲压式盆架,压铸式盆架质量和重量更大,相应的,制作成本也更高。由于加载到换能器的大部分电能以热能的形式消耗,我们可以通过提高散热性能来实现其性能的优化。

锥盆材料的选用必须权衡其质量、强度和成本。尽管我们已经能够用一些特殊材料(esoteric materials)制作扬声器锥盆,但纸质材料依然是最常用的,因为在权衡各种属性特点后,它是一个不错的选择。低频换能器的成本大概在几十美金到几百美金之间。

扬声器系统设计师的设计动机决定了他们选择怎样的锥盆材料。如果有价格成本的限制,他们会选择成本更低的单元。如果是为了追求更高的质量和性能,他们会倾向于选择价格更高的单元型号。

扩声系统扬声器的中频单元和高频单元通常采用号筒负载设计。号筒负载提供高声压级的同时,还可以控制声音辐射模式。号筒可以由很多材料构成,包括木材、金属、玻璃纤维和塑料。

ABS塑料号筒因为其成本低、重量轻、制作简单而最为常用。玻璃纤维号筒强度更大,但是因为它制作难度高,所以成本也相应增加。低频号筒的尺寸很大,所以往往会采用木质材料。

号筒驱动器(换能器)在扬声器系统中起着举足轻重的作用。成本相对较低的压电驱动器,或者压缩驱动器都可以用于号筒负载的设计。锥盆式扬声器也可以作为号筒驱动器使用。

压缩驱动器是重放大量中频和高频的最佳选择。压缩驱动器优于低成本压电驱动器,因为它的效率和保真度更高。

换能器的磁体结构也是影响成本的重要因素。大型磁体结构可以产生更大的磁场密度(一般等同于更高效率),也会相应地增加磁体的重量。这种磁体结构必须有压铸式盆架作为支撑才可以使用。稀土元素,比如钕,相比起传统磁性材料,仅需要很小一部分的钕,就可以产生更强大的磁场。钕也是常用磁性材料中最贵的。

有些扬声器生产厂家会生产他们自己的换能器。这可以让他们更好的控制供应链,并在特定的扬声器系统中优化部件的性能。

绝大部分扬声器生产厂家会把OEM厂商作为他们换能器的供应商。OEM厂商在生产方面非常高效,因为这就是他们所擅长的事情。绝大部分OEM厂商为常规客户生产和销售通用的换能器,同时,他们也会根据扬声器生产厂家的规格要求进行专利设计。

至关重要的分频器

尽管分频器的作用一直不受人重视,但分频器可以说是扬声器设计中最难的一部分。分频的主要任务是把传输给每一个换能器的信号进行带限,换能器只在它能转化为声能的频率范围内工作。原则上,分频器相当于汽车变速器的传动系统。

当你平稳地将汽车从0提速到60英里/小时的时候,一个好的传动系统可以让轮子越转越快(提高频率)。齿轮的变速应该是自然流畅而且完美的。一个好的分频器设计也应当如此。它可以在低频、中频和高频之间平滑过渡。

被动分频器,从另一方面来说,是由被动式电器件,如电阻器、电容器、电感器组成的滤波网络。批量生产的通用预制件可以作为被动式分频器使用,但最终,分频器必须根据其对应的换能器进行优化。这个工作最好由设计工程师来完成。

一些分频器会安装在印刷电路板(PCB)上。这样安装不仅简洁美观,而且容易批量生产,相应地会降低生产成本。这种安装方式十分适用于小功率应用,但如果驱动过载,印刷电路板会因为过热而损坏。

印刷电路板(PCB)还可能因为电感过大而弯曲或断裂。这就是为什么很多生产厂家坚持采用分频器硬连接设计方式(Hard Wire)。硬连接设计必须手工操作完成,而且完成后的外观效果往往不是很好。但比起一个PCB分频器,硬连接设计的分频器更坚固(而且更昂贵)。

一些扬声器系统没有内置分频器。这类扬声器系统由专业的电子处理设备驱动,在信号发送到功率放大器之完成信号处理过程,我们称其为主动式分频扬声器系统。

理论上来说,这样的设计应该能够节省扬声器本身的生产成本(更少的部件),但这类扬声器在系统搭建时需要外置处理器,甚至需要更多的功率放大器通道,所以最终成本往往会更高。比起被动式分频扬声器,主动式分频扬声器可以提供更高保真和更大的声压级(SPL)。

尽管如此,比起主动式分频设计,一个优质的被动式分频设计的扬声器可以在总成本更低的情况下提供出色的音质,而且在连接和调试方面也相对简单。

箱体

扬声器箱体和它的结构也是影响扬声器价格的重要因素。箱体必须十分强硬坚固。振动的箱体本身就是一个换能器,它会和其它换能器相互作用并降低整个系统的性能表现。一个坚固的箱体要求质量很大、有很多筋板条,或者两者兼具。代价是箱体的重量很大。

混凝土作为箱体材料是一个不错的选择,但是只适用于定制的次低频扬声器系统。中密度纤维板(MDF)也是比较适合制作箱体的材料。中密度纤维板密度大而且成本低,但是材料本身非常重,而且受潮后容易弯曲。

刨花板(Particle board)制成的箱体成本低,但应该尽量避免使用。胶合板(Plywood)比中密度纤维板更轻、强度更好,但是板层之间有空隙。波罗的海桦木夹板是箱体材料最好的选择(超过11层板,而且板层之间没有空隙),但是同样也是扬声器生产材料中最贵的木材。

复合材料强度大、重量小,但是成本高。玻璃纤维刚性高而且防风雨,但是因为制造难度高,所以成本比木材和塑料更高。

近几年来,模塑箱体(Molded-plastic)逐渐成为常用的扬声器箱体。模塑箱体自重小,而且可以加工使其具备防风雨的性能。在经过多年的大批量生产之后,原先高昂的模具成本可以摊薄。这种类型的箱体结构对箱体较小的扬声器非常实用,但大型箱体的扬声器需要采用刚性更强的材料。

吊装在听众席上方的扬声器必须有特制的吊挂件(吊挂点)。而且必须经过拉伸测试(Pull test)来保证箱体和吊挂件的牢固性与安全性。

吊装式扬声器和地面堆叠式扬声器、支柱安装式扬声器在外观上没有很大的不同,但是吊装扬声器对箱体构造、配套的吊挂件和测试要求更高,所以成本往往要高的多。

有源扬声器

前面我和大家说过,扬声器是一个内部件相互作用的系统。这个系统可以扩展,包含功率放大器。功率放大器的选用非常复杂,而且一旦你选错了功率放大器,后果将不堪设想。

为了避免这种情况发生,一些生产厂家将功率放大器和信号处理加入到扬声器设计中。我们通常称其为有源扬声器。若采用更早以前的功率放大器拓扑结构,这种设计无法实现,但对现代D类功率放大器来说,它相对更小、更轻而且更高效。在不过度增加体积和重量的情况下,这类功率放大器可以被安装在扬声器中。

这类即插即用的扬声器只需要一个供电插座,调音台发送信号就可以使用。当然,比起无源扬声器,有源扬声器相对更贵。由于有源扬声器要求交流电源,所以在安装过程中会相对更难。

无源扬声器和有源扬声器可以提供同样的音质。无论你是倾向于无源扬声器或有源扬声器,都应该根据应用场合选择合适的扬声器类型。

扬声器规格说明

扬声器在出厂前应该经过厂家的一系列测试,并附有规格说明。有些参数规格十分关键,包括灵敏度、功率容量、覆盖角度和阻抗。

这些参数规格可以帮助人们对扬声器的性能表现有个简单的了解(扬声器是否适用于这个项目),但这些参数规格不应该被拿来作为品牌间的对比。对额定功率来说尤其如此,真正理解额定功率的人不多,所以常常被夸大其词。不同品牌扬声器之间最大的一点不同,就是在计算机模拟程序中可用的扬声器数据。这些数据比扬声器规格参数表的数据要深入得多。

扬声器系统设计师最常用的软件就是EASE模拟软件。还有一个就是CATT-Acoustic。EASE模拟软件有自己专用的扬声器数据库,其它的数据库(如扬声器通用文件或CLF)则是通用的。

当我们挑选扬声器类型时,最快缩小选择范围的方法就是只考虑EASE或者扬声器通用文件(CLF)中提供的型号。由于产生这些数据需要大量测试,通常只有专业产品才能提供。

始终如一的品质

由于扬声器是一个内部件相互作用的系统,所使用的换能器必须品质相似,而且具有同样的性能表现。为了实现最佳的表现效果,一个好的中频驱动器必须配备好的低频和高频驱动器。

品质的要求对箱体和分频器同样重要。把一些高品质的部件安装在一个廉价的箱体里是没有意义的。就相当于我们在盖一个房子,所有材料的品质保持一致才是明智的做法。我们不会傻到把一个纯金的水龙头安装在一个低廉的水槽上。

和盖房子一样,如果每一个部件的品质都提高一点点,整体成本就会提高很多。

总结

当你在对比评价扬声器的时候,记得对比具有可比性的参数。你可以从以下特性来考虑:

压铸式低频换能器,带压缩驱动的玻璃纤维中频号角,带压缩驱动的ABS塑料高频号角,波罗的海桦木夹板箱体,使用配套的吊挂架吊顶安装,加固的内置分频器(如果适用的话),EASE、CLF性能和设计数据,技术支持部门和其它配件
 
扬声器的成本会受这些因素或者其它因素所影响,即使在竞争激烈的市场,具有这些特性的扬声器也不会便宜。如果某个品牌的扬声器价格是其它品牌的一半,那买家就要当心了。

在购买扬声器的时候,你的投入成本决定了你的回报。扬声器是一系列权衡取舍的结果。

一个出色的扬声器系统设计师会衡量这些特性,并为它的项目选择合适的扬声器。

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