谈谈调频广播高保真还原系统的Q值与阻尼特性

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  【摘要】随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的逐步提高,人们对广播声音的质量也提出了更高的要求。一套听音系统要完整、准确地再现声音的保真性,其性能的好坏起着至关重要的作用。
  【关键词】调频广播Q值阻尼特性
  我们知道,一套听音系统要完整、准确地再现声音的保真性,系统从音源到功放及音箱、以及周边线材和听音环境(听音室)都是密切相关的,是一项系统工程。所以其性能的好坏起着至关重要的作用。谈到音响音质的好坏就不能不提及技术指标。
  对于普通的家用电器,技术指标能够客观的反映出这些电器的性能特点和性能差异及档次高低,但对音响来说,技术指标在大多数场合只能作为一种依据,而不能作为标准,因为人耳对声音的感知能力是不能以指标来衡量的。比如,有不少指标极佳的音响设备,实际听音效果并不理想,而一些实际听感极靓丽的音响设备,其技术指标又未必经得起推敲。长久以来,在客观指标上,人们的确存在着片面与偏差,一些静态指标被人为地夸大了,而动态指标又被忽略了。如有些杂志与广告宣称,他们的产品只有百分之0.001的失真度,120分贝的信噪比,10HZ-200KHZ的频响带宽等,试问如此“高水准”的指标,又有什么样的“金耳朵”能够分辨得出效果和差异呢?因为这已经超出了人耳的生理分辨能力了,既然人耳已经无法分辨出这种改善,那么他们对此所做的努力和付出的代价又有什么实际意义呢?另一方面,与其型成鲜明对比的是音响的动态指标,人们往往又显得过于宽容和无动于衷,如音响的阻尼状态就是一个例子。
  音响实际上一个机电结合的产物,因而它除了具有一般电子器材应有的信噪比、带宽、失真度、瞬态响应等静态指标外,还有表征扬声器震膜机械运动状态的动态指标,如阻尼系数等。一套设计优良的音响系统,扬声器箱及其重要,因为扬声器箱是最终完成电声转换的终端设备。
  扬声器箱的Q值,是系统是否靓声的关键,是音箱设计的重要依据。各种品牌的扬声器参数各不相同,它们要装在什么样的音箱中才能放送出最理想的低音呢?这就要人们掌握扬声器的Q值,才能针对不同的扬声器作出合理的选择。所谓Q值,就是放大器内阻为0时扬声器谐震频率处的机电品质因数(或称总品质因数),它是表征扬声器震动系统阻尼情况的一个参量。Q值的大小是由扬声器的机械物理和电气特性所决定的。它标志着一个扬声器在低频段声压特性的平直程度和瞬态特性的好坏,表现在频响上如Q值过大,说明扬声器的震动系统所产生的阻尼作用小,对能量的消除过慢,震动时间长失真大,即低频存在峰值。Q值过小,系统对震动阻尼作用变大,能量的消耗也变快,谐震频率的输出会不足,会影响低频的力度和质感,即低频衰减过量。只有Q值适中时,其频响才是平直的。对于倒相式音箱,其对Q值的要求较高,对于密闭式音箱,对Q值的要求较低些。因此对于业余音响爱好者来说,密闭箱的设计比倒相箱容易的多。设计一款优质扬声器箱时,我们可以先看扬声器的阻抗曲线,再根据扬声器的谐振频率F0,和等效容积V三个基本参数来设计合理的箱体,可用公式计算,也可容易地用计算机软件算出。Q值在0.4以下适合倒相箱,Q值在0.4以上适合做密闭箱,Q值在0.4-0.6则两种箱均宜。Q值一般在0.2-0.8之间,Q值在0.707时称为最佳状态,此时音箱放出的声音频响最宽,音质最动听,清晰度最好。
  扬声器箱的阻尼状态是系统的动态指标,其对放音的质量影响也很大。我们知道,音箱的工作原理是扬声器通过音频电流驱动音圈及振膜作轴向运动,而带动周围空气产生震动而发出声音的,扬声器振膜的轴向位移量将于馈入音圈中的电流量保持绝对的线性关系,只要音圈里有电流通过,振膜就能立即响应,产生相应数量的轴向位移,当电流一但消失,振膜立即回到平衡位置,真正做到“令行禁止”但实际情况不可能那么理想,因为任何扬声器的振膜与其连动系统总是存在一定的质量和惰性,因而要做到真正的“令行禁止”是不可能的,因为震振膜不可避免的要受到来自其支撑系统、音箱及其功放电路等外在诸多因素的影响,这些外在因素的作用限制了振膜的自由震振荡,其效果可以等效为一个具有一定弹性系数的阻尼因子,该阻尼因子与理想的振膜发声系统相互作用,将可能出现以下三种情况:第一种是欠阻尼状态,即音圈中的驱动电流已经停止,但振膜系统还在惯性的作用下振荡不止,实际表现为音源为大动态信号如雷声、枪炮声及猛烈地爆炸场面时,极富爆发力的效果变为拖泥带水、疲惫无力,充满动态的音乐变成混混沌沌、发出令人烦燥的燥音。第二种是过阻尼状态,是因为阻尼因子对振膜的阻尼作用过大,使得振膜不能随着音乐电流信号而自由振荡起来,即振膜受到抑制,实际听音感觉为播放音乐时缺乏音乐感和弹性,弦乐和器乐里那些优美的泛音也可能因此荡然无存,听起来没有音乐的味道。第三种是临界阻尼状态,也就是最佳阻尼状态,它克服了欠阻尼和过阻尼状态的不足,又保留了各自的长处,因而是整体失真最小、瞬态响应最佳、听感最好的阻尼状态。在决定音响重放质量因素中系统的阻尼状态对音质的影响极其敏感,所以通过调整系统的阻尼状态的办法来改善重放音质,是一条可靠又经济的靓声捷径。
  对于音响的静态特性,是系统的总体性能迭加的结果,例如,系统的总失真度就是信号源、功放、音箱等各单元失真度的累计值,但对于阻尼状态这一动态指标,情况就不同了,因为系统的阻尼状态不是各部分迭加的结果,而是各单元阻尼特性组合搭配出来的,因而阻尼不是越大越好,也不是越小越好,而是适中最好。
  在音响系统中,组合一套听音质量完善的音响系统并不像组装一台电脑那样简单,尽管电脑内部的复杂程度比音响高的多,但因为电脑行业的指标体系高度统一,国标、部标高度完善,因此更容易操作。但音响系统中虽然有了诸如阻抗匹配、频响、信噪比、总谐波失真等静态指标,但对于阻尼匹配、瞬态互调失真等动态指标的标准还是悬而未决的,在器材说明书中都没有标注,在国标、部标都找不到相关的标准,因此目前要鉴别音响系统的动态性能,主要还是凭借人们的经验,用耳听,通过试听甄别的方法从众多器材组合中找到所谓的“黄金搭配”或通过调整各个单元器材最终找到系统的最佳阻尼动态特性。
  实际上系统阻尼特性的特殊构成方式决定了每一个系统单元阻尼的改变,都会最终影响整个系统的阻尼状态。因此我们可以通过调整任一单元或组件的阻尼特性来改变整个系统的阻尼特性状态,关键是要找到一个合适的调试点。对于扬声器、功放、线材等系统环节我们要对它们做精细调整是较为麻烦和困难的,因为它们出厂时已调整定型了,但我们要对音箱、分频器和音箱的阻尼特性进行调整却是十分方便宜行。
  参考文献
  [1]罗焰.靓声的关键———音响系统的阻尼状态.无线电与电视,1997(10):14-18
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