振动对高频扬声器音质的影响

验证振动对高频扬声器音质的影响 （声学楼版） 摘要： 通过实验来验证低频扬声器工作的时候引起的前障板振动对高频扬声器音质产生的影响。 1.引言： 众所周知，扬声器会在扬声器安装点上通过磁体的反作用产生振动加速度。振动的能量会耦合到箱体，引起前障板的振动或共振。在几只扬声器共用一块障板（音箱面板）时，振动必然从一个扬声器耦合到另一个扬声器。这种调制从主观听音来看，会影响放音的清晰度，使瞬态响应模糊，重放的动态范围受到影响，高音听起来变得粗糙。 本试验通过给一个普通的标准结构的箱体一个附加低频振动，在音箱前障板发生共振时对高音单元进行失真参数测试，通过测试的数据来说明前障板振动或共振对高频扬声器音质产生的影响。 2. 与高频扬声器音质相关的原因 影响高频扬声器音质的因数有很多，例如扬声器系统的谐波失真、互调失真、瞬态失真、相位失真等。在这些失真类型中又以谐波失真和互调失真对声音音质的影响最大。 谐波失真可以影响到基频的“清晰度”、给人感觉“缺乏层次”和“生硬的毛刺感”。 我们可以通过观察箱体板在发生低频振动或共振前后高频扬声器谐波失真的变化，从谐波失真这一个角度来说明振动对高频扬声器音质的影响。 3.实验条件： ①.实验选材： Φ 180mm中低频扬声器 1PCS，银笛Hi-Vi-25A软球顶高频扬 声器 1PCS，宽230*深305*高430mm标准结构书架音箱1PCS， 长540*宽520*高500mm测试基座（音箱支持平台）1PCS。 ②.实验条件： 测试房间：长5.7*宽3.8*高3米，房间略做声学处理。 测试仪器：谐波失真用CLIO测试仪，共振激励信号用低频信 号发生器 ，振幅测试使用CLIO传感器和振动测 试仪 测试位置：箱体紧密固定在测试基座上，麦克风距高频扬声器正面轴 25CM，离地面85CM。 测试方法：使用低频扬声器做为共振激励源，通过输入1~5W共 振激励功率，对高频扬声器谐波失真进行测试、对比。  4.实验过程及结果分析 4.1 前障板共振频率选取 采用低频信号发生器作为信号源，对标准箱低频扬声器输入正弦波激励信号，使用CLIO传感器在高频扬声器处箱体板扫描出曲线最高峰时对应的频率，作为高频扬声器谐波失真测试的共振激励频率。如图1： 4.2实验条件对谐波失真测试结果的影响 在使用低频扬声器做振动源时，当低频扬声器开始工作就会产生声波。为排除振动源产生的声波对谐波失真测试的影响，我们使用CLIO测试仪/FFT&RTA Analysis功能对房间本底噪音与加振动后的频谱曲线进行了分析。从图中可以看出，除了在共振基频有较大响应外，二次、三次、五次处的影响已经非常小，而我们试验所需的高频响应在1kHz以后的两条曲线基本重叠，此振动源对1kHz以后高频响应影响甚微。见图2： —红线为房间本底噪音，—黑色线为加振动源后曲线 接下来的实验用于确定振动源发出的低频声波对高频扬声器谐波失真测试的影响。我们在实验箱上安装了银笛Hi-Vi-25A软球顶高频扬声器，在实验箱旁边附加与振动源同功率的低频声波对高音谐波失真测试进行干涉。从图3中可以看出，加声波干涉前后的高频扬声器谐波失真曲线基本重合，说明低频声波对谐波失真测试结果的影响非常小，可以忽略。见图3 —红线为无振动时高频扬声器谐波测试曲线 —绿色线为加声波干涉后高频扬声器谐波测试曲线 4.3谐波失真测试结果对比分析： 标准箱低频扬声器上输入1~5W的正弦波共振激励信号，测试的结果如下： 功率 高频扬声器处振幅（mm) 标准箱高频扬声器总谐波失真（THD）测试数据 THD 1 THD 2 THD 3 THD平均值 最大值与无振动比值 5.0W 0.056 15.36% 12.26% 12.21% 13.28% 7.42 4.0W 0.053 10.03% 9.47% 9.03% 9.51% 4.84 3.0W 0.049 8.85% 8.18% 7.86% 8.30% 4.27 2.0W 0.042 7.30% 6.16% 5.87% 6.44% 3.52 1.0W 0.029 6.53% 5.54% 4.58% 5.55% 3.15 无功率 0 2.07% 1.99% 1.81% 1.96% 1.00 备注：麦克风距高频扬声器正面参考轴25CM，离地面85CM，谐波失真使用1W信号测试               图4 标准箱共振激励功率1~5W时高频扬声器处的箱体板振幅曲线 (振幅单位mm) 图5 标准箱共振激励功率1~5W时高频扬声器THD谐波失真绝对值曲线 图6 标准箱共振激励功率1~5W时高频扬声器总谐波失真测试曲线 当低频扬声器无激励信号时，标准箱前障板无附加振动，高频扬声器总谐波失真最大值为2.07%（图六红色线）。 当低频扬声器输入共振激励功率为1W时，标准箱前障板高频扬声器处箱体板振幅值为0.029mm，高频扬声器总谐波失真最大值为6.53%（图六绿色线）。标准箱共振激励功率1W时，高频扬声器的总谐波失真值是前障板无振动时的3.15倍。 当低频扬声器输入共振激励功率为5W时，标准箱前障板高频扬声器处箱体板振幅值为0.056mm，高频扬声器总谐波失真最大值为15.36%（图六紫色线）。标准箱激励功率5W时，高频扬声器的总谐波失真值是前障板无振动时的7.42倍。 5.结语： 从对总谐波失真参数的测试结果可以得出这样的结论： 从对某一个具体的音箱的测试结果说明，音箱的前障板振动或共振，会使高频扬声器的总谐波失真值有很大的增加。 随着低频扬声器共振激励功率的增加，箱体前障板高频扬声器处的箱体板振幅和高频扬声器的总谐波失真与低频共振激励功率成正比增长。 而且这种失真的大幅度增加，可能会导致总谐波失真的指标严重超过对失真要求的相关最低标准，使高音音质变坏。 在实际应用中，当音箱系统进行音乐重放时，我们听到的声音包含有大量的宽范围的频率信号，这其中就可能会有引起低频扬声器盆架和前障板产生共振的频率。而且此共振频率往往也有足够长的激励时间和强度。这就使音箱在重放音乐时，高频扬声器处在一种受箱体振动调制的状态下工作，从而造成谐波失真大幅度的增加，严重影响了高频扬声器重放音乐时的“清晰度”，“层次感”等结果，使声音变的粗糙、模糊。 至于箱体板的振动对其余技术指标（如瞬态等）的影响，尚待进一步测试。