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主题:[原创] 谈电声器件的瞬态特性

帅哥哟,离线,有人找我吗?
imxp
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  发帖心情 Post By:2015-11-25 11:34:12 [只看该作者]

以下是引用zhigang324在2015-11-20 17:00:40的发言:

  好,言归正传,如果你学过数字信号处理,那么会有两种系统:时变系统和时不变系统,然而时不变系统在大自然中是不存在的,大自然存在的全是时变系统(比如音乐信号),可人们为了简化起见把它们都当作时不变系统来加以近似,比如电声换能器就全是时不变系统,一个时不变系统进入稳态是需要时间的,这个过渡状态就称为瞬态。好,如果一只扬声器在播放音乐,可音乐不是稳态信号,而是任何一瞬时都随着时间迅速变化的,这就意味着扬声器要不停地跟随着音乐信号改变自己的工作状态,如果你去检测扬声器播放音乐时的波形,再同它的输入波形相比,你就可以看到简直是一团糟,看看你们扬声器的瀑布图就知道了!这就是说扬声器的冲激响应函数跟随不了音乐信号的变化:音乐波形多以脉冲波形的方式出现,可扬声器辐射声波的上升沿赶不上音乐的上升沿,而当音乐的下降沿已经截止时,扬声器的下降沿又来不及刹车,还要经过几次余振后才能够停止下来。所以瞬态不好的扬声器给人以浑浊,拖泥带水的听感。瞬态特性与系统的非线性失真无关,而与换能器的振动质量和阻尼特性相关。

  你谈到的静电扬声器等的高频欠阻尼恐有误,因为越是频率高,空气的同振质量亦越大,阻尼亦越强。膜振动换能器的高频问题出现在膜振动的固有分割振动模式上,要解决此问题,那恐怕是各大公司的核心机密和饭碗,也不是一两句话能够说清楚的。

Zhigang324兄,我想我们都是深刻能明白到扬声器的瞬态是跟不上音乐信号这个残酷现实的,但你认为扬声器的瞬态特性与系统的非线性失真是无关的,而我倒是觉得这个是有关的,而且这种相关性目前也没有多少论文提及过。回到假设它是线性系统的情况来说,考察声音重播系统的瞬态特性的方法看起来较多,但我觉得它们往往是非常容易引起误解的,甚至从某些角度来说是受技术所限的,要真正讨论起来也不是一两段文字可以表达清楚。

我们先说一些受技术所限的问题,所谓的稳态响应和瞬态响应,只不过是系统传输函数的不同呈现方式而已,也就是说我们如果知道了系统的传输函数,那稳态响应和瞬态响应都可以同时推算出来。在电子电路领域,由于两个因素,第一:电子电路的传输函数相对简单(例如,某个稳定的功率放大器可以等效成1-n个1-N阶的高通滤波器串接1-n个1-N阶的低通滤波器),第二:电子测试仪器的精确程度和高频能力都达到相当高的水平,例如对应于音频放大器来说,假设至少5-20kHz的通带,而常见的频谱分析仪、示波器等轻松可以达到100MHz的带宽,因此在瞬态领域和稳态领域和去观察系统的响应都很方便。举例来说,100MHz带宽囊括了20kHz的5000次谐波,其响应时间达到10n秒,在观察一个瞬态响应在微秒级的的上升沿和下降沿是非常方便的。因此什么冲激响应、阶跃响应都很容易获取、观察和对比。
回到声学方面来,效果则大大打折扣了,对比电子电路的情况,第一:声学元器件的传输函数或等效电路相当复杂,尤其在中高频部分,TS模型失效后,总体大致会等效成N个2-N阶的高通滤波器串接相当多的高Q的谐振电路再串接N个1-N阶的低通滤波器。这么复杂的电路互相影响,要完全对比出来某个系统的瞬态响应比另外一个系统好多少是相当困难的----我的意思是某个系统在某个相当窄的考察频段上会展示出比另外的系统好些,但考察频段稍微不同可能结果就完全相反了。第二:这也是相当重要的一点就是声学的测量链路里面,存在的太多的技术卡点,例如测量话筒的频率响应,目前能平直达到50kHz的话筒都应用的相当少,更不要说100k或者上MHz了,这样会导致完全没有办法获取到相对正确的高频瞬态响应。例如我们测试一个-3dB在20kHz的高音,和另外一个-3dB在100kHz的高音,两者测出来的冲激响应前沿都几乎没有差别,那怎么能反映出问题来呢?
至于那些杂志上、网站上、测量仪器里展示的扬声器系统的冲激响应、阶跃响应以及所谓的瀑布图(累积频谱衰减图),就更复杂了。我不知道言必瞬态响应、瀑布图的人对这些有没有真正操作去测量过,对比过,对这些图的产生方法了解有多少,或者说他们认为瞬态响应的好的扬声器到底有没有多少个这3个图来支持他们的说法,如果有的话请先举出来,稍后再作讨论。
最后还得回到人耳的分辨能力或者说是主观评价和客观具体的哪项指标的关联上面来,例如某个测起来很糟糕的瀑布图,是不是就能反映出人耳会感觉其瞬态响应很差呢?
我上面分的几段(非线性问题是否参与引起瞬态失真、电子电路的瞬态稳态响应观察方法和关联、声器件的瞬态响应和问题响应观察方法局限和关联、人耳对瞬态响应的评判标准以及其和客观指标的关联)都可以一一展开来长篇大论,我相信参加的人越多,问题会逐渐的越来越清楚。



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