直接辐射式扬声器是如何减少失真的

在播放音乐的时候，除　了要确保被传送信号的频带　之外，还必须尽量防止出现　鸯　辕　羲羁　雹　因非线性失真产生的不必要　的附加信号成分。通常把产　生这些不需要的信号的现象　称为失真。对于高保真播放　来说，如何尽可能地减小失　俪谶　真是一项重要的研究课题。　扬声器作为一种电声转换器　件，也很容易产生失真，克　服扬声器的失真，就不断开　发出各种各样的发烧喇叭。　扬声器失真的种类如图１所　不。　为了减少失真，必须对　产生的原因进行分析，并提　出具体的对策。在对音响设　备进行性能测试时需要高性　能的麦克风和试音室。在试　音室中用麦克风捕捉由扬声　器产生的直接声波信号，不　会捕捉到噪声和反射波。但　是就目前的状况而言，测量　方法和测量仪器的分析能力　仍有改善的空间，还没有达　到人类听觉分析能力的水平。　一、扬声器失真的测量　真正意义上的失真测量　与分析是从上世纪５　０年代　开始的，那时相继出现了一　批完全无反射的试音室，开　始了高精度的测量。　图２所示的测量电路可对　放大电路的失真进行测量，　口　￣ＥＡＴＴ的衰减量作为失真量，　国　并用分贝表示。另外，还有　迅　使用图３的共振电桥的失真率　的测量方法。这两种方法都　是用固定的频率进行测量，　使用的低通滤波器和高通滤　波器必须具有优异的衰减特　图１　扬声器产生的失真的种类　［＝＝　；被测场声器低　　麦克风　］　ｓ　Ｉ　反　板…～…　Ｉ　撼Ａ　ｉｆ　Ｌ＝ＰＦ２　ＡｆＴ　６００ｎ　ＶＶ　、ＶＶ２真空管电压表，Ａ１、Ａ２圈抗匹配器　图２早期的失真率的测量系统　Ｒ　＝Ｒ２・Ｒ３．使ｃｂ间的　只有谐渡电压Ｅ．．由　翠。　采用谐振电桥　的简易失真率　测量　咖　围４　１９５２年日本制定的ＪＩＳ标准的失真率测量方法　性。所以仅限定在４００Ｈｚ、１　ｋＨｚ等几个频率。自上世　纪７０年代开始，通过测试仪器的自动调谐可以测量二　次谐波失真率和三次谐波失真率。　日本在１９５２年制定的ＪＩＳ标准中规定采用图４的方　法测量失真。图中０为低频信号发生器，Ａ为放大　器，Ｖ为平均值指示的输出计，Ｓ为安装在标准音箱　中的被测音箱，Ｍ为低失真话筒，Ｆ为高通滤波器，　Ａ　Ｔ　Ｔ为电阻衰减器。谐波失真率规定不得大于３名。　２１）０７年第５期　维普资讯 http://www.cqvip.com

二、藏小扬声嚣驱动系统的非线性失真　坏　驱动系统的非线性失真主要有两个不同的原因。　一个是位于磁源中的音圈所产生的相对于驱动力振幅　的非线性失真，主要表现在振幅大的低音场合。另一　个是受磁路的影响音圈所产生的交流磁通出现了电流　Ｉ　Ｉ　ｌ…ｌＩ●　Ｉ　１　Ｉ　Ｉ…　因机械振动的振幅和驱动力　的关系呈非线性而引起的低　墒出一　．　Ｊ　Ｉ　Ｉ　ｌ】Ｉ　在低音区机械　最动Ｉ枷　　动系　统的空气流引ｊ　皂的ｊ晨　幅非线　．掌牛●　ｌ　ＩＩ　ＩＩ　ｌ　。－‘●　ｉ　ＩｌＩ川　Ｉ　Ｉ…ｌ　、／音豳电流的交流磁通对越　Ｉ蜀｝产　生髟　、　Ｉ　响，产生电流失真，因ｌ廿　产生　的失　』　ｌ　ｌ　１　ｌ　Ｉ　Ｉ　ｌ’　因动ｉ　ｉ纸造Ｉｉ盆成ｉ　刚的性失ｉ　弓一　．Ｉ起　　Ｉ的Ｉ　Ｉ非ｉｉｌ轴ｉ　对称ｌ　振Ｉ　Ｊ，一　音　§共攮　失ｌ　ｌ　辰动引ｉ　的　，　：　１　｜　‘　｝　，’　Ｉ　１．　｜＼　／＼＼　，　’ｊ　、　，　‘一一｜　，－ｊ～　’　频率【Ｈｚ】　圈５扬声器单元谐波失真出现的带域和原因　圈６音圈产生的交流磁通的影响　实用影音技术　圈７飞利浦ＥＬ７Ｄ２４ｌ／０１型扬声器的安装有铜短路环的磁路　照片１　飞利浦ＥＬ７０２４／０１型扬声器的磁路　失真，这是造成从低音到中高音宽范围的失真的原因　（图５　Ｊ。　ＮＨＫ技术研究所在开发监听扬声器时，通过改进　磁极的结构改善磁通分布的对称性，这是减小扬声器　失真的措施之一。　另外。音圈所产生的交流磁通流过磁极附近磁路　时，因磁路的磁性材料的磁化曲线产生磁带失真，导　致声音电流出现失真（图６）。为此，１　９５７年飞利浦生　产的ＥＬ一７０２４／０１型扬声器为了防止磁极部分的磁饱　和，把中央的磁极加工成Ｖ形，使其周围的磁导率　＝１，用此方法减少磁带失真。并在其上套上铜制的　短路环，降低音圈的电感量实现恒定电阻化，通过上　维普资讯 http://www.cqvip.com

（单位：英寸）　（空隙磁通密度＝９０００高斯）　图８使磁极周围达到磁饱和的Ａｌｔｅｃ７５５Ｅ型薄型扬声器的结构　（ａ）ＵＬＭ一４型　照片２　索尼ＵＬＭ系列音箱　图９　索尼ＵＬＭ系列低失真磁路的大概结构　瓢　６　、　、　．　～　极板　ｌ，　、ｆ—一Ｊ　照片３安装有ＥＡＳ－　３０ＰＬ１００型扬声器的　图１０　ＥＡＳ一３０ＰＬ１００型低失真率扬　ＳＢ一１０００型音箱　声器的结构（在磁极的边缘采用了　层叠硅钢片）　述措施抑制了交流磁通，减小了声音电流的失真（图　７、照片１）。　１９６９年问世的美国Ａｌｔｅｃ公司的７５５Ｅ型扬声器不仅　做到了厚度较薄，还将磁路的极板和支架做得很薄　（２．７ｍｍ），用永久磁铁使磁极周围的磁通达到饱和，　减少音圈交流电流的磁带失真（图８）。　索尼公司推出了减小中音失真的ＵＬＭ（Ｕｌｔｒａ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ－Ｐａｔｈ）系列的扬声器（照片２）。ＵＬＭ　的低音扬声器将中央磁极的顶部加工成一个凹坑，并　套有铜制的短路环防止磁通饱和（图９）。　１９７３年松下电器产业推出了彻底低失真化的　ＳＢ—ｌ０００型三单元扬声器（照片３　Ｊ。口径为３０ｃｍ的低　音扬声器ＥＡＳ－３ＯＰＬ１Ｏ０型第一次在磁极的周围采用安　装层叠硅钢片的结构（图ｌＯ），有效地减小．了交流电　流的失真。　三菱电机公司通过对扬声器驱动系统的非线性失　真的理论分析，开发出了在磁极周围安装ＮＦ环　（Ｆｅ—Ｎ１合金）的扬声器，降低了失真。　三、减小折环和阻尼器的机械非线性失真　阻尼器是从其物理性来定义的，从结构上讲，它　又叫定心支片。当纸盆作前后振动发声时，折环和阻　尼器对纸盆起支撑作用，始终保持音圈的轴线与磁极　的轴线重合，在纸盆静止时让音圈和纸盆迅速地回到　中心点。对于低失真重放来说，随着振幅的变化，阻　尼器和纸盆周围折环的机械运动轨迹应该是一条直线　（图１１）。　特别是在低音时，随着频率和声压电平的变化振　幅值会出现大幅度的变化。与驱动系统的非线性失真　一样，相对于振幅的变化盆边和阻尼器的机械运动的　非线性是产生失真的主要原因。　１９６８年由日本制作所开发的ＨＳ一５００型系统的　静止时的位置　图１１　低音大振幅时折环运动与最大振幅的关系　２伽　年第５期　维普资讯 http://www.cqvip.com

动作位置　折环的动作状态　分类　形　状　静止状态　一　皱折型阻尼器　（一般）　囝　向前最大移动状态　向后最大移动状态　图１２皱边边缘在最大振幅时的运动状态　图１３　ＳＬＥ一２０Ｗ型无折环扬声器的结构　《　ｆｂｊ　ｆ　位　厂　一移　，一　ａｊ扬　低音用ｌ／　　’　【ｍ嘲ｙ　ｉ　扬声嚣、、一‘　一，（ｄ孵　或者电流　蘸　《　’ｙ　………，／Ｉ　－～　／　用读取显微　图１４为了消除支撑系统工作的不对称采用的推挽工作方式　Ｌ－２００型低音扬声器采用了称之为皱边的特殊结构的　边缘，有效地改善了大幅度振动时的特性（图１２）。　１９７２年日本ＦＯＳＴＥＲ电机公司为了消除纸盆边缘对　实用影音技术　—～　皱曲　皱边型阻尼器　（日立Ｌ广Ｄ）　／　士葛、　缩放型阻尼器　＿（＿霞　／Ｔ、　（松下电器）　、、、　部分　鼢　图１５近年来开发的阻尼器的结构　照片４松下电器开发的缩放阻尼器　振幅造成的限制，生产出了没有折环的直径为２０ｃｍ的　扬声器ＳＬＥ一２０Ｗ（照片５）。为了防止与背面发出的声　音混在一起，设置了很宽的声音滤波环，在两个环之　间还设计有很窄的缝隙（图１３）。　由于边缘的形状是不对称的，所以前后的机械线　性也是不对称的。于是有的音箱采用图１４７］￣１样的将其　中的一个低音扬声器倒过来安装的推挽驱动方式。　阻尼器采用在布质的材料上制作出很多同心的波　维普资讯 http://www.cqvip.com

扬声器　声音辐射引起的调制失真例　单纸盆　一　浪型皱折，并用酚醛树脂作适当地硬化成型。阻尼器　还具有防尘网的作用，防止铁粉进入磁隙附着在磁极　上。　日立的ＨＳ—ｌ００００型扬声器为了降低失真，采用　。　了皱折结构的阻尼器。松下电器１　９８１年开发的ＳＢ—Ｈ１　、　单纸盆扬声器　型三单元音箱的低音扬声器中采用了参考缩放仪支撑　体的阻尼器（图ｌ　５，照片４）。　四、降低声音辐射产生的调制失真　调制失真大多数情况是低音对高音的调制，有多　普勒失真和交扰调制失真（图１６）。　（ａ）同轴型　振幅　复合型　１　９５５年ＮＨＫ技研对高性能的同轴型二单元扬声器　作了测试，查明存在有低音对高音的调制，于是将高　音扬声器的安装位置作了调整，由同轴配置改成了平　一　面配置（图１　７）。　反射较弱　为了减小低音扬声器的纸盆对高音扬声器的影　（ｂ）平面配置型　响，松下电器在１９５９年推出了设置有音响滤波器　１２Ｐ－Ｘ１同轴型二单元扬声器（照片５），其目的是减　图１６扬声器的调制失真举例　小调制失真。　当频率和振幅都不相　扬声器　调制率（指向角度０。、３０。、６０。）　同的两个正弦波的和加到　个非线性电路上时就会　产生交扰调制，比只加有　一个正弦波时的高次谐波　失真更加明显。　离懒　测量的方法有两种，　一种是美国电影技术协会　（ＳＭＰＴＥ）的方法，另一种　是ＣＣＩＥ￣＇Ｊ定的方法。对扬声　器来说，通常用ＳＭＰＴＥ制定　一　３０。　的测量方法进行测试（图　瓣　彝　雩　ｌｌ　ｌ８）　●ＩＩ　ｆ　嗣轴型　离　０’　３ｏ　６０　　●ｌ　＾　Ｕ　Ｉ、　ｊ　９　４　Ｉ　ｕＩＩｆ　０’２　４　６　频率【Ｈｚ】　照片５松下电器的加有音响滤　波器的１２Ｐ一×１型同轴　圈１７复合型二单元式扬声器的配置对调制失真的影响　型二单元扬声器　２００７年第５期　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｔ　．一　上　『　图１８用ＳＭＰＴＥ法测量交扰调制的概况　失真　ｂ沁●　－．４　图１９用信号的频谱测ＳＭＰＴＥ法的交扰调制　照片６为了防止无背板的音箱背面出现共振．在音箱的四个壁上粘贴吸音材料的例子　这～方法是从１９４６年开始采用的，低音　（５０－１ＯＯＨｚ）和高音（３０００￣５０００Ｈｚ）按４：１的比例　时出现的现象，对音箱强度不足引起的共振和振动，　对扬声器框架的强度不足和装配不良进行改善。　六、藏小音箱摄动引起的失真　音箱存在有因内部出现驻波和共振引起的板壁振　动，以及因加固不足引起的自由振动等问题。　加入，在测试仪器一侧用滤波器滤除低音，把高音的　振幅变动视为交扰调制的波形，求出失真率。图１９是　含有交扰调制失真的声音的频谱，近年来大多场合都　是用这样的测试方法来观测交扰调制失真。　五、改瞢过渡响应失真　过去对扬声器的过渡响应的测量提出了各种各样　１　９３４年生产的没有后盖板的音箱为了防止在后面　产生共振，如照片６那样用吸音材料在音箱的四个壁　上做成曲面的形状，改善低音失真。　音箱的板壁振动会使过渡响应恶化，由于是大面　积的振动，所以可以通过安装加强筋来抑制板壁的振　动，减小失真。　的方法，但定量的测量技术出现得较晚。通过使用纯　喀拉声和矩形波，将扬声器的声音消去的方法了解过　渡响应，明确失真发生的原因。例如，根据不同频率　实用影青技术