关于扬声器相关的十三条规则

HiFi秀 | 2016-12-14

在制造、探索和研究扬声器的时候,有许多技术、理论问题,也有不少态度和方法问题。探索、研究扬声器的目的,是找出和扬声器有关的规律,而找到一些规律是为了更深入地探索、研究扬声器。对有关扬声器和相关方面的规律,哲学教授叶秀山讲过一句很精辟的话:“知识王国是一个法治的王国,不是没有秩序的无政府状态。”以下分别阐述关于扬声器相关的十三条规则:

一、难精原则

可以说扬声器易响而难精。这句话是从明代文学家、戏剧家……李渔先生一句名言借用而来。李渔讲“琴易响而难精”。我们借用,也算东抄西抄,改为扬声器易响而难精。

“易响”表明扬声器部件少,制造相对容易,扬声器的生产门坎低。

“难精”表示扬声器做精、做好、做成公认的精品却相当之难。

中国是扬声器生产大国,产量和出口量皆占世界第一位,但大部分是中、低档扬声器。当然,高端的扬声器我们也做一些,但比例及数量都相当少。这就是“易响难精”的现实证明。

之所以难又有两方面原因,一方面由于理论、技术、人文的原因,扬声器难做好。

另一方面,由于国内投入攻克扬声器难题的人力、财力极少。明显的例证,国内大学几乎没有电声专业,扬声器专业的技术人员大部分是半路出家的。

研究人造卫星、火箭导弹,肯定比扬声器更难,但由于投入一流,有卓越的研发人员,有充足的资金,有各方的关心和支援,难题也就不再难了。


扬声器虽小,却难做好。而扬声器之难精,在于:

1、扬声器是一个多维多元系统,它的性能与X、Y、Z轴三维空间有关,与时间有关,还与频率、振膜等部件材料的成份、工艺有关。

2、扬声器的能量转换是电能转换为机械能,再由机械能转换为声能,最后被人感知,而人的这种感知是非常复杂和难以定量描述的问题。这在一般工业产品方面是少有的。

3、扬声器及部件的制造牵涉到钢铁、有色、化工、造纸、纺织、机械、电子、计算机等等多个工业部门,从普通的民用材料一直到航天的尖端材料。

4、扬声器的研究不但涉及声学、电学,还涉及材料学、力学、计算机、磁学等学科。要运用到高阶微分方程、有限元法、非线性、概率论等,甚至混沌理论。直至目前,扬声器和音箱才刚建立了初步的数学模型,还有待充实、完善。目前扬声器的设计制造,不仅需要正确的理论指导,更需要丰富的实践经验协助。

5、扬声器的聆听与环境有关(建筑与建筑声学)、与生理(听力学、语言学)有关,与心理(心理声学、心理学)有关。

6、扬声器承载的内容又与音乐、艺术有关。没有一定的音乐素养,更难于设计出好的扬声器。

7、人类社会中往往最简单的东西最难精,例如中国书法,而扬声器又是一例,这也是许多从事扬声器工作的设计人员的实践体会。一位设计、制造放大器的朋友,后来设计、制造音箱。他对我讲“扬声器比放大器难弄多了”。我笑着说“你算入门了”(这里丝毫没有贬低放大器之意)。

8、由于扬声器发展的时间短,投入的研究力度不够大,扬声器还存在许多未知、神秘的领域。
当然,克服困难,攻克难关,是一种挑战,又是一种乐趣,还是能力和意志的考验。


二、小鲜原则

老子讲“治大国,若烹小鲜。”

我借用为:“冶扬声器,若烹小鲜。”

王蒙认为“治大国,若烹小鲜”是整个《老子》中最奇特、最有光泽、最迷人、最令人拍案叫绝的千古名句。这是思想与语言的杰作,这是智慧与经验的异彩,这是出人意料的闪电雷鸣,更是超常得令人一路三尺高的命题。

这是游刃有余、举重若轻、平常心、有把握、舒舒服服、笑容满面的精神状态、精神境界。

……

这些解读是正确的、精彩的,但是这个解读不完全,王蒙和其他解读者都是解读的“前烹小鲜状态”,没有解读、或者没有理解还有一个“后烹小鲜状态”。因为烹小鲜只是一个过程、一个手段,吃小鲜才是目的。

也就是这个小鲜烹好了,老百姓肯不肯吃?敢不敢吃?想不想吃?爱不爱吃?

如果你的鱼是假鱼、臭鱼、木鱼、人造鱼……老百姓敢吃吗?

如果你在这里设鸿门宴、在“钓鱼”,后面的人看到前面的上当了,还会再上当吗?

如果你的鱼有三聚氰胺、铅超标,老百姓还敢吃吗?

只有真正鲜活的鱼、认真仔细地烹调、亲切平和的态度、清洁温馨的环境,老百姓才可以信任、放心、高兴地来吃鱼。

治大国之道在于营造一个真实、信任、亲切、平和的环境。

民以食为天。在中国,全体老百姓能经常放心、舒畅地吃小鲜,国家应该治理得差不多。

“治扬声器,若烹小鲜。”就是说既要有游刃有余、举重若轻、平常心、有把握、舒舒服服、笑容满面的精神状态、精神境界,还要有真实。


这种真实有三方面的含义:
(1)扬声器要减少失真,尽可能做到真实地重放。

(2)扬声器制造中不掺假、不欺骗。

(3)在市场经营上不可造假、不欺骗。

回观中国扬声器、音响发展过程中,确有少数不良经营者大量制造假冒伪劣产品,打着假洋鬼子的旗号,鱼目混珠,掀起层层恶浪,欺骗顾客、欺骗媒体、欺骗一切人。

骗术虽然被陆续揭穿,但后果已极为严重。一粒羊屎坏一锅汤。造成人们对中国音响业的不信任感,降低了一部分人的音响购买欲望。信任失去容易,再建很难。


三、水桶原则

一个木制的水桶,其装水的容量,不取决于最高的木板,而取决于最低的一块木板。所以有时候亦称之为短板原则。

当扬声器(音箱)使用在一个由声源、放大器、调音设备、扬声器(音箱)等组成的一个系统时,系统的性能不取于质量最高的设备,而取决于质量最差的设备。

这个原则其实是一个常识,但常识却极容易被忽略。

例如有一次应邀试听某品牌线阵列系统,但一开声效果很差,检查放大器、调音台等等都没有问题,而声源却是极普通的DVD。换上CD机后,系统的音质马上提高了。

对于个人配置器材时,也要考虑到各器材质量和价格的均衡。

听音系统不但包括声源、放大器、音箱等器材,还应包括听音者和听音环境。


四、均衡原则

扬声器的设计方案取决于扬声器的用途和使用场合。它具体体现在以下的一些技术指标和要求中:

1、扬声器的重放频带;

2、扬声器的的频率性;

3、扬声器的指向性

4、扬声器的失真;

5、扬声器的承受功率、动态范围;

6、扬声器的阻抗、阻抗特性;

7、扬声器的谐振频率、质量因数;

8、扬声器的灵敏度和效率;

9、扬声器的寿命与可靠性;

10、对扬声器的其它要求。

而扬志器的设计则要具体解决:

1、扬声器的类型;

2、扬声器的口径、有效辐射面积;

3、扬声器的高度;

4、扬声器的音圈口径、材料、圈数;

5、扬声器的振膜的几何形状;

6、扬声器的振膜的杨氏模量、密度、阻尼衰减;

7、扬声器折环的形状和性质;

8、扬声器的磁路结构和性质;

9、扬声器防尘罩的构成和性质;

10、扬声器的工艺选定(含粘合剂及粘合工艺)和尺寸公差。

扬声器的理论和实践都证明,扬声器的性能要求影响着扬声器几何形状的设计,而这些要求之间又是相辅相成、相互制约的。同时,设计中所要具体解决的十个问题之间,也同样存在着相辅相成、相互制约的关系。

那么,仅就如上20项的全排列(即20!),就有2.43×1080种组合,更不用说再细的划分了。由于这些设计要求相互牵连,甚至相互矛盾时,弄得不好就会顾此失彼。一个良好的扬声器设计,并不只是单纯地追求某项指标,而是必须将扬声器当成一个系统来设计。从使用要求出发,全面权衡利弊得失,斟酌取舍,有取有弃,选取得当。


五、殊途同归原则

殊途同归一词最早见汉桓宽的《盐铁论》,而其源自《周易 系辞》“天下同归而殊途,一致而百虑”。表示可以用不同方法达到同一目的。这是中国古代的智慧。可以开拓我们的眼界,打开我们的思路。

为使扬声器音质好、性能好,可以用多种不同的方法。例如振膜可以用纸浆制成,也可用多种高分子材料。

例如用聚丙烯(PP)制作振膜,为提高其弹性模量,一家公司在其中加石墨粉,另一家公司在其中加云母粉,第三家公司在其中加滑石粉。

采用某种方法、某种材料,厂家有时会宣传这是最好的、唯一的……因为不是科学论文,你没有功夫计较。但是,一定会找到另一种方法达到同样的效果。


六、平直原则

在扬声器诸多指标中,频率响应曲线是重要指标之一。

扬声器频率响应曲线平直是一个主要要求,也是扬声器的一条及格线,表示其设计、结构基本是合理的。

扬声器频率响应曲线平直有可能音质不理想,但音质良好的扬声器,扬声器频率响应曲线一定是平直的。
我看到的和测量的大量优质扬声器和音箱,其频率响应曲线都是均匀、平直的。

有人做过试验,请数十名不同年龄、不同职业、不同性别的人士试听不同音箱并打分,经统计满意度高的音箱,其频率响应曲线都是平直的。


七、指向原则

对于扩音类的扬声器和音箱,除了频率响应曲线要求平直以外,还有对指向性的要求。

其中的一种,就是要求水平指向性宽,垂直指向性窄。这是源于扩声的实际要求。水平指向性宽是要声音覆盖大面积的听众,而垂直指向性窄是可将声音直对听众,而且指向性窄可以减少其余反射物的放射声影响,提高了扩声清晰度。

另一种,是按照具体声场要求不同的水平、垂真指向性。

正是指向原则导致了平面扬声器难以推广,这是由于平面扬声器的指向性很窄,而且旁瓣很多。


八、可靠原则

扬声器作为工业产品,当然希望它能经久而用。对于扩声类扬声器和音箱,其可靠性应放在第一位。这个道理不用多说。

扬声器的可靠性关键在于扬声器的心脏——音圈的寿命。音圈寿命的内部条件,是采用耐热良好的漆包线、良好耐热的骨架、耐热良好的粘合剂、良好的引出线;音圈寿命的外部条件是散热,利用传导、辐射、对流三管齐下的方法,改进扬声器音圈的散热,可提高扬声器的承受功率,增强扬声器的可靠性。


九、工艺原则

一些工业产品在设计完成后,产品性能基本定型。

对于扬声器的性能,工艺常常起主导作用,有的比设计起到更大的作用。部件材料,特别是振膜的材料和工艺的选择与确定,对性能影响极大。

1924年电动式扬声器在世界出现以后,外形与结构的变化是缓慢的,但材料与工艺的改进一刻也没有停止。

一种新材料在扬声器中的应用,一种新工节在扬声器中的应用,常常会引起扬声器性能的跳跃式进步。

扬声器工厂的设计人员,只要认真、仔细分析,他所做的技术工作,大多属于扬声器工艺问题。

各扬声器公司的技术含量、核心技术,大多属于工艺问题。

因此可以说,扬声器的技术工作,不管主观愿望如何,实以工艺为中心。


十、稳定原则

在扬声器设计、生产过程中,做出少量合格样品还是比较容易的,成批生产合格的、一致的、优良的产品则更加困难。

这里主要是说中国扬声器的生产。

除了一般的生产管理、质量管理问题以外,影响扬声器稳定的因素还有磁体与振膜。

大多数扬声器厂的磁体是外购的,如果磁体磁能积等性能有变化,扬声器的灵敏度及相应参数亦会变化。有的公司对所用磁体逐批检测,总会发现不合格产品。

除去有意的以次充好以外,磁体生产由于种种原因,也可能产生性能不一致的产品,因此有必要对磁体性能增强监控检验措施。

振膜特别是纸盆的质量控制相当重要。纸盆的性能不仅取决于打桨材料及施加剂,而且取决于扣解度。扣解度需要严格、及时、准确地检验。而纸盆一经制成,木已成舟,扣解度已无法检测。

德国一些工厂的纸盆受到广泛欢迎,除了技术原因以外,德国工人严格的一丝不苟的工作习惯,无疑是重要原因。


十一、音乐原则

扬声器主要用于语言、音乐的重放。目前扬声器已有多项客观技术指标,但是到目前为止,这些客观指标还不能完全代表、概括人们聆听音乐的主观感受,更没有在客观指标与主观感受之间建立起科学定量的关系。
这是因为:

1、我们对人的“主观感受”等研究远没有到位。

2、音乐会给人们丰富的感受和无穷的想象,这种有广泛文化艺术背景的生理和心理的主观感受,本来就难于用文字语言来表述,更难于同某个物理量挂勾。而这个主观心理感受还带有个体的差异性。

因此扬声器的设计工作,不仅是一项技术工作,而且是与艺术音乐密切相关的工作。

据我不完全的调查,世界著名的音箱厂的设计师、主要经营者大都有深厚的音乐背景,扬声器的设计,既是对艺术、音乐热爱的延伸,也是调节扬声器音质的基础。

扬声器的设计,特别是音箱的设计,有一个音质调节的程序,以便将扬声器、音箱调节到满意的水平,调节到期望的风格。

这有点类似于调酒,美酒不仅是酿造出来的,而且美酒还是调出来的,调酒真有点石成金的意味。

调音也类似,设计者不但要熟悉扬声器的理论与工艺,还要对音乐有一定的认识和鉴别力,有一种驾驭能力。

为此,扬声器设计人员要多听音乐、多学习、多积累,日久必有所悟。

直言讲,中国扬声器技术人员的音乐水平,远低于国外同类人员。但只要认清这一点,做音乐家的学生,肯定会有进步的。


十二、快乐原则

对于扬声器、电声行业,可以有多种解读,有一种理解是快乐的制造者。

扬声器、音箱在多数场合为人们播放音乐、戏剧、相声、小品等等,以及充当电影、电视剧配音,使人们从欣赏节日、欣赏艺术中获得高兴与愉快。

为了快乐、健康的原则,就要反对声暴力。

现在有一种声暴力的倾向。从大的方面讲,一些现场演出、现场扩声,一些娱乐场所,在使用扩声设备时,将音量开得极大,使扬声器发出震耳欲聋、声嘶力竭的声音,将无知看成震憾、时尚、剌激,将音乐有层次的美践踏到一片轰响之下。其直接后果是使调音者、听音者听力衰退,甚至导致耳聋。这也和快乐原则背道而驰。


十三、娱乐原则

我曾经撰文,谈音响、扬声器的三性。即科学性、艺术性、愉乐性。前面二三条原则多次提到科学性、娱乐性。

有些人对音响器材、扬声器除了欣赏,还会玩、愉乐。他们有的自称玩家,有的称之发烧友。发烧即和常人有所差别。

例如听音箱时,换一根音箱线,有人觉得音质大变,有人觉得没什么变化,如果争论起来,不但破坏气氛、影响情绪,而且最终谁也说服不了谁。音响有科学性、艺术性、娱乐性,而娱乐性是我第一个提出的。

如果从娱乐角度讲,这既不是科技成果评定,也不是论文研讨,只是自己在玩,寻找自己的感受。对于娱乐,只要不触及法律、道德的底线,只要高兴,别人不必干涉。高雅也好,低俗也罢,当事者高兴即可。扬声器、音响能为一部分人提供娱乐,也是存在的价值之一。

以上各点,仅供同仁参考。这里讲的几点其实是思维方式的问题,或者说有关扬声器的思维方式。我们要成为扬声器强国,赶上世界扬声技术的最高水平,光有愿望与热情不行,还要方法得当,还要有科学的方法和思维方式,要有能力和技巧。当然,还要有相应的实力。

老子讲“道法自然”,说明规律来自于对事物本质的认识。这十三条规则,是我在多年从事扬声器技术工作中总结出来的。五十年前根本没有这种认识,这也是逐步积累、形成的。

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