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音响

音响

(电器设备组合发出声音的一套音频系统)
音响(audio)特指电器设备组合发出声音的一套音频系统。[5]广义上一般是指一种利用电子回路设计进行音讯与电子讯号间之互相转换的设备。在音响技术中,通过CD机等音响设备播放CD片中的音乐、歌曲及其他声音,演出现场通过扩音系统播放出来的歌声和音乐声等,都属于音响的播放范畴。[6]
音响资料
  • 英文名:Sound[1]、Audio[2]运用领域
  • 原理:振动器振动发声(振动音响)+纸质鼓膜喇叭发声[3]组成
  • 音响包括功放、周边设备(包括压限器、效果器、均衡器、VCD、DVD等)、扬声器(音箱、喇叭)调音台、麦克风、显示设备等等加起来为一套。其中,音箱就是声音输出设备、喇叭、低音炮等等。[4]

    音响经历了电子管阶段、晶体管阶段、集成电路阶段以及场效应管阶段等四个发展阶段,[5]目前在汽车行业、家居行业、剧场行业等广泛应用,近年来,中国音响技术的发展逐渐由经验型向理论型转变,计算机等先进技术在其中得到广泛应用。[5]

    发展历程

    音响的发展历史总分为四个阶段,分别是电子管阶段、晶体管阶段、集成电路阶段以及场效应管阶段。[5]

    电子管阶段

    音响的发展历程首先应该从电子管的出现说起,19世纪60年代,美国人德福雷斯特发明了真空三极管,也就是从这里开始,人类进入了电声技术的时代。真空三极管的原理,就是任何一片金属或者金属线,通过适当的放置,使得我们可以得到电子(或者质子)并且控制它们的运动。[7]

    但是真空三极管的时期不是很长,1927年时,贝尔实验室中布莱克发明了前馈和负反馈技术,主要是运用了负反馈技术使得放大器的失真程度降低很多,这个负反馈技术也就是将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部引回到输入端,与输入信号迭加,就称为反馈。从而产生了电子管,也就到达了电子管的时代。电子管具有使放大器音色圆、润这一特性。[7]

    晶体管阶段

    不过,在需求增加的基础上,电子管也存在一定弊端,应运而生,电子管的替代品——半导体晶体管由此产生。半导体晶体管是1950年由蒂尔、斯帕克斯制造的,他们制造的锗基NPN 结式晶体管,具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。也因这一特点,使晶体管放大器在CD播放机时代达到了一个鼎盛时期。[7]

    集成电路阶段

    上世纪60年代初,集成电路这一新“成员”的出现,也使音响的发展走向了一个新的征程。1966年,美国RCA公司研制出CMOS集成电路,1971年,英特尔发布了1kb动态随机存储器,同年,也发布了世界上第一个微处理器,这一举动标志着集成电路时代的到来。集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等优点,逐步被音响界所认识。[7]

    场效应管阶段

    而上世纪70年代,由日本产出的第一只场效应功率管,使音响的发展进入了数字技术的时期。功率管一般指电路里功率较大的器件,场效应管是场效应晶体管,是较新型的半导体材料,利用电场效应来控制晶体管的电流,因而得名。它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Q)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。这一优点也是时至今日音响行业还是使用这个的一大原因。[7]

    总体概况

    从技术应用的角度来看,专业音响产品的研发、设计和制造技术等,都已经达到了很高的水平。在产品的性能方面,主要厂家对产品的音响设计合理性、电气性能技术参数和内外功能设置等主要方面,均进行测试分析结果,总体上正规的大厂家对产品的交货质量相当重视,为了控制产品运行的稳定性和可靠性,大部分已经将老化测试程序设置为有载运行8小时以上。[8]

    发声原理

    振动器振动发声(振动音响)+纸质鼓膜喇叭发声[9]

    传统(普通)音响和振动音响的组合声,既有振动音响的振动发声,又有传统音响的喇叭发声。[9]

    介质混合音响主要结合了振动音响技术原理和纸鼓喇叭声原理,将两者结合起来;其实介质共振混合音响大家都很了解,介质共振是通过振动介质发出的声音,而混音是传统喇叭发出的声音的结合,一般是传统(普通)音响和振动音响的结合,音质不清晰,低音效果比较显著。[9]

    普通(喇叭)音响发声原理

    介质共振混合音响的发声原理是使用振动器振动音发+纸质鼓膜喇叭发声,经常使用音响的人都知道,普通音响除了专业音响外,一般音响的低音是不够的,低音好的一般体积都不小,这主要是因为喇叭发声的使用受发声单元的大小影响很大,所以很多多媒体音响直接使用低音炮、外置扬声器,充分扩大了其发声单元的音量范围,但这对于音响的形状是很大的限制,这也是为什么在市场上看到的音响一般都是四方四直有棱角的原因,而且低音效果不是很好。[9]

    振动音响发声原理

    近年来振动音响的原理,采用的则是振动介质发声的原理,一般的低音效果好的体积小形状奇怪,振动音响也有它致命的缺陷,中高音不足或几乎没有,一旦离开了介质(即音响接触表面),几乎没有声音,当购买振动音响时这些都是必须考虑的问题,不能脱离媒介,它被限制在播放场地上。[9]

    介质共振混合音响发声原理

    介质共振混合音响恰好是两者的结合,振动音响的振动介质传输恰好解决了普通音响低音不足、音量过大的问题,而普通音响的组合喇叭音则很好地解决了振动音响没有中高音,离不开振动介质的问题。可以说介质共振混合音响能很好地在普通音响和振动音响中找到了平衡点,进行优势互补,具有专业的音响效果更不用说了,它即没有“方”也没有“圆”这样的限制,让设计师可以充分发挥想象的去创造。[9]

    介质共振混合音响与立体共振音响的关系

    立体声是一种具有立体感的声音。自然的声音是立体声的,但如果立体声经过录音、放大等处理和重放,所有的声音都是从一个扬声器里放出来的,这种声音(与原来的声源比较)就不是立体的了。当所有的声音都来自同一个扬声器时,空间感(尤其是声音组的空间分布)就会消失。这种重复被称为单音。如果整个系统从录制到重放在一定程度上恢复了原有的空间感(不可能完全恢复),那么这种具有一定方位水平等空间分布特征的声音,称为立体声技术。[9]

    立体声与音响系统相结合,也就是说音响系统发出低音、中音、高音三种音频。介质共振混合音响是共振声和普通(喇叭)声的结合。共振音响的优点是低音重,同时360°发音不需要固定声源,从而产生空间感,而普通扬声器的声音具有中高音的特点,使两种优势互补的音响效果是立体感。所以介质共振混合音响也就是立体共振音响。[3]

    组成部分

    音响系统包括两个方面:自然声场和扩声系统。自然声场受建筑体影响,扩声系统利用电声技术增加了实现手段,减少了建筑带来的干扰。[10]

    音响系统包含的主要设备有音箱、功放、调音台、话筒、周边器材、音源等;连接材料包括线材及接插头;固定设备有机柜、飞行箱、操作台等。

    声源设备

    例如:DVD、CD、MP3、MP4、电脑、手机、麦克风等声源输出设备。

    音频信号动态处理设备

    压限器、效果器、调音台、音频处理器、均衡器等音频信号处理设备。

    • 调音台

    调音台是专业音频处理系统中最重要的设备之一。它具有多声道音源信号输入,并能分别处理每一个音源信号。最后将输出的多声道音频信号进行混音整理,提供给周围的音频处理设备。

    调音台的基本功能有:放大麦克风提供的弱电平信号,调整前端音源设备提供的音频信号的大小,提升或衰减某些频率段的音频信号,从而改变音频信号的相位,将不同的音频信号按比例混合输出,调整输出信号电平,以满足其他不同用途外围设备的需要。而更先进的声场则是增加了一些音频处理单元,如限压器、噪声门、混响延迟和对讲系统,更先进的还配备了电子计算机系统。专业调音台涉及电子、机械、计算机和人体工程等学科,是一门复杂的系统工程。

    • 压限器

    压限器是压缩机和限制器的简称,通常是将这两种装置功能合二为一。当压缩机的输入信号增加到一定值时,其增益会随着信号的增强而减小。其主要目的是压缩程序的动态范围,防止过载削波造成的失真。压缩机也可以产生特殊的声音效果。与压缩机不同,限制器的输出电平将始终是一个恒定值,它最大输出电平是可调的,不随输入信号的增加而改变。在音响系统中,使用压限器对保护功放和扬声器的安全,防止程序动态范围过大而造成的严重过载损坏具有十分重要的意义。此外,压限器还具有改善声音响度、改变音色的作用。当独奏者使用落地式麦克风或手持麦克风表演时,嘴和麦克风之间的距离经常变化很大,导致音量控制困难。使用压限器可以使音量变化相对稳定。

    • 均衡器

    均衡器已被用于演播室、剧院、舞厅、录音室和影视制作。其主要作用是对音频信号的不同频率成分进行提升或衰减,从而调节音频输出信号中低音、中高音的比例,补偿音频信号中不足的频率成分,抑制声音反馈造成的过多的频率成分。均衡器的另一个功能是调节音质,它可以在一定程度上弥补建筑声学的结构缺陷,使听众在一个基本与现实相似的环境中听到声音。[11]

    音频信号放大设备

    前级功率放大器、后级功率放大器、数字功率放大器等模拟功率放大器、设备。

    • 功率放大器

    功率放大器是专业音响系统中最重要的设备之一,音频电压信号通过功率放大器转换成成功率信号,提供给扬声器系统,从而驱动扬声器发出声音。功率放大器的特性指标分为静态特性指标和动态特性指标。静态指标主要包括输出功率、频率特性、总谐波失真、噪声电平、灵敏度、阻尼系数和互调失真。动态指标主要包括瞬态响应、瞬态互调失真、相位失真等。[11]

    声音还原设备

    全频音箱、吸顶喇叭、音柱、线阵音箱、阵列式音箱、高音喇叭、低音炮等等。[12]

    音箱是一种把音频信号转换成声音的装置。一般来说,它是指在扬声器主机盒或低音炮盒内加功率放大器,对音频信号进行放大处理后,由扬声器本身重放声音,使其声音变大。音箱是整个音响系统的终端,它的作用是将音频能量转换成相应的声能,并辐射到空间。[13]

    音箱基本上是由四大部分组成的:扬声器、分频器、箱体、吸音材料。

    音响性能

    一般扬声器指标有若干应用参数,最常见的有以下几个:

    功率

    一般用W或VA来测量,常用的标称功率(额定功率,不失真功率)是指在最大输入功率的情况下,音箱的非线性失真不超过标准范围。它是音箱的正常工作电源,长期连续工作无损坏。

    灵敏度

    参考点一米处产生的声压。一般以分贝(db)表示。在相同的驱动功率下,音箱的灵敏度越高,声音就会越响,这在使用低功率放大器时很重要。

    信噪比

    信噪比,又称SNR(Signal to Noise Ratio)讯噪比,即放大器输出信号与噪声电压同时输出的电压之比,常以分贝数表示。器件的信噪比越高,产生的噪声越小。一般来说,信噪比越高,信号中混入的噪声越少,播放出来的声音质量越高。否则,情况正好相反。一般信噪比不应低于70dB,高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。

    信噪比是指在没有信号的情况下,扬声器所播放的正常声音信号与噪声信号(功率)之比。我用dB来表示。例如,扬声器的信噪比为80dB,则输出信号功率比噪声功率大80dB。信噪比越高,噪声越小。为了保证声音效果,建议在购买范围内可以包括80dB以上扬声器信噪比的大小。

    失真度

    音箱的失真度与放大器的失真度概念基本相同,只是放大器输入是电信号,输出仍然是电信号,而音箱输入是电信号,输出是声音信号,所以音箱的失真度就是信号与声音信号转换之间的失真。失真程度指标只是一个笼统的表述,具体应分为谐波失真、相互作用失真和瞬态失真三种类型。

    谐波失真是指在声音回放时原信号中加入较高谐波分量所造成的失真:互调失真主要影响声音的音色:瞬态失真是由于扬声器具有一定的惯性质量,盆体的振动跟不上电信号振动的瞬时变化,造成原信号与回放音色之间的差异。它是扬声器和扬声器系统中非常重要的指标,直接影响音质和音色的还原,因此该指标与扬声器的质量密切相关。常以百分数表示,数值越小,畸变程度越小。普通多媒体扬声器的失真程度小于0.5%,通常低音炮的失真程度一般更大。

    分频点

    分频器是分频器的高通、带通、低通滤波器之间的分割点,通常用频率表示,以赫兹表示。高、低两分频扬声器只有一个分频,高、中、低三分频扬声器有两个分频点,分频点应根据各频段扬声器单元或扬声器的频率特性和功率分布来确定。

    分频点是分频单元分配给每个扬声器单元承担的频响范围标记,是根据扬声器单元的音频性能能力(单元隔膜有效直径由频域边界确定);例如,高频单元和中频单元的分频点通常为3000Hz~4000Hz,中频单元和低频单元的分频点通常为400Hz左右,重低音单元的分频点通常为150Hz甚至更低。

    阻抗

    它是指音频信号加到音箱输入端后,音箱呈现出的纯电阻。常见的是4欧、8欧,国外也有3欧、5欧的规格。使用时要注意匹配功放的输出阻抗。特别注意的是,胆机与音箱的阻抗匹配是很重要的。

    频响范围

    频响范围一般是指音箱在音频范围的高低端下降负3db的频率重放范围。自然是越宽越好,现在的高保真音箱在高频端做到20000HZ甚至30000HZ重放都不是问题,低频由于音箱口径和箱体体积的限制,不容易做到20HZ,一般书架式音箱低频就更差了。[14]

    主要分类

    按使用范围分

    1、专业箱:用于演出场地,如大厅、大堂、场、馆等的扩声。[14]

    2、监听箱:用于各种录音机构的专业监听。[14]

    3、民用箱。[14]

    按用途分

    落地式音箱、有源音箱、环绕音箱、书架式音箱。[15]

    1、落地式音箱是由两个低音扬声器和一个高音扬声器组成的大型扬声器,或者说是一个分频的低音扬声器。它适用于大房间面积及大型场合。[15]

    2、有源音箱是指扬声器内部带有功放电路的一种扬声器,也就是说,可以直接输入音频信号,使扬声器正常工作,这种扬声器作为音响系统适用于随身听(WALKMAN)和多媒体计算机。[15]

    3、环绕音箱由直径130~150mm的低音扬声器和软球顶高音扬声器组成,主要用于重放环绕声。[15]

    按工作频率分

    超低音音箱、多分频音箱、2分频音箱、3分频音箱。[15]

    1、超低音音箱:箱内只有一只低音扬声器,主要用于重放低频信号。[15]

    2、2分频音箱,该箱有低音扬声器、高音扬声器两种。工作时即通过分频电路分频,将相应的信号发送到各扬声器进行重放。该音箱的特点是发出的声音有层次感,适合小房间使用。[15]

    按内部结构分

    密封式音箱、倒相式音箱、空纸盆式音箱、对称驱动式音箱、迷宫式音箱、哑铃式音箱、克尔顿式、前置号筒式等。[15]

    1、密封式音箱结构:它由一个盒子、一个扬声器和吸音材料组成。音箱盒的反面是密封的,前面有一个扬声器端口。它把扬声器装在这个完全封闭的盒子里。箱体的声音基本上是密闭的,将扬声器前后的声波分散开来。

    特点:具有良好的低频响应,重放低音较深,且由于音箱是全封闭(除扬声器外),防止声音短路现象。但音箱内的空气具有阻尼作用,影响音箱的共振频率和品质因数。由于音箱内的吸声材料,部分声能被吸收掉,所以密封音箱的灵敏度较低,适用于家庭音响。

    2、倒相式音箱结构:构造基本上是一样的密闭的音箱,不同之处在于音箱只在面板孔开设了一个倒相孔,在箱内放置有倒相管,其中倒相管的作用是辐射声波从演讲者通过倒相管衍射,和前面的声波演讲者叠加,升高频率特性的低频更加丰富,可以使低频段的敏感性增多5分贝。具有灵敏度高、性能稳定的优点。同时还能利用箱体和管道的共振原理,放大低频,使低频效果加强,改进低频下限的振幅失真。该音箱的不足之处是瞬时特性不如密封式音箱。

    3、空纸盆式音箱结构:空纸盆式音箱是在倒相式音箱的基础上发展而成的音箱。音箱内安装有一个扬声器和一个空纸盆,空纸盆安装在倒相式音箱倒相孔的位置上。 特点:与倒相式音箱基本相同,由于空纸盆的作用,使该种音箱的灵敏度更高。

    4、对称驱动式音箱结构:它是将两个扬声器重叠安装在一起,在音箱工作时,两个扬声器进行周期性振动,使扬声器周围的空气加强振动,从而可以获得重放效果,配合音箱的大音量,使低音纯净厚实。

    5、迷宫式音箱结构:这种音箱的构造比较复杂,体积也比较大,里面的部分组成有许多隔板有吸音的用途。具有良好的频率特性,有着更丰富的低频,由于隔膜的结构使得声波辐射更加增强。

    6、哑铃式音箱结构:它由两个低音扬声器和一个高音扬声器组成,两个低音扬声器分别装在上下部分,高音扬声器安置在两个低音扬声器的中间,这两个低音扬声器并联或串联连接。在音箱工作时,两个低音炮的振幅和相位完全一致。这样,声源的位置就定位在两个低音扬声器的对称点上,即高音扬声器的位置。这种连接避免了各种频率源的分离感,也使扬声器能够承受较大的输入功率。

    7、克尔顿音箱:是美国人发明的,它是将低音扬声器安装在箱体内,低频声音通过若干小孔传输,相当于在低频部分加了带通滤波器。在面板安装扬声器的较低频率处选择扬声器的工作频段,以进一步拓宽低频重播效果。

    8、号角式音箱:号角式音箱是一种典型的高效大动态扬声器系统。一般人耳所能感受到的声音强度,最低声压级可达1分贝,最高声压级可达120分贝,两者相差上百万倍。从声音信号的最低到最高,扬声器的线性比称为“动态范围”,扬声器的动态范围与其本身的结构和音箱的形式有不同的反映,扬声器在工作时盆的振动幅度达到最大值时,就会超过振幅和外力进入线性工作范围,导致扬声器的畸变加剧。如果继续加大喇叭的输入信号,就会使音圈出磁隙,并伴有拍底现象。喇叭口径越小,低频情况越严重。[15]

    9、传输线式音箱:传输线式音箱是以经典电学理论中的传输线命名的,扬声器后面设有由吸音壁板制成的音管。传输线式声音具有温和的阻尼和调谐功能,增加扬声器在谐振频率附近或以下的声音输出。通常这类音响的声管多呈迷宫状堆叠,因此,一般也称为迷宫状或曲线状。

    10、无源式辐射式音箱:低音反射型音箱的分支,也叫空纸盆音箱,其开孔由空纸盆的磁路和音圈代替,利用箱体内的空气和无源锥底盆支撑元件形成共振,增强低音。这种方法的优点是避免了反射声孔产生的不稳定声音。驻波效应小,声音清晰透明。

    11、耦合腔式音箱:这是一种介于封闭和反射之间的箱体结构,其输出由驱动在锥体一侧的声孔产生,锥体的另一侧与封闭箱体耦合。它的优点是在低频时扬声器推动的风量大大增加,因此减少了失真,增加了承受功率。

    音频范围

    音频的划分

    声音由许多频率组成,其中一些是人耳听不到的,一般可以听到的声音范围约为2NHz-2XKHz。这就是我们通常所说的音频。人耳对不同频率的敏感度是不同的。不同声级率分量根据其音高大小动态分布,形成频谱,即音色。[16][17][18]为了工作方便,将音频大致分为四个频段:低频段(从20Hz到150Hz)、中低频段(从150Hz到500Hz)、中高频段(从500Hz到5KHz)和高频段(从5KHz到20KHz)。[16]

    整个音频依据人耳听觉感受可划分为10个区域,如下图:

    深沉区20Hz-64Hz,浑厚区4Hz-128Hz比,丰满区128Hz-256Hz,力度区256Hz-512Hz,明亮区512Hz-1024Hz,透亮区1024Hz-2048Hz,敏锐区2048Hz-4096Hz,清脆区4096Hz-8192Hz,细腻区8192Hz-16384Hz,纤细区16384Hz-20KHz。

    64Hz-256Hz的低音区域是音乐的基础,决定着音乐的完整性。256Hz-2048Hz属于中音区域,大多数乐器的基音、人的语声和歌声等都在这一区域。2048Hz-4096Hz的中高音区域是人耳最为敏感的区域。4096Hz-16KHz为高音区域,是乐器的泛音区域,其中3KHz-6KHz对演奏时的临场感有着重要的作用。

    了解和掌握不同频率区域的声音给听众的听觉感受,然后调整音频各部分的比例,还可以改变基音和泛音的组合,使听众欣赏到不同的音乐效果。[16]

    频段对音乐的表现

    30~150Hz频段:能够表现音乐的低频成分,使欣赏者感受到强劲有力的动感。[16]

    150~500Hz频段:能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力,是低频中表达力度的部分。[16]

    500~5000Hz频段:主要表达语言的清晰度及弦乐的表现力。[16]

    5000~20000Hz频段:主要表达音乐的明亮度,但过多会使声音发破。[16]

    常用术语

    音响发烧友常用术语如下:

    1、神经线:主要是指传输低电平(毫伏、微伏级)、小电流的信号线。一般神经线为音视频两用,神经线的较高端插头为镀金RCA插头,并在导线表面涂有防静电保护层。

    2、发烧线:主要是指截面较大、股数较多的音箱信号传输线。品质较高的发烧线是采用无氧铜等材料制成的。

    3、煲机:所谓煲机类似于机械机器的摩合期,即音频设备工作一定时间后,机器内部的温度与环境温度相同,使各级功放的工作状态达到最佳点,播放声音最佳。

    4、摩机:所谓摩机来自英语Modify,意思是修改。发烧友对音响系统的部件或线路上进行更换、改造、升级,称之为摩擦机。

    5、爆棚:所谓爆棚是指音响器材在重放时,当乐曲进入高潮时所产生的震耳欲聋的气氛。

    6、胆机:胆机是指采用电子管制作的放大器。

    7、石机:所谓石机是指采用晶体管制作的放大器。

    8、胆石机:即为电子管与晶体管混合制作的音响器材。一般将电子管作为前级放大器,晶体管作为后级放大器。

    9、环牛:所谓环牛是指环形变压器,它与普通变压器比较的话,漏磁较小。

    10、大水塘:大水塘是指电源滤波电容,一般为10000μF以上的大容量电容。

    11、靓声:指音响器材的重放声音质很好,达到了高保真的要求。

    12、解析度:指音响器材的重放声具有一定的还原度,给人以失真少的感觉。

    13、染色:所谓染色是指重放过程中由于声波的振动使其它物体或材料出现共振而产生的重放声中没有的声音。它对重放的效果是有害的。[4]

    14、咪头:指各种话筒。咪头,是将声音信号转换为电信号的能量转换器件,是和喇叭正好相反的一个器件(电→声)。咪头和喇叭是声音设备的两个终端,咪头是输入,喇叭是输出。咪头又名咪芯、麦克风、话筒、传声器。

    15、补品:指对音响系统进行改造时所使用的质量较高的元件。[4]

    16、明亮度:高、中音充分,听感明朗、活跃。不良的系统则听感灰暗。

    17、丰满度:温暖感,中、低音充分,高音适度,响度合宜,混响适中,听感温暖、舒适,富有弹性。

    18、清晰度:语言可懂度高,乐队层次分明,有清澈见底感,不良的系统则听感模糊、浑浊,声响不明确。

    19、平衡度:节目各部分比例协调,高、中、低音平衡,左右声道一致。一个不良的系统是不平衡的。

    20、柔和度:即感觉柔软,声音扩散好,放松不紧,高音不刺耳,听感愉悦、舒适,系统不好是尖锐、硬。

    21、力度:声音强劲有力,具有冲击力,能反映声源的动态范围。较差的系统冲击力不足,动态范围受到压缩。

    22、真实感:能保持原有声音的特点,不良系统不真实、失真、声音染色、爆炸、破碎、晃动现象。

    23、立体感:它能清晰地感受到声源在空间中的各自位置,准确定位声像,连续分布声像群,具有适当的宽度和深度。系统定位漂移不良,宽度不合适。

    技术指标

    1、额定功率 就功率放大器而言,额定功率一般是指能够连续输出的有效值(RMS)功率;对于音箱来说,额定功率是指音箱能够长时间承受这个功率值而不损坏,这并不意味着它一定需要这么高功率的功放来推动,音箱的驱动主要是由它的灵敏度和阻抗特性决定的。也不是说功放不能配备大于音箱额定功率的输出功率。同样,只要不盲目加大音量,高功率放大器可以与小功率音箱相匹配。

    2、峰值音乐输出功率(PMPO) 以音乐信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率,其商业意义大于实际作用。

    3、失真 分为谐波失真、互调失真和瞬态失真三种。 一般来说,这种失真就是谐波失真,是指在声音回放的过程中,加入了原信号所不具备的更高次谐波分量而造成的失真。

    真正影响音箱质量的是瞬时失真。瞬态失真是由于音箱具有一定的惯性质量,盆体的振动跟不上瞬时变化的电信号的振动,导致原始信号与重放音阶之间的差异。普通多媒体音箱失真度应小于0.5%,低音炮失真度小于5%。

    4、谐波失真 由于放大器不理想,输出信号除含有放大后的输入成分外,还增加了一些原信号的2倍、3倍、4倍……

    甚至更高频率的分量(谐波),导致输出波形变形。这种由谐波引起的失真称为谐波失真。

    5、谐波失真(harmonic distortion) 指各种原始频率倍频的有害干扰。放大1kHz的正弦波会产生2kHz的二次谐波,3kHz的三次谐波,以及许多更高的谐波。

    6、互调失真(IMD) 互调失真(intermodulation distortion)是放大器引入的输入信号的和与差失真。例如,6kHz (1kHz和5kHz的总和)和4kHz(1kHz和5kHz之间的差异)的互调失真分量,是通过将频率为1kHz和5kHz的混合信号馈送到放大器而产生的。

    7、音染 音乐自然中性的对立面,即声音染上了节目本身没有的一些特性,例如对着一个罐子讲话得到的那种声音就是典型的音染。音染表明重放的信号中多出了(或者是减少了)某些成分,这显然是一种失真。

    8、声压 表示声音强弱的物理量。

    9、灵敏度 衡量音箱效率的一个指标,它与音箱的音质音色无关。普通音箱的灵敏度一般在85~90dB(分贝)之间,音箱则在l00dB以上。 灵敏度的提高是以增加失真度为代价的,所以作为高保真音箱来讲,要确保音色的还原程度与再现能力就必须降低一些对灵敏度的要求。所以说不能认为灵敏度高的音箱音质一定不好,而低灵敏度的音箱一定就好。

    10、动态范围 信号强的部分与微弱部分之间的电平差。对器材来说,动态范围表示这件器材对强弱信号的兼顾处理能力。

    11、频率响应 简称频响,衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力,指低有效回放频率与高有效回放频率之间的范围。对器材频响的要求有两方面,一是范围尽量宽,即能够重播的频率下限尽量低,上限尽量高;二是频率范围内各点的响应尽量平坦,避免出现过大的波动。

    12、瞬态响应 器材对音乐中突发信号的跟随能力。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应,信号一停就嘎然而止,决不拖泥带水。

    13、信噪比(S/N) 又称为讯噪比,即放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比,常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质量越高,否则相反。信噪比一般不应该低于70dB,高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。

    14、阻抗匹配 一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系,以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子设备互连来说,例如信号源连放大器,前级连后级,只要后的输入阻抗大于前的输出阻抗5-10倍以上,就可认为阻抗匹配良好;对于放大器连接音箱来说,电子管机应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱,而晶体管放大器则无此限制,可以接任何阻抗的音箱。

    15、阻抗(impedance) 指对电流所呈现的阻力。阻抗包括纯电阻和电感、电容产生的感抗和容抗。

    16、输入阻抗(input impedance) 指电路或器材对推动它的电路或器材所呈现出的阻抗。输入阻抗包括电阻、感抗和容抗。

    17、煲机 新器材使用之前的加电预热的老化过程,以便让器材的声音进入稳定的状态。

    18、平衡(balance) 指在音频频谱的高段和低段之间在相对响度上所存在的客观关系;也指双声道立体声左声道和右声道之间的信号的相同(平衡)。

    19、频率(frequency) 指在一个周期内的重复次数,或每秒的周波数。计量单位为Hz(Hertz),如频率为1000Hz(1kHz)的音频信号每秒便有1000个正弦波的周波。

    20、频率范围 低有效回放频率与高有效回放频率之间的范围。一般情况下,人能听到的音频信号大约是20Hz~ 20kHz之间的不同频率、不同波形、不同幅度的变化信号,因此放大器要很好地完成音频信号的放大,就必须有足够宽的工作频带。 把一个放大器在规定的功率下,在频率的高、低端增益分别下降 0.707信时两点之间的频带宽度称为该放大器的频响范围。比较优良的放大器的频响范围一般在 18Hz~20kHz之间。

    21、声像定位(image specificity) 指对乐器或人声的声像能够准确地进行定位甚至能清晰地确定声场的特征。

    22、数字式音箱(digital loudspeaker) 通常指一种内装数字分频网络和功率放大器的音箱。数字式音箱输入的信号为数字比特流,在用数字信号处理的方法将音频频谱分割后,便分别将这些信号变换为模拟信号,然后再由各自的功率放大器放大后再去推动音箱中的相应发音单元。

    23、无源式超低音音箱(passive subwoofer) 指需另用一台单独的功率放大器去推动的那些超低音音箱。与之不同的便是箱内装有单独的功率放大器的"有源式超低音音箱"(active subwoofer)。

    24、数字音量控制(digital Volume Control) 指通过对用于表示音频信号的0和1的数算来对信号电平进行调整的一种数字电路。

    25、中置音箱(center-channel speaker) 指家庭影院系统中装于视频监视器的顶部,下面或后面的一种音箱。是用于重放中心通道送来的人声对白之类信息以及其它同荧屏上的动作有关的一些声音。

    26、倒相式音箱(bass reflex) 也称倒相式开孔箱,系在音箱面板上开有倒相孔(槽)的一类音箱。由于开有孔,箱内的声音便可以辐射到外面来。倒相式音箱比密闭式音箱的低频延伸要好些,但低音往往不那么结实紧凑。比较"无限障板"(infinite baffle)

    27、有源超低音音箱(active subwoofer) 指专门用于重放低频、并由内置功率放大器来驱动的那类音箱。

    28、环绕声音箱(surround speaker) 指摆放在聆听者侧边或后面专门用于重放环绕声通道中的音频信号的音箱。[19]

    应用领域

    灯光音响

    灯光音响系统工程是许多专业工程的结合体,主要涉及声学、电子学和光学等专业。一般来说,灯光音响系统工程对施工技术要求较高,灯光音响系统应具有较强的灵活性。[20]

    剧场音响

    在影院中使用多通道扩声是未来音响系统发展的方向。技术的不断创新推动了行业内各种新设备、新软件的研发。有了实现的手段,人们开始追求具有更多想象空间的精神文化产品。

    从音响系统的发展方向来看,多通道音响系统具有良好的发展前景。在用户体验方面,消费者追求的是更加身临其境的现场真实感。越来越大的屏幕、炫目的特效、3D视觉逐渐习惯了音响系统的建设,不断满足大众的追求,越来越多的音响通道被加入到建设中。

    目前影院的多通道扩声技术才刚起步,多集中在前置三声道立体声扩声(2.1声道)或简单5.1环绕声重放技术上。近年来,除了大型户外演出外,还采用数字扩声系统实现多通道扩声,如中国深圳的太阳马戏团、迪士尼乐园、欢乐谷等。在室内剧院,也进行了许多创新的实验和探索,一些比较新的技术已经投入使用。 [21]

    IOSONO 3D 全息音响系统

    自2012年6月30日科恩戈尔德的歌剧《死亡之城》在悉尼歌剧院成功首演以来,IOSONO 3D全息音响系统解决方案已经成为热门。该剧利用IOSONO 3D技术放大交响乐团的多通道扩声,音乐家们在隔壁的音乐厅演奏。音响技术团队精心搭建了乐团的声全息图,并通过精心的后期制作Anymix环绕声混音插件,再加上d&b扬声器,实现了现场表演与声音重建的完美结合。

    IOSONO 3D在技术上解决了多通道系统带来的限制,有效地利用均衡器消除噪声,将来自各个方向的声音都可以播放声源,如室内外、相邻的观众,都可以清楚地看到目标在三维空间中的位置,这就是基于对象的声音播放方法,从而准确定位声音图像,声源也更加自由地分布,使所获得的全息声音足够清晰生动。辅助的系统数据保证了回放声音可以适用于任何收听环境,IPC100音频处理器可以适用于任何扬声器配置,而不受听众位置、大厅大小、长宽比等因素的影响。IOSONO开发的3D全息音响系统是基于波场形成的原理,并针对现有的空间声音播放技术进行了优化。

    IOSONO是由德国弗劳恩霍夫研究所提出的。2004年8月,德国弗劳恩霍夫研究所在美国洛杉矶的CBS工作室演示了基于荷兰代尔夫特理工大学波场生产的IOSONO立体声技术。“SWD-IOSONO”于2013年1月在德国奥尔登堡的玉石应用科学大学实验室开放,也是一个3D全息声音技术实验室。如右图:[21]

    DOLBY ATMOS杜比全景声音响系统

    第85届奥斯卡颁奖典礼于2013年2月25日在杜比剧院举行。音响效果因剧院对扬声器系统的彻底改革和杜比全景音响技术的使用而受到称赞。内部有3400个座位,分为四层:地面层(管弦乐队座位),中庭后排座位(地面层以上),两个夹层层和夹层层。仅一楼就有大约900平方英尺(约合900平方米),以至于杜比全景声(Dolby Atmos)系统的技术设计将三个独立的区域与扬声器分开,然后将数据综合在一起。杜比剧院的全景音响系统安装了近200个扬声器,在天花板和后墙区域还有额外的扬声器(组)。这种大型后端系统使用CAT-6(6类双绞线)传输数字信号,可以在千兆以太网和其他兼容网络上使用,信号传输频率可达250MHz,具有很强的抗串扰和系统噪声能力。[21]

    汽车音响

    Dolby Pro Logic Ⅱ汽车音响系统

    当音响系统首次出现在汽车上时,它们只有收听广播的功能,为司机提供休闲娱乐和信息,以消磨他们的空余时间。随着科技的进步和生活水平的提高,尤其是自30多年前音响开始出现在高档汽车上以来,汽车里的娱乐系统也在不断发展。[22]

    Lexicon Logic 7汽车音响系统

    莱斯康(Lexicon),哈曼集团旗下品牌,1971年成立于美国。世界上第一台数字效果装置LexiconPCM-70 Digital Effects,第一台数字混响效果装置LexiconPCM-70 Digital Effects,以及建立的房间监测环境自动平衡校正系统等,都来自Lexicon。

    广播音响

    广播音响系统是校园内的一套基础设施。随着现代信息技术的发展和多媒体教学在大、中、小学的普及,人们对校园广播音响系统的功能有了多样化的要求。现有的广播音响系统已经越来越难以满足学校活动的各种需求。针对这种情况,通过对网络通信技术、嵌入式技术和数字音频技术的研究,结合系统需求分析,设计了基于网络通信的校园智能音响系统方案。

    该系统是由服务器、网络路由器、智能音箱设备和功能扩展设备组成的数据通信系统。服务器是整个系统中最重要的通信节点。它接受用户的访问,将用户的操作转换成数据命令,并发送到终端设备执行。同时,等待终端设备的反馈信息,并在用户界面上显示系统中所有终端设备的实时状态。[23]

    工程音响

    专业工程音响系统涉及的仪器设备比较多,各个子系统之间的连接比较复杂,使用的各种设备仪器也不一样,系统的工作模式也有很大的不同,所以在前期的准备和调试中要保证各个部分的互补,既不能相互影响,又要实现各个系统之间的互补。[24][25]

    家居音响

    家庭智能云音响系统的开发根据平台的不同分为嵌入式平台和云平台。

    首先,嵌入式平台包括底层功能和Android客户端的设计与实现。嵌入式底层功能主要是针对红外遥控、U盘、HDMI液晶功能适配,根据外设蓝牙模块完成蓝牙功能,根据外设调频电台模块完成Linux驱动程序开发。Android客户端是基于Android操作系统开发用户可视化交互界面,完成一系列功能,包括底层功能的可视化操作、网络广播视频剪辑等媒体资源的播放控制和用户评分上传功能。

    其次,云平台包括信息管理子系统和推荐服务的设计与实现。信息管理子系统主要包括Android资源访问、系统用户登录和注销、用户管理、网络资源、个性化推荐和用户评分管理等功能。推荐服务以文件插件的方式动态部署在服务器中。通过读取数据库中的用户评分记录,以提出的改进用户相似度算法为核心步骤,对用户进行个性化推荐,采用热列表推荐作为用户冷启动的解决方案。[26]

    数字音响

    数字音响的主要特点:

    1、高信噪比:数字录音形式为二进制码,重播时只需要判断“0”或“1”。因此,记录介质的噪声对重放信号的信噪比影响很小。模拟音频的录制形式是连续的声音信号,在录制过程中会受到磁带噪声的影响,如叠加在声音信号上而使音质变差。虽然在模拟音响系统中采取了降噪措施,但无法从根本上消除。

    2、失真程度低:在模拟音频录制和回放过程中,非线性磁头会引入失真,因此需要采取交流偏磁录制措施,但失真仍然存在。在数字音频中,磁头只工作在磁饱和和无磁两种状态,分别表示1和0,对磁头没有线性要求。

    3、重复性好:数字音频设备经过多次拷贝和重放,音质不会变差。传统模拟盒式磁带录音时,每拷贝一次录音,磁带录制噪声增大,导致每拷贝信噪比降低3dB左右,子磁带为母磁带,子磁带为子磁带,音质变差。

    4、震动率小:数字音频重放系统由于有时基校正电路的作用,转动系统、驱动系统不稳定不会引起震动,因此不需要像模拟录音那样要求精密的机械系统。

    5、适应性强:数字音频记录是二进制编码,各种处理都可以像数字运算一样进行,而且不需要改变硬件,只需软件操作,便于微电脑控制,因此适应性强。

    6、易于集成:由于数字化,所以易于大规模集成电路的使用,并使整机调试方便,性能稳定,可靠性高,便于批量生产,可降低成本。[27]

    迷你音响

    迷你音响(mini-speaker)是微型音响的一种,很多人也叫它“USB音响”,用USB接口连接电脑或USB插孔,体积小,携带方便,款式新颖。迷你音箱可以连接大多数音频输出设备,如MP3、MP4、MP5、手机、电脑等(部分设备可能需要一个切换接口)。外观设计简洁,小巧,品种。锂离子电池电源可随身携带,大功率输出也适合户外使用,组合式迷你音箱更适合放置在家中。

    迷你音响的特征:

    1、体积小,携带方便,清新自然。最大的还没有足球大,最小的只有鸡蛋那么大。

    2、集功放、电池、双扬声器于一体,首创专利技术"伸缩式扩展共鸣腔",解决微型扬声器谐振器体积小的问题,打破几十年来音箱的外观规格,压缩到极限。

    3、不需要长长的音频线,不需要外接电源,都能展现出来。

    4、设计简洁明了,使用方便。USB标准接口为电源和音频输入,无驱动USB接口即插即用,完全兼容Windows 95、98、ME2000和XP操作系统。具有3.5mm立体声音频输入接口,连接笔记本电脑、台式电脑、手机、PSP、随身听、MD、Mp3、掌上电脑、PDA、Mp4、重播机、iPod、手机等设备。

    5、迷你音箱只需要连接笔记本电脑、手机等设备,无需电源,就能播放美妙的音乐。一些扬声器内部有一个大的锂离子电池,可以播放5到8小时的音乐,双电源供电方式更耐用。

    6、便携性能适用于户外运动探险者、休闲者、户外骑行者,也适用于电脑扩音,当成电脑小音箱。总之,迷你音箱因为体积小,播放时间长,外接扬声器声音大,不像传统的MP3播放器需要戴耳塞,伤害耳膜,受到了越来越多人的喜爱!尤其是运动小音箱、自行车音响等。[28]

    相关概念

    HI-FI

    如果音响系统能忠实地再现原声,再现原声场,并能对音频信号进行适当的修改和处理(调音),使再现的音质优美,则可称为高保真音响系统(High-Fidelity,简称HI-FI)。[6]

    HI-FI的含义

    HI-FI的真正含义是高还原,音响设备能真实反映声音信号的原貌。如果音视频设备不能还原原乐器的音色魅力,那么就不叫高保真设备。需要注意的是,立体声和扬声器是两个不同的概念。一般来说,音响是音箱+功放+音源系统,是一个系统;音箱是盒子+扬声器。随着便携式HI-FIHi-Fi无损播放器的发展,市场上也出现了越来越多以“HI-FI”“高保真”为卖点的耳机。

    HI-FI系统保持声音的“原汁原味”的原理

    1、真实地再现原声。声音电信号可以用幅度、频率和相位来表示。人们通常用响度(音量)、音高和音色来表示声音的特征。真实地再现原声就是要保持原声的音质,使人们感觉不到三要素所反映的原声音质有任何失真。

    2、还原原声场。室内声场由声源声、直射声、反射声和混响声组成。这种原始声场反映了一种立体声。这种音响系统也叫立体声系统,它由两个要素组成:一是声音和视频的存在,二是高清晰度和信噪比。立体声是高保真音响的重要特性之一。

    3、可对音频信号进行处理和修饰。在音频信号的录制、传输和重放过程中,不可避免地会出现各种失真。因此,应采取适当的措施对高保真音频系统进行补偿和处理,以恢复原始音质。此外,音响系统经常用于播放音乐。听音乐是一种艺术享受,但每个人的文化水平、艺术修养、欣赏习惯和追求爱好都是不同的。因此,高保真系统还允许人们根据自己的喜好对音频信号进行修改和美化,通过调音使声音更加优美,这是高保真的重要属性之一。[6]

    在硬件方面,高保真音响系统通常由三部分组成:高保真音源、音频放大器和扬声器系统。其中,音频源部分发出的各种节目信号经过音频放大器的处理和放大,从而获得足够的功率来推动扬声器工作,发出与原声源相同且响亮得多的声音。同时,由于声音必须经过场所的空间才能被听众欣赏,因此声音效果不仅与音响系统的配置有关,而且与聆听场所的室内声学特性密切相关。

    4、值得注意的是,HI-FI和影院音效有些不同。目前市场上典型的家庭影院系统是一个5.1声道环绕声系统,一个AV功率放大器,以及一个由五个AV扬声器和一个低音炮源扬声器组成的系统。

    中国HI-FI

    HI-FI这个词在中国的引入应该是在20世纪80年代初,当时音响已经完全从收音机和自己的流派中分离出来,之后迅速演变为单声道录音机、单声道收录机、双声道立体声收录机。但是严格来说,最早的单声道组合音响还不是HI-FI音响,国产的双声道立体声组合音响也不应该包括在真正意义上的HI-FI音响之内。

    中国HI-FI音响的真正崛起应该是在从组合音响过渡到个性化音响组合的这一刻,即声源、功放、音箱作为独立的单一形式,并由发烧友进行个性化搭配。这个时候,中国广东珠三角很多音响企业推出了自己的单件HI-FI设备,虽然在今天看来是很一般的东西,但它应该属于最基础的HI-FI入门级产品。[29]

    音响审美

    音响美是形式美之一。它是一种由听觉器官感知的美。音响具有物理的、心理的、时间的、运动的、全方位的、非物理的、非语言的、自发的和表达的特征。音响是物质在时间上流动的物理形式。音响音否定视觉的直观性,具有简洁的想象力。它的声音否定了画面的框架,占据了听觉的全部方向。音响否定了精确的语义和规定性,但具有主观的感性和演绎能力。音响不能具体、清晰地描述和再现客观事物的全貌,只能反映客观事物作用于主体内心世界的审美效果。[30][31][32]

    发展趋势

    据中研普华产业研究院出版的《2022-2027年音响行业风险投资态势及投融资策略指引报告》统计分析:[5]

    由于传统市场转型的影响以及部分音响行业利润率的下降,专业音频设备市场的发展正在放缓。在冲击专业音响市场的同时,新冠肺炎疫情也推动了专业电子音响产品的在线消费份额反弹,加速了音响行业在线销售、宣传和营销的互联网化转型。[5]

    中国智能音箱市场销量359万台,同比下降19.9%,环比增长35.7%;市场销售额10.1亿元,同比下降1.4%,环比增长44.8%。受双11刺激,智能音箱市场销量再次突破350万台,达到今年第二高;但无论是作为人工智能的载体还是智能家居的入口,音响在产品创新、场景落地等方面对消费者的吸引力都在减弱,市场低迷已成定局。[5]

    中国音响主业总产值约3154亿元,同比下降1.43%。受中美贸易摩擦和国内工业增速影响,产值有所下降,但总体发展保持稳定。其中,与音乐产业的制作、传播和欣赏密切相关的专业音频总价值569亿元,同比增长2.1%,增速有所放缓。音响系统根据人们的需求不断改进和完善,大到满足音乐会现场数万人的需求,小到满足个别家庭演奏乐器和卡拉ok的需求。[5]

    近年来,中国音响技术的发展逐渐由经验型向理论型转变,计算机等先进技术在其中得到广泛应用。例如,在扬声器设计中,以前的音箱设计主要是根据其他音箱在过去设计中的经验和反复测试来确定的。现在,大多数音箱的设计都是计算机辅助设计。部分机组采用基于小参数的CAD(计算机辅助设计)。例如L.E.A.P(扬声器-外壳分析程序)音箱分析程序。通过本程序,只需要了解扬声器的参数,就可以根据要求快速设计出闭箱、开口箱的各类箱型。[5]

    数据显示,2021年中国无线音箱销量从2017年的176万台增长至4138万台,零售总额从2017年的4.9亿元增至86.3亿元。随着移动和即时视听娱乐需求的增长,以及性能、质量、外观设计和便利性的提高,体积小、便于携带的便携式无线音箱逐渐受到消费者的青睐,市场发展迅速,规模也不断扩大。[5]

    参考资料

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    该页面最新编辑时间为 2023年11月24日

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