漫谈厂箱好声的秘诀和中音单元的选择&西雅士OEM单元活动进度

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大家好,今年是HIFIDIY论坛的11周年,论坛举办了系列活动--"我的扬声器我做主",并分别在3月22日和8月8日分别举办了两次线下活动....

　　大家好,今年是HIFIDIY论坛的11周年,论坛举办了系列活动--"我的扬声器我做主",并分别在3月22日和8月8日分别举办了两次线下活动.
　　活动链接如下:
　　http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1079996
　　http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1089839
　　http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1119898
　　在这里两次线下活动中,主讲人分别为大家初步讲解了扬声器单元振膜的特色,如何选择和通过参数判断扬声器单元,如何测量和设计音箱,以及箱体的部分设计.结合论坛这几年一直提倡的科学做箱理念,DIY爱好者如果将这些内容有机结合起来,应该说可以做出非常不错的音箱作品了.
　　但即便如此,不少论坛会员在将自己DIY的音箱和一些知名品牌厂箱对比的时候,仍然会发现诸多不足.而这些厂箱所用的箱体材料和扬声器单元看似又并不昂贵,那么这些厂箱好声的秘诀又到底是什么呢?
　　这里我们以一个广受好评的厂箱--TAD的CR1音箱为例,来看一下它设计上的特点.
　　CR1音箱曾在发烧天书(stereophile)杂志收到过主客观的双重评测,都得到了很高的评价.
　　主观评价结论是:
　　"what is really required is a talented designer who can make use of that technology to balance the departures from absolute accuracy so that the music is as little disturbed as possible. That is the case with the TAD Compact Reference CR1. It lacks the very lowest octave and is balanced a tad forward, but in all other respects it represents the state of the art of loudspeaker design and sound. "
　　(好的音箱需要的是一个有才华的设计师,他能平衡各项指标并接近理想,以尽可能减少对音乐的影响,而TAD CR1正是一对这样的音箱.它缺乏极低频的延伸并且声音略有靠前,但在其他所有方面它都代表了顶尖的音箱设计和声音水准.)
　　而在客观测试方面,主编John Atkinson更是给出了如下评价:
　　"Summing up the measured performance of the TAD Compact Reference CR1 is easy: This is textbook behavior!-John Atkinson"
　　(以测试结果来评价TAD CR1音箱的表现是毫无疑问的:那就是教科书般的表现!)
　　这样的主客观表现,在发烧天书评价的惯例来看,都是顶级水准.设计和制作一对音箱,尽管最终是用来听的,但听感无疑是和技术挂钩的.在设计和调试的时候利用的也是各项技术参数.从发烧天书公布的客观测试结果,我们可以对好音箱的指标窥见一二.
　　首先是轴向频率响应:
　　CR1采用了一只6.5的同轴中高音和一只8英寸的低音单元构成.图中蓝线是6.5寸中高同轴的综合响应,绿色是8寸低音的近场频响,结合红色的倒相孔近场响应.排除发烧天书的中低频近场测试不加补偿的问题,CR1的整体轴向频响可以说是非常平直的,极高频由于同轴高音受到中音单元衍射的关系略有波动.平坦的频响在一定程度上代表了平衡的声音分布,也是一对好的音箱必须的.其次从倒相孔和低音近场响应也可以看出箱体的良好设计和调谐.异常不平坦的响应,往往意味着在那个频段会有其他指标恶化,可能是箱体内部的驻波,也可能是单元自身失真,也可能是分频器设计问题.平坦的轴向频响,主要依赖单元自身素质和合理的分频器设计以及箱体设计.
　　接着是CR1的整体阻抗:
　　CR1的整体阻抗平顺,特别是中低频段没有毛刺,意味着箱体和单元良好,没有额外的谐振和失真.需要注意的是阻抗双峰不意味着箱体设计的好坏,整箱的阻抗只是一个表征结果,还收到分频器和测试功率的影响.
　　我没有找到CR1的箱震测试,但我参观过CR1箱体的生产厂家,对其品质毫无质疑.下图是我找的另一个厂箱的箱震测试图:
　　发烧天书对它的点评是设计优秀,可见一对好的音箱离不开一个低谐振的箱体,并且即使有,也是谐振频率比较单一,幅度很低.利用箱体震动发声显然不是一个好的设计理念,因为乐器的腔体震动本身也被录音收录了,只要重播还原合理,就不需要箱体再去添加额外的染色.更何况每种乐器的箱体震动模式不同,音乐中也不仅仅只有乐器.
　　接着是一张水平离轴响应的测试图:
　　这是一张三维测试图,水平正中是以音箱轴向响应为参考,依次显示水平方向,各角度离轴响应对比轴向响应的结果.从图中可以看到,在中高频段,随着离轴角度增大,对应频响的相对衰减也逐步加大,这是音箱指向性结果的表征.CR1的水平离轴响应两侧是对称的,并且随着频率升高均匀衰减,比较平滑.这意味着CR1具有比较良好的声像定位和音场表现,结合之前的轴向频响来看,也说明CR1的具有比较优秀的平衡度.而这个结果主要是箱体设计,扬声器单元素质和分频设计的综合结果.
　　接着是后延累积测试:
　　这就是我们俗称的瀑布图,和上一张是一样的三维测试图.水平方向是对应的测试频率,上下垂直方面是幅度,纵向是时间.意味着音箱停止输入信号后,自身对各频率衰减的快慢.这是瞬态性能的一种表现,衰减越快越好.CR1在整个中高频段衰减还是比较迅速的,极高频的衰减问题是由于发烧天书测试话筒造成的.良好的后延累积响应主要依赖单元自身素质,也会受到箱体的一定影响.
　　以上是发烧天书测试的内容,测试唯独缺了重要的非线性失真测试,因为非线性失真业余条件下精确度很低.细心的爱好者不难发现,一对良好的音箱,最关键的环节是箱体,单元和分频设计.而箱体设计,除了造型的个人喜好以外,其余基本都要遵从单元特色和参数来设计,分频也是如此.从实现可能上来说,TAD的CR1音箱,箱体是在中国制造的,箱体设计也是我们爱好者可以借鉴的.而分频设计方面,我们论坛有获得过国外原厂嘉奖的,论坛将来也有计划和国外大牌设计师一起合作设计音箱套件的计划,而分频器的零件更是可以全球采购,也是可实现的.而反观扬声器单元,业余爱好者往往只能选购各品牌现成的扬声器单元来用,而高中低三频的扬声器单元的自身素质,相互配合,乃至性价比,外观等因素,都是很难全部符合的,更不用谈针对整体设计目标去选择扬声器单元了.那么横在业余爱好者与大牌名厂之间的唯一障碍,就是具有针对性,并且适合整体设计的扬声器单元了.
　　下图是TAD CR1所用的同轴中高音单元:
　　从单元出发,CR1的中高同轴单元既决定了分频点,也决定了大部分的频响平坦度,以及后延累积响应和谐波失真.而CR1的中低音单元则决定了箱体的大部分设计要素.因此反过来看,扬声器单元也是音箱设计的重要因素和首要考虑因素.只要能根据整体设计的规划去找到一款适合的扬声器单元,那么业余爱好者自己制造出一款达到厂箱水准的音箱,应该说也是有可能的.要完全根据设计要求和设计理念来寻找扬声器单元,最佳的途径是找到真正有技术实力的大厂定制,也就是OEM.但OEM门槛往往过高,不适合个人制作时考虑.因此11-12周年,论坛的活动主题就是"我的扬声器我做主",第一次由爱好者自主投票,根据要求来定制一款扬声器单元.这款单元为什么这么选,进度又如何了?
　　既然DIY爱好者和厂家之间最大的差距是在扬声器单元方面,那么如果有机会去OEM一款扬声器,我们又该如何着手呢?
　　在此,我们从三个方面展开探讨:
　　一,从音乐信号来分析:
　　我们知道音乐的主旋律是由中频信号组成的,从160-1280Hz横跨了3个八度,几乎包括了所有乐器,人声的基频,是最重要的频段.值得注意的是小提琴的大半音域都在这个频段,但一般人都以为它很高.另外女高音的音域也仅仅在中频的上限而已.
　　为此,我们来看几张音乐频谱的截图,看一下大部分音乐信号真正的覆盖范围.
　　首先是大家熟悉且常用来试音的歌手--蔡琴的人声频率范围,主要能量集中在240-330Hz之间.
　　接着是知名女高音--格鲁贝洛娃的唱段,被美誉为夜莺的格鲁贝洛娃,即使在高音唱段,其频率范围也仅仅是850-1000Hz而已,仍然在中频范围.
　　最后是容易被误解的小提琴,大家一般用试高音单元,其实小提琴大部分频率都落在中频范围内,只有谐波落在高频和极高频范围内.这里选的是曾耿元演绎的巴赫小提琴独奏选段,主要频率范围也是700-3KHz而已,仍然是中频居多.
　　因此从音乐自身出发,我们应当选择去定制一款中音扬声器单元.
　　二,从市面上可供选择的主流扬声器单元素质来分析:
　　目前市面上可供选择的扬声器单元频率繁多,我们可以轻易买到性能极佳的高音单元--例如西雅士的钻石高音/铍高音等;也可以买到各品牌的大口径低音,或者将低音单元并联使用来提升性能;但专用的中音单元并不多见,一般会以中低音单元兼任.那么这么多中音/中低音单元的素质又如何呢?我们举一个实例来看一下.
　　下图是一款最新的顶级5寸硬质白盆中音单元,售价极其高昂,对其进行小信号失真测试,主要频段(200-2000Hz)失真度在0.3%左右.
　　但我们知道音乐信号动态是很大的,90-100dB是很常见的,那么这款高价单元的大信号表现又如何呢?从下图测试结果来看,失真已经高达2%了.
　　作为对比,再看一款售价仅几百元的L16 5寸单元在同样大信号测试下的表现,失真才1.5%.
　　造成这样结果的原因是由于DIY爱好者往往只重视振膜,而忽视了扬声器品质取决于整体的设计配合.从另一个方面来说,市面上即使顶级中音的失真也不尽人意,那么选择去定制一款中音扬声器单元就更成为一种必要了.
　　三,从DIY爱好者的音箱设计制作需求来分析:
　　多数爱好者都希望能有拥有一对全面的音箱来完善自己的音响系统.全面的音箱必须要有较大的动态范围和足够的频宽,而三分频音箱往往是实现全面音箱的最便捷选择之一,其中承上启下的中音单元也就成了重中之重.更多的分频的确可以适当降低对单元品质的要求,但即使采用最新的数字技术,仍然不可避免的要面对由过多分频造成的一些特殊失真.
　　从这个方面来说,一款优秀的中音单元也是构成一款优秀音箱的必要条件.
　　从以上三个方面粗略的分析,已经可以明确定制一款OEM单元的必要性了,但该如何定,从何处定呢?今年的"我的扬声器我做主"活动给出了一个绝佳的契机,wzy728版主也已经在先前的几个帖子里给出了答案:
　　http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1079996
　　http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1089839
　　可以说,在具体实现方面,论坛是很幸运的.一方面,论坛和大部分顶级扬声器品牌的厂家都有联系,有足够的选择范围,并最终选择了挪威的西雅士厂,是基于如下几个方面的:
　　1,西雅士建厂已经有65年+了,而同期的其他品牌或变卖或关闭或收缩业务.西雅士能屹立到今天,本身就是实力的一种证明.论坛这次的扬声器圆梦计划自然是要找有足够实力的厂家合作的.
　　2,西雅士有能力设计并生产多种振膜,磁路和其他配件,能为论坛爱好者提供最多的可能性.
　　3,西雅士具备顶尖的研发实力,前丹拿旗舰、绅士宝铍高音和梅花低音的设计师Claus已加盟西雅士多年,并将参与论坛OEM中音的研发.这一点从今年慕尼黑展大部分hiend品牌都选用西雅士OEM单元来看也可见一斑.具体可见:http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... =1099442&extra=
　　4,西雅士具有极佳的一致性和稳定性,我相信没人希望单元需要替换的时候需要重新调整分频器,这个时候一个品牌的一致性就显得尤为重要了.
　　在之前的活动中(http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1089839),我们已经投票选择了6.5英寸中音,并决定在三明治合金振膜和三明治Nextel纸盆里二选一.由于投票结果中,三明治Nextel纸盆和三明治合金振膜票数差异不大,因此论坛和西雅士商议将这两种材料的振膜各做了一对供试听对比.
　　在这两对第一版的样品单元身上,西雅士采用了最新的7英寸盆架来提升震动面积,同时采用了钛合金音圈骨架来提升瞬态和稳定性.其他部分看似都没变化,但实际为了提升大信号性能,采用了西雅士自主开模并生产的弹波和折环来降低大信号失真.值得一提的白色的三明治合金振膜,正反两面都采用了新的防氧化陶瓷涂层,中间采用了阻尼特性极佳的镁合金.由于这次新的防氧化技术采用,即使触碰到汗水也不会有损振膜半分.
　　这两款单元的外观图如下:
　　而这些新材料和技术的采用,最终集中体现在白色三明治合金膜单元的大信号失真度上(如下图),不仅仅是整个中频段,即使低频也具有顶级的性能.
　　正由于此,8月8日杭州活动现场,我们将这两只单元当作中低音来使用,并收到了极佳的反馈,合金盆在现场收获一致好评,被誉为"一尘不染".这种声音是硬质振膜常有的,但更重要的是,由于合金夹层的良好阻尼以及单元优秀的动态特性,使得声音具有其他硬盆所没有的韧劲和弹性,声音的整体质感更具真实性.并且通过这次活动,消除了大家对三明治合金振膜声音可能会冷硬或者具有金属声的担心.
　　会后,wzy728版主也将这两对单元带回进行了主观评测:http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1119898
　　通过这些活动和评测,论坛也明确了以白色三明治合金盆为主导,和西雅士协商进行第二轮的改进也试样.事实上,第一版的实测性能已经非常优秀了,特别是失真数据很低,几乎没有单元可以超越,那么为什么还要进行第二版改进呢?因为作为一款定制单元,我们不仅要好的性能,还要有很好的适用性.7英寸的振膜固然加强了中低频的性能,但对于中高频的指向性是不利的.其次,相比6.5英寸振膜,瞬态能力也会降低一些.最后,论坛希望还能降低一些带外失真,使得分频更容易制作.
　　在这个基础上,第二轮恢复了6.5英寸振膜,并开始对带外失真做出一些改进.
　　首先是尝试采用了一些切割或者开阻尼孔的方法,确实对带外失真一定改进,但随着信号幅度加大,失真变得很不稳定,通过测试一些相同手段的别的品牌单元,也发现了类似问题.音乐信号动态范围很大,这样的缺陷显然不是我们想要的.经过几次改版以后,最终采取了改变单元背后涂层特性,形成了一种前后夹层不同三明治振膜.最终通过大信号失真测试对比,确定了原型.
　　图中黑色是原来的单元在大信号下的失真测试,红色是改进后的失真测试情况.
　　下图是第二版单元的外观,看似和之前的6.5英寸西雅士黄金系列类似,但实际上为了改善瞬态改进了折环材料,也采用了钛合金音圈骨架,并保留了黄金系列原有的紫铜相位锥,改进了大动态压缩情况和改善了指向性.
　　收到第二版以后,论坛也将组织试听.但大家一定也留意到,当初投票选择的时候,钕磁是占多数的.关于这一个最终的改进,将在第三版完成.由于西雅士最新的技术研究发现,即使采用铁氧体磁路,仍然可以在现有基础上将失真再降低40%左右.同样的,新的钕磁磁路也会降低失真.因此这次最终的团购活动,将采用第三版的单元作为原型,同时论坛仍然会进行一次线下试听活动.到底是用铁氧体还是钕磁,还是由最终的失真测试和主观测试结果说了算的.
　　另外的两则好消息是:
　　1,这次团购会结合一次奖励活动,将有三人有机会前往北欧参观西雅士原厂,还有机会前往音乐之都维也纳聆听现场音乐会.
　　2,论坛将会开始和一些国际顶尖设计师合作,以这款oem单元为基础,开发一些配套方案.