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聊一聊一些荧幕和现场背后的音频故事(24)--一些关乎过驱和散射导致的失真问题

2020-04-17 00:36 作者:盲人号  | 我要投稿

在聊这个话题之前,我们先来理解下声波的本质

声波无论是从空气为介质的传播,还是以固体的木头,塑料,金属,石头,合金等材质中传播,它都离不开一个问题

它是一种动能

那么既然声波是种能量波,那么 它会遵循避开大阻力表面和散射的特性

(所以至今弦乐器依旧在使用木头作为主要的材料,以减少金属件过于积极反射波破坏基频)

不知道你有没有这样的经验,如果家庭用路由器的发射天线本身的功率非常低,那可能在关上房门后就会完全频率5.0g 频率的wifi信号和蓝牙信号,而2.4g 频率的信号却以短距离固体穿透强稍微胜出


其实,这里不是想要讨论高频率型号在传输数据层面上的带宽和速度问题,这里只是为了说明,在同样一个信号强度(功率)下,高频在空气中更容易传播,而低频在固体中更容易传播,那么,

问题来了。

声波从声源传输出来到被人耳和皮肤捕捉的过程中,它并不是线性的,它经过了声源→扬声器/耳机腔体→空气/木头/金属→人,这个过程,那么它会发生些什么那?

1、衍射

这个名词听起来就非常的抽象啊,但如果我举例一个生活中的例子,你就能理解这个现象

当你击打,或冲击一个完全静止的水面,它并不会像是软泥之类固体,马上发生大量型变,而是在一个点发生型变厚,将大部分能量发散了出去

        衍射现象是指波在传播过程中遇到障碍物时,在障碍物的边缘,一些波偏离直线传播而进入障碍物后面的“阴影区”的现象。遥感传感器中的一些分光部件就是运用多孔衍射原理达到了分光的目的

同理的声波从扬声器震摸/耳机震膜发射出后也不是直接传到人耳的,它会先对扬声器/耳机本身的腔体做出反应

更多的高频信息被扩散开,而低频信号就不容易扩散,反而会有一定相位抵消

所以,在合理驱动的前提下,扬声器会根据物理特性带来不同程度的对外散射,这部分声波会更多继承初始波的中高频特性。

换句话说,从扬声器角度所谓的平直响应曲线会因为扬声器和耳机的腔体的反射波而抵消一部分声波,还会因为散射波而生成原本不存在的一些中高频信息,从而导致,虽然从运放,声波上这个声音的频响已经达到了平直,但实际上,它不可能是真的平直的


衍射作用的应用


小蜜蜂的网罩设计就正好解决了这个问题,因为它的网罩设计,将衍射的波形集中在了一起,但同时,它也非常的失真,当然 仁者见仁
手电筒的设计也是这个趋向的,通过将衍射的光汇聚发射,让原本很暗淡的光能够集中传播,但同时,他的色彩上也无法保真





耳机

相较于音箱来说,耳机因为扬声器单元小,腔体也小,所以通常很难做到低频信号不失真的传达,所以我们先默认耳机是一个低频表达上有缺陷的扬声器。

一些厂商给出的解决方案

1。

更柔软的耳罩材料(主要是解决低频衍射带来相位问题而存在,但同时,也需要兼顾在低频上做一部分增益

2.更小的单元

越是和整个腔体相比偏大的单元越是会带动耳机外壳一同震动,这自然对再现声音是不好的

更小的单元能减少一定程度上因为共振带来的失真,虽然也不可能做到完全精准,加上工艺原因,这个差别见仁见智

3.更大的外壳,更不规则的内罩

(顺便揭发一个Hifi圈一直玄学的动铁和入骨式耳机是否真的优于动圈耳机的真相)

答案就是:没有差别,甚至可能更差,因为你的耳蜗本身成为了第二个腔体,来制造衍射

通常情况下他除了不会带来更优秀的低频反馈,还可能让高频变得生硬而不自然,所以通常是适得其反。


从结论来说吧



  1. 扬声器的重量要满足在满功率驱动下不会发生共振,不然会造成失真(低成本解决方案:用重物压在低价扬声器上来阻止多余震动)

  2. 安装在箱体正中的扬声器对衍射带来的恶性反馈也更大,所以分频点通常选择双分频,一个高音单元,一个低音单元,一上一下的安装偏多(这个就是结构问题了,不行就换音箱比较好)

  3. 通常而言的低频下潜需要的是低频不受到物理限制的释放(架空音箱或者在音箱底部添加吸音棉等行为来减少低频的反馈对低频表现的损失)

  4. 单独的一个扬声器如果需要还原非常宽的频响范围,就需要非常大功率去推动,所以桌面或监听级扬声器通常不会有单扬声器,而是双分频

  5. 表面的结构会很大程度影响扬声器的表现,以规则向外发散为最优,平直为次。


三分频的音箱面临非常多的face问题,但也是理论声音最自然地音箱,缺点就是声场会会非常不明显和需要非常大的功率去驱动

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