談談調頻廣播高保真還原系統的Q值與阻尼特性

【摘要】隨著科學技術的迅速發展和人民生活水平的逐步提高，人們對廣播聲音的質量也提出了更高的要求。一套聽音系統要完整、準確地再現聲音的保真性，其性能的好壞起著至關重要的作用。

【關鍵詞】調頻廣播Q值阻尼特性

我們知道，一套聽音系統要完整、準確地再現聲音的保真性，系統從音源到功放及音箱、以及周邊線材和聽音環境（聽音室）都是密切相關的，是一項系統工程。所以其性能的好壞起著至關重要的作用。談到音響音質的好壞就不能不提及技術指標。

對于普通的家用電器，技術指標能夠客觀的反映出這些電器的性能特點和性能差異及檔次高低，但對音響來說，技術指標在大多數場合只能作為一種依據，而不能作為標準，因為人耳對聲音的感知能力是不能以指標來衡量的。比如，有不少指標極佳的音響設備，實際聽音效果并不理想，而一些實際聽感極靚麗的音響設備，其技術指標又未必經得起推敲。長久以來，在客觀指標上，人們的確存在著片面與偏差，一些靜態指標被人為地夸大了，而動態指標又被忽略了。如有些雜志與廣告宣稱，他們的產品只有百分之0.001的失真度，120分貝的信噪比，10HZ-200KHZ的頻響帶寬等，試問如此“高水準”的指標，又有什么樣的“金耳朵”能夠分辨得出效果和差異呢？因為這已經超出了人耳的生理分辨能力了，既然人耳已經無法分辨出這種改善，那么他們對此所做的努力和付出的代價又有什么實際意義呢？另一方面，與其型成鮮明對比的是音響的動態指標，人們往往又顯得過于寬容和無動于衷，如音響的阻尼狀態就是一個例子。

音響實際上一個機電結合的產物，因而它除了具有一般電子器材應有的信噪比、帶寬、失真度、瞬態響應等靜態指標外，還有表征揚聲器震膜機械運動狀態的動態指標，如阻尼系數等。一套設計優良的音響系統，揚聲器箱及其重要，因為揚聲器箱是最終完成電聲轉換的終端設備。

揚聲器箱的Q值，是系統是否靚聲的關鍵，是音箱設計的重要依據。各種品牌的揚聲器參數各不相同，它們要裝在什么樣的音箱中才能放送出最理想的低音呢？這就要人們掌握揚聲器的Q值，才能針對不同的揚聲器作出合理的選擇。所謂Q值，就是放大器內阻為0時揚聲器諧震頻率處的機電品質因數（或稱總品質因數），它是表征揚聲器震動系統阻尼情況的一個參量。Q值的大小是由揚聲器的機械物理和電氣特性所決定的。它標志著一個揚聲器在低頻段聲壓特性的平直程度和瞬態特性的好壞，表現在頻響上如Q值過大，說明揚聲器的震動系統所產生的阻尼作用小，對能量的消除過慢，震動時間長失真大，即低頻存在峰值。Q值過小，系統對震動阻尼作用變大，能量的消耗也變快，諧震頻率的輸出會不足，會影響低頻的力度和質感，即低頻衰減過量。只有Q值適中時，其頻響才是平直的。對于倒相式音箱，其對Q值的要求較高，對于密閉式音箱，對Q值的要求較低些。因此對于業余音響愛好者來說，密閉箱的設計比倒相箱容易的多。設計一款優質揚聲器箱時，我們可以先看揚聲器的阻抗曲線，再根據揚聲器的諧振頻率F0，和等效容積V三個基本參數來設計合理的箱體，可用公式計算，也可容易地用計算機軟件算出。Q值在0.4以下適合倒相箱，Q值在0.4以上適合做密閉箱，Q值在0.4-0.6則兩種箱均宜。Q值一般在0.2-0.8之間，Q值在0.707時稱為最佳狀態，此時音箱放出的聲音頻響最寬，音質最動聽，清晰度最好。

揚聲器箱的阻尼狀態是系統的動態指標，其對放音的質量影響也很大。我們知道，音箱的工作原理是揚聲器通過音頻電流驅動音圈及振膜作軸向運動，而帶動周圍空氣產生震動而發出聲音的，揚聲器振膜的軸向位移量將于饋入音圈中的電流量保持絕對的線性關系，只要音圈里有電流通過，振膜就能立即響應，產生相應數量的軸向位移，當電流一但消失，振膜立即回到平衡位置，真正做到“令行禁止”但實際情況不可能那么理想，因為任何揚聲器的振膜與其連動系統總是存在一定的質量和惰性，因而要做到真正的“令行禁止”是不可能的，因為震振膜不可避免的要受到來自其支撐系統、音箱及其功放電路等外在諸多因素的影響，這些外在因素的作用限制了振膜的自由震振蕩，其效果可以等效為一個具有一定彈性系數的阻尼因子，該阻尼因子與理想的振膜發聲系統相互作用，將可能出現以下三種情況：第一種是欠阻尼狀態，即音圈中的驅動電流已經停止，但振膜系統還在慣性的作用下振蕩不止，實際表現為音源為大動態信號如雷聲、槍炮聲及猛烈地爆炸場面時，極富爆發力的效果變為拖泥帶水、疲憊無力，充滿動態的音樂變成混混沌沌、發出令人煩燥的燥音。第二種是過阻尼狀態，是因為阻尼因子對振膜的阻尼作用過大，使得振膜不能隨著音樂電流信號而自由振蕩起來，即振膜受到抑制，實際聽音感覺為播放音樂時缺乏音樂感和彈性，弦樂和器樂里那些優美的泛音也可能因此蕩然無存，聽起來沒有音樂的味道。第三種是臨界阻尼狀態，也就是最佳阻尼狀態，它克服了欠阻尼和過阻尼狀態的不足，又保留了各自的長處，因而是整體失真最小、瞬態響應最佳、聽感最好的阻尼狀態。在決定音響重放質量因素中系統的阻尼狀態對音質的影響極其敏感，所以通過調整系統的阻尼狀態的辦法來改善重放音質，是一條可靠又經濟的靚聲捷徑。

對于音響的靜態特性，是系統的總體性能迭加的結果，例如，系統的總失真度就是信號源、功放、音箱等各單元失真度的累計值，但對于阻尼狀態這一動態指標，情況就不同了，因為系統的阻尼狀態不是各部分迭加的結果，而是各單元阻尼特性組合搭配出來的，因而阻尼不是越大越好，也不是越小越好，而是適中最好。

在音響系統中，組合一套聽音質量完善的音響系統并不像組裝一臺電腦那樣簡單，盡管電腦內部的復雜程度比音響高的多，但因為電腦行業的指標體系高度統一，國標、部標高度完善，因此更容易操作。但音響系統中雖然有了諸如阻抗匹配、頻響、信噪比、總諧波失真等靜態指標，但對于阻尼匹配、瞬態互調失真等動態指標的標準還是懸而未決的，在器材說明書中都沒有標注，在國標、部標都找不到相關的標準，因此目前要鑒別音響系統的動態性能，主要還是憑借人們的經驗，用耳聽，通過試聽甄別的方法從眾多器材組合中找到所謂的“黃金搭配”或通過調整各個單元器材最終找到系統的最佳阻尼動態特性。

實際上系統阻尼特性的特殊構成方式決定了每一個系統單元阻尼的改變，都會最終影響整個系統的阻尼狀態。因此我們可以通過調整任一單元或組件的阻尼特性來改變整個系統的阻尼特性狀態，關鍵是要找到一個合適的調試點。對于揚聲器、功放、線材等系統環節我們要對它們做精細調整是較為麻煩和困難的，因為它們出廠時已調整定型了，但我們要對音箱、分頻器和音箱的阻尼特性進行調整卻是十分方便宜行。

參考文獻

[1]羅焰.靚聲的關鍵———音響系統的阻尼狀態.無線電與電視，1997（10）：14-18