举例来说,当扬声器收到一个信号而发声,如果没有任何外界的影响,振膜应该移动1mm,但是由于1秒钟之前扬声器背部发出的声音还没有消失,作用在扬声器纸盆的背部,扬声器的振膜因此只移动了0.5mm,这样我们听到的音乐就和正确的声音不同了。此时如果我们再换一首乐曲,扬声器受到的影响却总是来自之前的声音,而乐曲每个时间点的声音都是不同的。也就是说,扬声器受到的影响时时刻刻都不一样,我们听到的音乐都是不真实的,都是被前面的乐器调制过的。虽然这部分声音调制的能量与放大器送来的能量相比是要小不少,在远距离聆听时,这种“声调制”不会明显被感觉到,而到近距离聆听时,这部分“声调制”的声音就会被聆听到,进而影响了近场聆听的音质。不少人在设计音箱时也想过办法去解决这个问题,如在音箱内添加吸音棉,以图尽量吸掉扬声器背部发出的声音,消除对扬声器震动对声音调制的影响,但是这只对中高频部分的声音有效,对于中低频的声音是没有什么效果的。
图7:上为扬声器装在箱体内的频率曲线,下为无腔体状态的曲线。
三、音箱在成型之后都有固定的形状和尺寸,也都会产生一定的驻波,只是频率和强弱不同,而驻波信号在衰减时非常慢。驻波会对扬声器振膜的振动产生影响,同时它会通过音箱壁传播到我们的耳朵,使得我们听到的音乐被动增加了原来没有的声音,甚至会让音箱产生杂音。通常来说,设计者都会通过改变音箱的形状结构以及增加音箱壁的强度(如加厚音箱壁)来解决驻波问题,但却只能降低而不能彻底消除它。这些驻波会强化声音多次调制的问题。同样,因驻波产生的杂音,在远距离聆听时感受不大,但在近距离聆听时就比较明显了。
图8:衰减示意图:当频率下降到一定频率时,灵敏度下降的幅度保持一个恒定值。
图9:扬声器的幅频特性,低频大幅度非均匀下降。
图10:参量均衡放大器的补偿曲线。
四、音箱近似于一个封闭的空间,在这个封闭空间内的空气就类似于一个弹簧,扬声器的振膜就连接在这个弹簧上,所以振膜的振动不是处于自然状态,而是始终有一个弹簧在影响它。这个弹簧的顺性C并不是一个常数,它并不遵守胡克定律。当这个弹簧被拉长(压缩)不同的位移时,它的顺性C是不一样的。当振膜发出高音时,位移小,而发出低频时位移大,此时这个弹簧对振膜的影响也是不一样的。在听一首音乐时,会包含不同频率的声音信号,而这个弹簧对不同频率的声音信号的影响也是不同的,从而导致我们听到的音乐不真实。其次,这个弹簧的顺性还与温度、湿度有关,同样欣赏一首音乐,晴天聆听和雨天聆听的感觉不同,冬天聆听和夏天聆听的感觉也不同。
图11:通过参量均衡,可以得到一条平直的频响曲线。
图12:我们甚至可以对低频部分适当提升。
五、多媒体音箱普遍会采用倒相结构对低频进行提升,在理想状态下的被提升频率点在F0上,只要有一点触发信号都会得到谐振(提升)。可现实是,由于箱体内部和倒相管都存在一定的风阻,使得触发能量会有一个阈值,而这个阈值不可能为零。因此需要一个触发的初始能量,如果给予的信号很小,就是在很小音量下,低频是无法获取提升的。加上人耳的等响度原因,使这个问题更加明显。这也是为什么多媒体音箱在小音量下近场聆听时,低频表现不佳的重要原因。
图13:已经成型的无腔体卫星箱,产品仍处于保密状态,因此图片模糊化处理。
图14:仍在研发当中的无腔体对箱,经我们试听发现,音质相当好。
六、对于“倒相”结构的多媒体音箱来说,在音量稍大时,由于低频被倒相结构进行了提升,此时的低频会传输得较远。这就导致我们还没有听到由中高音构成的音乐旋律,便先感知了低频的“咚、咚”声。在聆听环境里,我们希望尽量不要去干扰他人,可是传统的多媒体音箱基本做不到这一点。
对于以上弊端,可以说采用传统思路设计的多媒体音箱只解决了产品有无的问题,而没有满足在近距离聆听中高质量播放的需求。因此,我们必须找到一种可以解决这个问题的手段与方法,来设计一种真正适合多媒体聆听环境的多媒体音箱。对此,经过长时间的研究与尝试,“净听技术”成为了可行的解决办法,接着我们就谈谈相关的设计思路与方法。
要解决在近距聆听时的诸多不足,就需要多媒体音箱具备无箱染、无声调制、音色自然清晰、还原度好以及少干扰他人等特点。如果单看扬声器本身,就完全没有这些问题,可是一旦加入箱体之后,这些问题就随之而来了。经过研究,如果采用无箱体的声学结构就能规避这些问题,即在原来音箱的基础上,只保留前障板用于安装扬声器(相当于扬声器的固定支架),将后面的箱体取消,形成无腔体状态。那么,这会不会与扬声器初的使用形态一样,也会因低音抵消而得不到很好的低音效果呢?其实不然。因为扬声器发出的声音具有指向性,因此通过测试我们发现低音并不是彻底抵消,而是从某个频率起,由于相互抵消造成灵敏度下降,当频率下降到一定频率时,灵敏度下降的幅度将保持一个恒定值,如图6所示。
要解决扬声器置于箱内的声干涉和箱染问题,要在近距离聆听时获得高品质声音,彻底的办法就是取消了扬声器的腔体,也就是音箱的箱体。“净听技术”的设计原理就是保留了传统音箱的前障板,这块面板主要是用来安装扬声器的。当取消箱体之后,原有箱体克服低频声短路的作用没有了,对低频提升有效果的倒相结构不存在了。这时,会发现扬声器的低频相对于中高频呈大幅度非均匀下降的状态。
想获得比较好的低音效果,一是将灵敏度开始下降的频率向低端延伸,二是将灵敏度下降的幅度补齐。就目前的扬声器技术而言,这些都是可以实现的。通过有无腔体之间的频率曲线对比,我们需要对无腔体状态的曲线进行补偿,通过系统性的设计,使扬声器的实际频响曲线和听感达到并超过传统音箱的听感,这里就需要特别参数的扬声器和参量均衡的放大器。因为扬声器在无腔体情况下,其低频下跌较多,并呈现不均衡状态。为此,需要将下降的幅度和不均匀性给予补齐。通过以上方法,无腔体音箱只要经过适当的调校,就可以得到不俗的低音效果,而且消除了传统音箱所带来的箱染,从而得到具有Hi-Fi素质并有很好聆听感受的音箱。
由于基于“净听技术”的产品尚未终发布,我们还需等待实物上市之后才能知道真实的听感。不过,从“净听技术”的设计原理可以预计,通过该技术基本可以在无腔体状态下实现良好低音的效果。由于不存在箱体,就没有箱染,也没有箱体内多次反射声对扬声器的反复声调制,从而保证了声音的自然、清晰。在“净听技术”的帮助下,聆听者可以在较小音量下听到在传统音箱中听不到的低音效果,而且这是一种与传统低音截然不同的“蓬蓬声”。这种低音收放自如、干净利落、松软并富有弹性,听感舒适且容易被人喜欢。同时,“净听技术”所带来的低频提升,只是在多媒体音频环境内有效,低频不会持续延伸至环境以外的范围。当离开这个有效范围,低音同样会处于“声短路”状态,进而减少了对更多人群的干扰。