扬声器参数指标

扬声器参数指标

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中心议题：

解释扬声器3dB和-6dB指标的意义

3dB和-6dB这两个术语被经常用于描述扬声器系统的频率响应。使用者面对这两个参数出现混淆并错误的认为-6dB比+/-3dB的指标更加严格。本文将解释两个指标的意义，因为它们都是现今在专业音频行业内被经常使用（或误用），作为扬声器间参数对比的重要依据。

“+/-3dB”指标主要是来描述系统的平坦度－不是用来形容音箱在高音或低音区域有多强的频率扩展能力。如果某人这样说道：“我的扬声器以+/-3dB指标来衡量，可以在110Hz到18KHz之间非常平坦。”这意味着在两个频率间，参考扬声器的频响中心点上下两端幅度都不会超过3dB。”（图1）显示了迭加在小型音箱频响曲线上的深色窗口区域的范围。在这里110Hz-18KHz的频响被准确控制在深色的窗口区域里。

图1

如果不去对照，“-6dB”这个参数则毫无意义。“xxdBSPL，1Watt@1米”是各类扬声器灵敏度的普遍参考值。（图2）所示的扬声器的频响曲线与（图1）相同。扬声器的灵敏度为85dBSPL1W@1米，用-6dB表示的频响范围曲线是高于79dB两个点之间的区域，既73Hz-20KHz。

图2

如果说+/-3dB所表示的是平坦特性，而不是频率响应范围，那么这个参数对频率特性而言还有什么意义？回答这个问题前我们可以看一下制造商在典型扬声器说明书上所标注的“+/-3dB频响。”

扬声器书面参数为：

灵敏度(1瓦@1米)99dBSPL

频率响应(+/-3dB)50Hz-20KHz

制造商是想表达频响的平坦性吗？（图3）显示了在频响曲线上的一个深色的+/-3dB“平坦”区域，尽管这个窗口区域想涵盖所有的频响范围，不过最终由于59Hz和2.8KHz超出了-3dB 的范围，毫无疑问，该扬声器在+/-3dB参考标准下不能满足50Hz-20KHz频响要求。

图3

该扬声器制造商或许是从99dBSPL灵敏度为参考基准来衡量这个+/-3dB。（图4）深色窗口区域的中心为99dB，该区域清楚显示频率范围为90Hz-2.5KHz，尽管频响曲线在5KHz又重新回到了深色区域中，但也不能说是其资料所标注的+/-3dB之下的50Hz-20KHz的频响。即使忽略100Hz的轻微下跌，那也只能说“频响（-3dB）是90Hz-2.5KHz”，而5KHz-20KHz 则无法使用+/-3dB来表述。

图4

唯一的选择就是移动这个深色窗口区域移至50Hz（图5）。请记住，分贝永远是一个相对参考值，如果扬声器的频响在50Hz时低了3dB，那么问题是“相对什么值降低3dB？”，在此情况下，答案就是“比96dB降低3dB”，但是96dB从何而来？96dB是该扬声器99dB标称灵敏度减去3dB得来。因此，制造商的意思是“在50Hz时，频率响应是原有的-3dB再加上一个-3dB”，你可以清楚看到，这根本没有什么意义，制造商发布的其实是一个-6dB的频响数据，而却以+/-3dB去表示，调查发现很多其它的制造商也有类似的情况。

图5

结论

3dB的参数初衷是想表达扬声器的平坦特性，而很多制造商错误的用它表示比额定灵敏度低6dB时的频率，所以说，制造商们通常所表达的+/-3dB与-6dB是同一个意思。QSC一般使用-10dB和-6dB这两个频响参数，也使用-3dB来标示一部分产品，这些数据是低于灵敏度3dB的真实参数。在本文调查期间，我们也发现不止一家公司使用了“-3dB频响”这个参数，仔细观察它们的频响特性其实就是在-6dB的参数，希望这些错误能够得到纠正。

最后要说的是无论以何种方式，频响特性都不可能使用一对数据来表述清楚，这个参数只是对扬声器丰富性能的一个粗略的表达。

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音频处理算法提升扬声器音质

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中心议题：

扬声器外形尺寸分析

压缩音频算法分析

解决方案：

通过均衡器过滤不同频带振幅变化，从而克服扬声器的缺陷

使用动态滤波器

现代智能手机机身灵巧且功能强大，虽然手机尺寸随机型而有所不同，但总体而言，一款业界一流的器件可将诸多特性封装到一个大约110x60x15mm的封装中。

如果将显示屏和电路板考虑在内的话，那么留给扬声器的空间就不多了。现在，让我们想象一下家庭影院中一个低音炮扬声器所占的空间大小，也许大多数人会觉得这完全是两码事甚至不具备任何可比性。从某种程度上来讲，的确可以这么理解。然而事实上，即便他们确实是两种截然不同的应用，但它们运行的内容却日趋相似。移动通信的高速技术(3G、3.5G、4G)及其支撑网络实现了手机音频和视频的下载功能和回放功能。手机用户在希望更高带宽的同时，也希望能有更好的音频和视频质量享受。

问题是提升音频质量并非易事。手持设备生产厂商面临着诸多限制，其中两个主要因素就是手机外形尺寸的大小，以及音频文件的压缩程度。下面我们这两方面做些讨论。

外形尺寸

扬声器通过前后移动隔膜将电能转化为声波。隔膜推动空气，产生声波，经由我们的耳朵转化为声音。考虑到上面提到的尺寸限制，手机能够供以移动的空间并不大，所以只能使用带有很小隔膜的小型扬声器，而只允许小范围的移动。

在静态集成电路里，由于扬声器需要移动而显得有些麻烦。而小扬声器没法产生很好的音频效果，而当中要数低音频率所受影响最大了。从小型便携式消费类电子产品中获得高质的音频效果确实是个挑战，而要想应对该挑战，只能依靠由工业、机电、电子学领域的设计师们组成的交叉功能团队来实现了。电子工程师提出了这一个倡仪：使用音频处理算法。

压缩音频

音频通常被压缩成较小文件以供用户下载。文件压缩是通过编码算法实现的(如MP3)。文件的减小可能会造成信息的缺失，最终影响音频效果。在这种情况下，音频处理算法同样也可以派上用场。

音频处理算法

目前，音频信号处理并提高收听体验的算法多种多样。

基本处理算法是通过均衡器过滤不同频带振幅变化，从而克服扬声器的缺陷。通过观察扬声器的频率响应，我们可以判断出哪些可以重现哪些不能，然后可以相应地设计出均衡曲线。目标就是获取具恒定振幅的音频，无论扬声器频率的大小如何。

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基本均衡的利用在当前已经十分普遍，市面上销售的大多数音频转换器都使用了均衡技术。但遗憾的是，有时这还不足以改善音频质量。事实上，扬声器具有随着音频信号的强弱而发生改变的频率响应(参见图1)。

图1：扬声器+音箱频率响应以及信号电平失真。

为了弥补这个影响，必须得使用动态滤波器。扬声器的频率响应会随着信号振幅发生变化，而这些滤波器的极点与零点也会随其变化而变化。实施动态滤波器时，类似DSP的处理功能必不可少。绝大多数低功率音频转换器的功率都不能实现这一点。

另一个有趣的算法是低音增强。该算法通过利用基频缺失(missingfundamental)的音质原理改善了低音频率的重现。

观察小型扬声器的频率响应，我们可以发现它们的低音响应是3分贝，其范围达数百赫兹。这就是说这样的扬声器并不能很好地重现更低的频率了。用这些低频率驱动扬声器是没意义的(扬声器不能够重现这些低频音频)，甚至是有害的。低频率将迫使扬声器作超出其能力范围的移动，最终会给更高频率造成更多的失真。

低音增强(参见图2)汲取扬声器无法重现的低音内容，再将其抬高一个倍频至扬声器能够很好工作的位置。比如：假设扬声器为300赫兹点上3分贝，而播放内容仅为200赫兹，这时低音增强便会将之提升到400赫兹，使其得以播放。考虑到音频内容是8度音，人的耳朵和大脑会被诱导认为听到了低频内容(基频缺失原理)。现在，我们可以采用滤波器去除所有这

些不能被重现的低音频内容使其无法到达扬声器。低音增强及高通滤波器的同步使用将可以极大地改善小型扬声器的低音重现功能。

图2：低音增强原理。

音频也可以通过虚拟化法(也称为3D)加以改善。其通过创造沉浸式听觉体验，增强了经由扬声器或耳机播放出来的音频。虚拟化算法使音响得以扩大，甚至能让小型便携设备有效产生出虚拟环绕立体声。他们对经由立体声系统双通道播放出来的音频进行了异同点分析，并对其进行强化，从而使用户相信声音来自于四面八方。这种算法利用了所谓的人脑相关转换功能(HRTF)，其解释了声音是如何与人类大脑、耳朵、大脑系统相互作用并如何被人脑所诠释的。

另一些算法则主要是集中在改善压缩音频。在这种情况下，他们试图恢复在压缩过程中丢失了的信息。其往往能对高音频内容起特别作用(大约1千赫兹)，提高了清晰度。这种算法实现了高音频，如电影里的雨声或歌曲里的吉他独奏，可以栩栩如生得到重现。

很多的音频转换器(ADC、CODEC以及DAC)都支持音频高级处理功能。在TI，音频数字信号处理器(DSP或miniDSP)中都运行了这些算法，这些算法集成到了音频转换器中。这款迷你数字信号处理器是在PurePathStudio图像开发环境中进行编程的。TLV320AIC36凭借其模拟输入与输出的特性成为了众多手机产品可以使用的一款器件之一。

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