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发声负载连接线材对hifi系统音色的影响 [复制链接]

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三星带花
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三星带花

  • 论坛博士
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发表于 2008-11-17 21:06 |显示全部
l前言

    首先，看到此文标题的烧友不要害怕，要读懂此文不需要太深的专业知识，只需要普通的物理常识。标题中的“发声负载”所指的是hifi重播系统中的负责电能～动能转换的终端对象，也就是音箱系统中的音箱或耳机系统中的耳机，文中将这两种对象统称为“发声负载”。
    大部分烧友们都承认，连接发声负载的导线，会对hifi重播系统的音质造成影响，在部分对线材敏感的系统中影响还不小，这个影响对苛刻追求重播效果的烧友来说是不容忽视的。大家都能用耳朵辨别出，在一套hifi系统中搭配不同的发声负载连接导线（喇叭线、耳机线），往往得出不同的音色变化。但也有个别烧友认为喇叭线、耳机线对系统音色造成的影响纯粹是心理暗示。究竟是耳朵可闻，还是心理暗示？如果是耳朵可闻，那么产生这种可闻的变化根源是什么？此文从几个方面，通过理论结合一些实际数据和模拟数据进行分析。为了便于计算和理解，模拟数据与实际数据比，做了一定程度的放大。


l线材阻抗对频率响应的影响

    首先要理解什么是频率响应曲线，发声载体的频率曲线可以说是电能～动能转换率在信号频率横坐标上的体现。简单地说，当给发声负载给出一系列不同频率而相同电平的信号，得出的各个声压值有所不同。而理想的发声负载在不同频率得出的声压值应该要一样，遗憾的是目前世界上没有这样的发声负载。图1给出一条森海赛尔HD600耳机的频率曲线图作为例子参考。而发声负载的阻抗曲线则是负载阻抗在信号频率横坐标上的体现。发声负载是一个具有阻抗性、电容性、电感性的复杂结合体，在不同频率的信号输入时阻抗时不一样的。而烧友们常用万用表测量发声负载阻抗，测量的结果实际上是直流阻抗，这个数据参考意义不大。而一般发声载体的标称阻抗常见的会以频率为1K赫兹作为参考点，也就是信号输入为1K赫兹时的中频阻抗。图2给出舒尔E5C耳机的阻抗曲线图作为参考，舒尔公司提供的E5C耳机阻抗（110欧）是以1K赫兹作为参考点的（因耳机个体、测量仪器、测量环境不同与官方公布数据有些出入），但从曲线上看，它的平均阻抗是比110欧要低。
    然而发声负载对音色的影响与这两个参数有什么联系呢？如果读者能理解上述的两条曲线的含义后，只需结合初中物理课程中的一些知识就能推导出，如果导线的阻抗不同，导致发声载体最终的频率响应是有所不同的。我们先来回忆一下欧姆定律：流过电路里电阻的电流，与加在电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比，公式表达为I = U / R。
    有了上面这条公式，下面我们再理解一个分西瓜的道理。为了把问题简化便于理解，先把某个时间点中一个电压值为1伏的电平信号看成一个西瓜，而现在有三个人来分这个西瓜，这三个人分别为放大器的输出阻抗、放大器连接到发声负载的导线阻抗、发声负载自身阻抗。为了更便于理解，暂且排除放大器的阻抗特性不考虑，假设放大器的输出阻抗是恒定的，导线也一样为恒定。都是0.5欧，那么这个串联电路中它们加起来就是1欧。假设现在发声负载是一只喇叭，上述中已阐明喇叭阻抗会根据信号频率发生变化，那我们先来假定这个时间点的喇叭阻抗为4欧。再把放大器的输出阻抗和导线阻抗看是一伙的，它们将分到1/5个西瓜，也就是0.2伏的电平信号，而喇叭分到了4/5个，0.8伏的电平信号。继续从这个例子看，假设现在换了一条阻抗为1.5欧的导线（为了便于理解，把阻值放大），同样一个大小的西瓜，喇叭变成只分到了3/5个，0.6伏了。
    理解了上面的分西瓜原理，我们来通过计算机模拟一些数据（图3，横坐标为频率，左边的纵坐标为阻抗，右边的纵坐标为信号电平）， 看看更换两条不同阻抗的导线，为何发声负载的频率响应曲线会不一样。还是通过上面的例子，把频率范围缩小到100赫兹～1000赫兹，红色曲线为假设的一条音箱阻抗曲线（范围跨越2.5欧～5。5欧），蓝色为用第一条喇叭线（0.5欧）时输出阻抗与线材阻抗的和（恒定为1欧），绿色为用第二条喇叭线（1.5欧）时输出阻抗与线材阻抗的和（恒定为2欧）。那么在这个串联回路中，通过计算机扫描计算出上面两条蓝、绿曲线分别为用两条不同的喇叭线时，喇叭分到的电平信号。这时有人会说，如果用第二条喇叭线时将信号电平调高就能得到与第一条喇叭线一样的曲线结果了。真是这样吗？那么我们把绿色线的扫描信号电平调高至1.15873V，看看两条曲线是否重叠（图4），用阻抗不一样的喇叭线，在不同的频率分到的西瓜不一样了。如果大家想做一个把线材阻抗影响音色的试验，为了把试验效果放大，可以用一条音特美的ER4P to ER4S连接线，接到舒尔的E5C耳机，这时由于E5C在600Hz附近阻抗比较大，按分西瓜原理计算，这段频率分到的电平信号就比较大了，听感上就是中频的低端凸起，声音像个闷葫芦，实际聆听效果与分析吻合。




l线材阻抗对放大器阻尼系数的影响

    首先理解一下阻尼系数的概念：指放大器的额定负载(音箱或耳机)阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。例如某放大器输出阻抗为0.1欧，负载为4欧时，阻尼系数为40。阻尼系数是放大器的技术参数之一，它直接影响放大器对发声负载的控制性。一般放大器所提供的阻尼系数数据，都只公布某一个频段的阻尼系数。但事实大多数扩音机的阻尼系数，在不同频段时都会改变，故所提供的数据也只能作为一个参考指标。有些喇叭需要高的阻尼系数去控制单元的动作，如果配上阻尼不足的放大器，单元会有失控的情况，出现多余的谐震及音讯损失。反过来说，如果一对不需高阻尼的喇叭配上高阻尼放大器，单元由于受到高阻尼的控制，声音会变硬实，音色余韵短。因此阻尼系数并不是越高越好，要耳听为实进行合理的搭配。
显然上述的概念已经完全把线材阻抗忽略不计了。但对于一些大电流理念设计的放大器，其输出阻抗非常低，那么线材阻抗对阻尼系数影响就非常大了。 那么大家可以推想出，除了放大器和发声负载的搭配之外，更换不同的喇叭线，也会得到不同的阻尼系数，特别是对于低输出阻抗的放大器和低阻抗的发声负载尤其明显。曾听说一位烧友的一条喇叭线由于使用多年，锈迹斑斑，实际测量时竟然接近2欧，把锈迹去掉后测量不超过0。5欧。大家可以试想，这条锈迹斑斑的喇叭线如果用在一对阻抗为4欧的音箱上，是多么可怕的一件事。



l线材的接线脚与焊接工艺对线材阻抗的影响

 线材的接线脚与焊接工艺对线材阻抗的影响
上述两点是围绕着线材阻抗而推导对音色所产生的变化，那么线材的接线脚与焊接工艺就尤其重要了。焊接工艺或接线脚不合格的线材，比起用低纯度导线带来的负面影响要大得多。好的线材接线脚应该具备比较大的接触面积，并保证长久不易氧化腐蚀。而焊接工艺同样非常重要，必须要保证接触良好。焊料同样也很重要，很多线材制造厂家喜欢用含银的焊料来焊接。具体的焊接工艺和焊料可参考各线材品牌厂商公布的说明。
待续。

l线材的容感性对声频信号的影响

无可否认线材也具有相当微小的容感性，而线材在传输不同频率的电平信号时容感性也有可能发生变化。虽然这些微小的容感性对声频信号带来多大的影响目前无从考证，但也有不少线材厂家通过特殊的线材编织去降低这些容感性（例如美国Kimber的TC系列和PR系列）。让我们注意到的是，有些喇叭线不仅仅为一段导线，另外还装有一些元器件，这类线材往往附有一个装有由电阻、电容器和电感线圈构成的电器网络的小盒子。据调查，美国MIT公司最早推出这种专用的音箱线和信号线。MIT公司的看法是，有些音频信号的电压会储存在线材的分布电容中，而信号电流会储存在线材的分布电感中。这些储存在线材中的能量多晒还会随信号频率变化，特别是信号电平大的时候尤为明显。此外，储存在线材中的能量还会在稍后被释放出来，并和其他正常信号一并作用于发声负载。而这些专用的音箱线便是用来防止这些能量储存的。据查资料，这类线材实际上构成的为一个低通滤波器（对高于1M赫兹的频率进行过滤，远远超出音频的范围）。


l线材的几何关系


发声负载导线的绝缘介质和接线头的布局构成线材的几何关系，有些线材设计师强调几何关系乃线材设计最重要的因素。最常见的手法，莫过于为了避免线材的集肤效应（信号延导线的表面流动），将多芯线的每根芯加以绝缘而不让芯线之间导电。从理论上看，没用这种结构编织的线材，由于集肤效应的关系，信号停留在导线的表面层，于是便会在芯线之间传导，当信号从一股线芯飞跃到另一股线芯。然而具体效果的测量与实际聆听是否可以分辨，也无从考证。


l结束语
以上某些模拟数据都适当地将效果放大，为的是更直观反映线材影响音色的原理。至于未被放大的数据实际如何，也罕见其被测量并予以公开。但无可否认，这些细微的影响确实存在并直接干预在音频信号上，至于能不能被听出来就因人、系统而异了。烧友们也要冷静、清醒地看待喇叭线、耳机线问题，少看多听，并多进行不同地搭配比较，再决定选购哪一款。大的线材厂家产品最好能从身边认识的朋友借来试听，切勿盲目信从文章，毕竟每个人的听感和音色追求都不一样。而目前一些Diy线材不少也选料精良、做工严禁，并提供试听，值得考虑，不能一竹竿打沉所有船，给出一个Diy线材不可尝试的结论。

注：转载请注明作者。
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