谈谈耳机和喇叭箱的瞬态响应

wzchen

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给大家科普一下，为什么说耳机的瞬态响应秒杀喇叭箱，什么是喇叭箱和耳机的瞬态响应？就是一个方波过来，喇叭或耳机振膜起振和停止振动的加速度，它完全符合牛顿第二力学定律，就是a=F/M，这里，a就是物体的加速度，也就是喇叭或耳机振膜的瞬态响应速度，F是作用于振膜的力量，M就是喇叭或耳机的振膜质量，由公式看出，就是喇叭或耳机的瞬态响应是和它们的振膜质量成反比，就是振膜越小、越薄、越轻，喇叭或耳机的瞬态就越好，而耳机振膜的质量通常只有喇叭的几十分之一，几百分之一，甚至几千分之一，就是说耳机的瞬态响应要比喇叭快几十到几千倍。
当然，大家可能说，按照牛顿第二定律，这个加速度还和作用在喇叭和耳机振膜上的力量有关，没错，这个力Ｆ和推动喇叭箱和耳机的放大器有关，主要取决于四个方面，放大器的输出功率，放大器的输出内阻、放大器本身的响应速度以及喇叭和耳机振膜悬边的阻力，首先，放大器的输出功率越大，这个作用于喇叭或耳机振膜的力就越大，这很好理解，这就是为什么顶级的功放和耳放通常输出功率都做得很大，第二放大器的内阻要小，这个和放大器的储备功率有关，就是在一定的输出功率下，放大器的电源变压器越大越好，次级绕组的线径越粗越好，另外，末级输出管要用大功率输出管，而且，可以用几对到几十对输出管并联来降低放大器的输出内阻，一些天价的功放通常就要用10对以上的管子并联，耳放的也可以用二对以上的输出管并联，例如KSA5耳放就用了二对大功率输出管并联，大大降低了耳放的输出内阻，此外，这个力还和放大器本身的瞬态响应速度有关，就是放大器尽量要用高速的元器件制作，例如，整流二极管可以用高速快恢复二极管，三极管尽量用特征频率(fT)高的管子，电容因为有个冲放电的过程，对放大器的速度影响很大，一定要用高速电容，像英国的Audio Note快晴和德国的Mundorf电容为什么要比普通的电容贵几十到几百倍，除了音染低，声音细腻柔和外，还有一个特点就是速度特别快。第四个就是喇叭和耳机振动时要克服其悬边造成的阻力，这个阻力是一个负面的因素，是要从上面F中减去的，而且也是喇叭要大于耳机很多。
所以，在喇叭和耳机振膜质量和悬边阻力一定的情况下，放大器制作质量的好坏就决定了作用于振膜的力的大小，也就决定了喇叭或耳机的瞬态响应，那么功率大很多的功放是否一定会比功率小的耳放的力，也就是上面公式的F大很多？不一定，因为，功率大小只是四个影响因子之一，如果耳放功率足够大，制作又非常精良，是完全可以超过一般的功放的，不然大家都去用功放去推耳机好了，当然，如果推喇叭箱的功率放大器和耳放一样也是做到了极致的好，那么最后呈现的这个力F肯定是功放要大于耳放，但不要忘了喇叭的振膜质量Ｍ大了耳机很多倍，喇叭振膜需要克服的悬边阻力也比耳机大很多，所以综合下来，喇叭的瞬态响应，也就是上面公式中的a，还是耳机会大很多，所以喇叭箱还是会被耳机秒杀的。

wzchen

那么喇叭箱或耳机的瞬态响应好坏对声音有什么影响？影响太大了，它决定了系统最后的声音表现，瞬态好的系统，声音纯净、透明、鲜活，瞬态差的通常振膜会瞬间失去控制，从而形成很多谐振波，声音混浊、拖沓，不够鲜活，缺乏音乐表现力，可以说，功放和耳放的好坏衡量标志就是上面公式中的这个F，也就是对振膜的推动力，功放和耳放制作中很多措施都是为了提高这个推动力F。

wzchen

现在大家应该都知道了吧，为什么顶级的Hi End功放要做成输出功率大到恐怖的1000W，甚至2000W，而且会用一个，或是几个硕大无比的电源变压器，并且，会用几十对大功率管做并联输出，归根结底，就是要提高公式a=F/M中的F值，从而提高喇叭箱系统的瞬态响应，让喇叭箱的声音质量能尽量接近耳机的水平，但也只是接近，由于受物理因素的限制，按目前的技术水平，喇叭箱系统的声音质量想要和耳机一样，甚至超过耳机，则完全没有这种可能性。

zsudicky

主要是以目前的技术，大功率晶体管的功率有限，所以功放通常要并管，但并管又会衍生其他问题出现。而一对大功率管基本可以搞定目前几乎所有耳机了。

bluehigh

难道和吸铁石没关系？。。。

wzchen

bluehigh 发表于 2020-10-14 17:48
难道和吸铁石没关系？。。。

有关系，但这个力应该是包含在这个作用力F里面，磁铁的磁性越强，对作用力F的贡献就越大，喇叭或耳机的瞬态响应就越好，这就是高档喇叭或耳机都采用强磁的原因。

chenszhanx

bluehigh 发表于 2020-10-14 17:48
难道和吸铁石没关系？。。。

磁通量密度提高效主要為多提升效率跟敏感度，但磁鐵不作功，效率最多100%，影響是有限的。

dinupeng

那怎么看待90dB以上的高灵敏度喇叭？

天方夜谭天说地

但大部分人还是喜欢厚暖糊，瞬态响应一般的声音......
瞬态响应好的人家就觉得声音硬，当然其实也不会硬

天方夜谭天说地

dinupeng 发表于 2020-10-14 22:01
那怎么看待90dB以上的高灵敏度喇叭？

高灵敏度只是 振膜振起来容易，但振起后如何急速刹车呢
刹不住车，就会不停在那里残余震动，就会糊成一片

天方夜谭天说地

wzchen 发表于 2020-10-14 19:04
有关系，但这个力应该是包含在这个作用力F里面，磁铁的磁性越强，对作用力F的贡献就越大，喇叭或耳机的瞬 ...

还有
耳机的振膜材料
单元形式例如800独特的环形振膜
耳罩设计的开放度
耳机线等等都应该跟瞬态响应有很大关系

wzchen

天方夜谭天说地 发表于 2020-10-16 13:58
还有
耳机的振膜材料
单元形式例如800独特的环形振膜

对的，实际上和很多因素都有关，用力学原理来说明是因为容易理解，而且我要强调的重点就是喇叭或耳机的瞬态响应和其质量成反比，也就是瞬态响应它就是振膜质量倒数的一个函数，假设振膜的瞬态响应速度为S，则S=f（1/m）。