【专题】成也振动,败也振动 浅谈音响里面的那些振动(连载2)

影音中国 2024-03-19 11:31:42

前情回顾

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振动从哪里来?

第一,电子设备产生的轻微振动。首当其冲的是音箱在播放音乐时喇叭单元在振动,这些振动会变成声波通过空气返回到其他音响器材里面,也会通过建筑结构传到器材里面。另外,音箱自身也会振动。还有其他电子元器件及电气设备,产生的振动,例如变压器,电容器、马达等。第二,其他振动。人走路,汽车经过产生的振动,甚至地壳运动产生的振动也会传到音响电子设备里面。

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如何隔离振动?

隔离振动是防止振动从系统的一个组件传输到同一系统的其他部分。主要通过两种形式实现隔离振动,分别是被动式隔离和主动式振动控制。被动式是利用吸收和阻尼两种方式来实现隔离振动,而主动式振动控制涉及传感器和执行器,通过传感器检测振动,然后反馈给执行器来抵消传入振动。事实上,振动是不可能被完全消除的,但却能降到非常低的程度。

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被动式隔离振动的使用非常广泛,工业设备里面的泵,电机;实验室里面的仪器等都在应用,在家用音响当中,被动式隔离振动是最常使用的方式,大致上包括以下几种形式:

1. 气动或空气隔离器,利用充气的气囊形成空气弹簧,可提供阻尼和隔离作用。

2. 机械弹簧和弹簧阻尼器,通过弹簧的弹性形变来吸收振动。

3. 柔性材料的垫或片,例如橡胶,软木,致密泡沫、层压材料等,利用软性来吸收振动。

4. 底座隔离器,在平台的底部装有多个被动隔离器,适用于功放,转盘等音响产品。

5. 磁力隔离器,利用磁力来实现悬浮来隔离,这种方式可以实现非机械接触。但有部分应用到音响上的产品虽然标榜磁浮,但实际上也存在机械接触。

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几乎任何一种被动隔离都有它的固有频率,当给予的振动频率高于固有频率时,振动隔离效果好,越是接近固有频率,隔离效果越差。通常地,被动隔离的固有频率都比较低,可以视为一个振动的机械低通滤波器。一般认为,具有较低固有频率的隔离器将比具有较高固有频率的隔离器表现出更好的隔离度。

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加拿大国家研究委员会对ISOAcoustics的GAIA系列其中一款隔离器的测试结果

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分别使用GAIA减震器和角锥安装在同一款音箱上测试频率响应

接下来通过一个实测来告诉大家,左图是加拿大国家研究委员会(NRC)对ISOAcoustics的GAIA系列其中一款隔离器的测试。当中一项测试就是分别让音箱装上GAIA II减震器和角锥,再播放扫频测试信号,然后观察音箱的振动情况。为什么要选择音箱作为测试对象?因为音箱是音箱系统中最大的振动制造源。

测试图中为20~2kHz时的状态,紫色曲线是安装角锥时的振动情况,绿色是GAIA II,可以明显看到使用GAIA II时,音箱的振动要低很多,特别是820Hz以下频段的降幅最大,正因为音箱的箱体振动被GAIA II降低,回传到其他器材上的振动也随之降低。相比之下,使用角锥时的振动较大。另外,英国TPI Aerospace和MasterSounds两家公司也发布了一款名为TRBxM的隔离器,用于搭配松下的直驱黑胶唱盘。这款隔离器声称可以减低 1Hz~450Hz频率范围的振动。

有发烧友指出,在音箱使用减震器会让低音的量感变少,于是加拿大国家研究委员会又发表了另一个测试。分别将角锥和GAIA减震器装到同一款音箱上面做扫频测试然后得到频率响应图做对比,发现两者没有太大的差异。从主观听感上,所以低音并没有减少,而是变得干净,变得清晰,简单说就是音染更低了,主要原因就是箱体的振动被降低了。

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主动式振动控制

主动式振动控制,它是利用对振动进行反馈修正的方式来实现减震。典型的主动式振动控制系统包含几个组件。第一,由多个主动驱动器悬挂的平台,这些驱动器可能使用动圈、液压、气动、压电或其他技术。第二,三个加速度计,用于测量三个自由度的加速度。第三,信号处理器和放大器系统,根据加速度计传来的振动信息产生修正信号,再由放大器驱动主动式驱动器,从而抵消振动。主动式振动控制最大的难度在于要求系统能够非常快速对反馈信号作出反应。

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主动式振动控制在科技领域的应用非常广泛,特别是精密加工里面,例如半导体芯片的生产,纳米级的芯片生产,如此高精密生产要求就必须要求光刻机几乎在不受振动的环境下才能实现,否则微微微微微抖一下就前功尽弃了。亚洲著名的台积电公司就有一套性能非常高的主动式振动控制系统,这套系统是采用空气隔离器作为悬挂,由一组气囊和气体控制系统组成,通过实时检测振动对气囊气压进行调整,可以实现几乎没有振动的工作环境。

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至于家用音响领域也有应用,主要是给黑胶唱盘这类容易受振动的音响器材,由于振动很低,在发烧音响圈里面就被称为“零震台”。由于涉及电子部分,“零震台”都需要电源,而且价格也不菲。但应用到家用音响里面简直就是降维打击,也有人认为这样的产品用在音响上面有点太过于浮夸了,但恐怕只有用过的发烧友才有发言权了。但无论如何,主动式振动控制技术的性能不容置疑,真的要追求极致,“零震台”就是天花板级别了。

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未完待续

编辑:编辑部

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