Re: [閒聊] 既然這樣就來說說喇叭角錐 ...

看板Audiophile (電腦喇叭音響系統)作者Upsha (upsha)時間7年前 (2017/05/28 10:16)推噓1(1推 0噓 3→)

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發現我的科普嘗試失敗的好徹底，我承認振動和材料不是我的專長，但是 yamatai 的文章引起我的好奇心、思考、和上一篇文章。就整個音響系統而言，我個人傾向低音以喇叭最重要，擺位次之，其他影響相對這兩個都非常小。但是我同意黑膠唱盤對振動很敏感，所以我以黑膠為例討論振動。先引用 yamatai 原文： : 再來在音響架上面放黑金石，黑金石下面放軟質的墊片，可以避免接觸面不平 : 一方面也可以吸住黑金石不會移動，另外也可以吸收震動 : 黑金石直接用會太乾冷，軟質墊會吸高音，兩者互補放器材上去聲音不會太偏 : 這是一般黑膠玩家很常見的用法，這個目的是要大幅增加音響架的質量 : 降低震幅 : 另外一種比較沒那麼常見的，是在黑金石下面放很硬的彈簧，這種就連重心都要調 : 彈簧的應力是否跟承重有配合也很重要，這種是可以有效處理上下的震動 : 水平震動可能比較弱一點，但音響器材水平震動比較少我的好奇心起點在於，為何一樣的東西下面，墊上彈簧和墊上橡膠都可以不錯？兩者的彈性差非常多啊，於是有了一個猜想：只要振動聽不到就好，頻率可以是高 (> 20kHz) 可以是低 (< 20Hz)。經過板友指正和我自己的驗算 (見後)，高的方向實作上應該不可能。用問答的方式再嘗試一次，希望能比較清楚的界定我想討論的物理問題。 Q1. 為何走路會引起黑膠系統從喇叭出聲音？ A1. 黑膠系統可以簡化為一個旋轉件、上面有不同深度的凹槽，唱針假設完美的隨著凹槽移動，則深度的變化被唱頭轉換成低電位電訊號。當走路經過引起地板振動，可以先簡單近似為旋轉件的高度突然就變了一點。對唱針而言，是無法區分因為凹槽深度或是整個旋轉件高度變化的差別，因此當整個 (地面-旋轉件) 垂直移動了 1um, 會被當作一個 1um 的凹槽音訊被放大。 Q2. 為何在黑膠唱盤下面放重物有幫助？ A2. 黑膠唱盤只是放在地上，不是鎖在地上。當地板在振動的時候，黑膠唱盤其實不會完美的跟著地板一起動。當我們在黑膠唱盤下面放重物，這個 (重物-唱盤) 整體的質量和慣性就會提高。粗略的想法是，慣性愈大愈不受到外力影響。把地板振動的往上瞬間近似成地板對(重物-唱盤) 施力，質量愈大產生的加速度愈小。當地板往下振動的時候，可以視為 (重物-唱盤) 是自由落體。這時候的加速度和質量無關。 Q3. 為何在重物下面再放橡膠墊，效果更好？橡膠墊的作用，可以簡單的近似為一個高度方向的彈簧。這時候把上面所有東西的質量相加 (eg. 黑金石 + 唱盤) 得到一個總質量 m, 配上橡膠墊在垂直方向的彈力係數 k, 我們可以推算共振頻率 ( f = sqrt(k/m)/(2pi) )。共振頻率的意思是什麼？這是指當輸入的力被移除後，這個質量會擺動的頻率。在我的討論裡，這就是黑膠唱盤上下擺動的頻率，如果這個頻率是在人耳可聽的範圍之內，那就會被整個音響系統放大而播放出來被我們聽到。橡膠墊很軟，k 肯定不大，加上上面的重物，可以推論共振頻率會低於 20Hz。 Q4. 那為何放上硬的彈簧也有效？很硬的彈簧 = k 很大，因此我一開始推論這是讓共振頻率 > 20kHz 的方向。我不知道他們用的到底是哪種彈簧、也不知道他們的重物和唱盤加起來多重。假設總重是 20kg 好了，那要多硬的彈簧才能讓共振 > 20kHz? (2*pi*20k)^2*20 = 3.158e11 N/m 這彈簧硬的不可思議，明顯假設錯誤，無法讓共振 > 20kHz [這一段是我前一篇文章偷懶跳過的驗算，感謝 Tback/max8201 指正] 假設目標改為 20Hz, 則 (2*pi*20)^2*20 = 3.158e5 N/m ~ 316 N/mm 這是一個用 32kg (316/9.8) 的東西放上去，只壓縮 1mm 的彈簧。應該是一個還算合理的 "很硬的彈簧"，綜合 Q3/Q4, 如果有玩家不喜歡墊橡膠，卻喜歡用彈簧。那兩者的主要差異會是彈簧的共振頻率會比較高。但基本上兩者應該都會共振頻率低於 20 Hz。 Q5. 為何很多橡膠墊 "幾大多數用於音響產品這類輕荷載的效果多不佳" ? (引用 Tback) 一塊橡膠墊如果設計目的是減少振動，那必定要設計它的共振頻率和阻尼係數。橡膠墊除了提供彈力，也可以提供阻尼，但是共振頻率跟上面放的重物多重有關係，共振頻率確定了，才能設計材料的阻尼係數 (damping coefficient, 速度的係數)，達到目標的 damping factor (通常是 critical damping, Q = 0.5 or zeta = 1) https://en.wikipedia.org/wiki/Harmonic_oscillator "輕荷載" 可能說明了為何效果不佳，如果設計的目標是 100kg, 但是我們卻只上放了 10kg 的東西，那共振頻率提高了三倍左右，如果原先設計在 20Hz，現在就會在 60Hz 左右干擾低頻表現。甚至連原先設計的 damping factor 也會變得不適當。這時候一個原廠設計的墊子就有一大優勢，那就是重量非常明確。只要原廠有認真設計，效果應該都可以不錯。至於要把目標的共振頻率設定在多少，目標的 damping factor 設多少，就是各廠牌各自的選擇。但根據人耳的特性，我們可以推論是共振頻率 < 20Hz, critical damping 或是稍微 over damping, 來對付製造誤差。一個不知道會被放上多重東西的墊子，唯一能做到的是在一個重量範圍之內，提供還算合理的 damping，這個設計其實比原廠還難。我想大多數商品大概是用試誤法搭配買家回饋調整做出來的。 Thxman 設計的 RT-100 有明確標示 3-40kg，但是推荐用在重低音，可以推論是針對靠近 40kg 那邊重量設計，而不是 3kg 這邊。自然頻率設定在 16Hz 同我的猜測，必須設定在低於 20Hz，網路上隨便找的照片不夠清楚，不知道是否有標示測試時候使用的重量。希望這樣的書寫格式，能幫助更多板友從比較物理的角度來看音響相關的問題。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 24.130.158.16 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Audiophile/M.1495937786.A.B8A.html

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