追求扬声器音质一直是音响界一个长久的话题。人们孜孜以求，殚精竭虑、千方百计，费尽心机来减少扬声器、音箱的失真。世上每一个有名的扬声器音箱制造厂对减少失真、提高音质都有自己不懈的努力，独创的见解、深藏不露，引以自豪的绝招与技巧。因此人们对每一个扬声器，音响技术的进步、新论点、新看法都极为关注，希望它真有效果。

但是它必须是合理的，站得住脚的，按现在的理论可以解释的(或虽不能解释，但都可以用事实证明的)。正确与否是看其能否为事实所验证,能否重复实现。近年来不断看到一些人对扬声器音质改进减少失真提出不少方案、原理技术。可以理解他们解决问题的苦心；可以同情他们追求市场的浮躁；可以不去计数广告上溢美的词句，但是在对待客观事物上不能违背实事求是的原则，一就是一，二就是二。要面对一个技术人员的良心。有人撰文指责一些评委是不是良心出了问题。这种对良心的拷问是非常必要的。很可惜原作者没有拿出证据。也就演绎成对原作者良心的拷问。

唐朝诗人李商隐的诗写得美，写得漂亮，足以传诵千古。但有些诗也不好懂，隐诲含蓄，注解者歧义纷纷、捕风捉影，望文生意，牵强附会者车载斗量。扬声器失真问题，本来就复杂。有些解决失真的办法也使人摸不着头脑。

▋?扬声器音箱有那些失真

不容讳言,对扬声器失真的研究，历来是扬声器研究的薄弱环节。关键在于它的难度。扬声器有那些失真?根据国内外专著、辞典、标准,可以将大家公认的、规范的失真归纳如下。

1、扬声器谐波失真
这是由振幅非线性引起的一种失真。当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出声信号中，除了原输入之基波信号外，还出现有2倍、3倍……于基波频率的信号，称为谐波，这种现象也就是谐波失真。谐波失真的大小通常用这些谐波声压的有效值与总声压的有效值之比表示。
2、扬声器互调失真

这是振幅非线性的一种表现形式。当用复合信号源策动扬声器时，在其声输出中所出现的调制分量。

3、扬声器差频失真
由振幅非线性引起的失真。当扬声器在额定频率范围内，加以振幅相同的两个频率的信号时，在测量处除了原信号外，还会出现其他的输出信号，称之为差频失真。
4、噪声调制失真
随机的电子噪声，在扬声器最后重放时呈现为背景噪声，并且干扰正常的声重放。
5、总噪声失真
扬声器输入以f为中心频率的1/3oct粉红噪声时，以中心频率为nf(其中n=2,3等)的各1/3倍频程频带内产生的声压有效值的平方和的平方根与总声压有效值之比，称为扬声器总噪声失真。

6、大功率谐波失真
通常谐波失真都是在较低功率下测试的。但是扬声器常常在大功率下工作、而大功率的安全测试很困难。我们希望在大信号条件下对扬声器音质作出客观的估价和分析，找出产品的缺陷，达到改进扬声器音质的目的。
7、多普勒失真
当火车驶近或离开观察者时，火车汽笛的音调会改变，这种现象被称为多普勒效应。当扬声器纸盆放高频时，随着纸盆向前或向后运动(由于低频大幅度信号所驱动)，高频会被调制，这种失真称作为多普勒失真。
8、瞬态失真
节目声是经常变化的信号，扬声器的振动系统必须忠实的跟随这一节目声。例如：必须能重放出打击乐器的急促的敲击声。对这种急促变化的信号能够切实重放出来的程度称为瞬态特性。

瞬态特性指的是，当输入信号变化，输出信号随时间的变化。图1是当输入信号为猝发生式矩形波时，输出信号变化。它有许多种表示方法。

图1 输出信号的瞬态特性

一种方法是由波形来定量表示瞬态特性的方法。如图2所示，前沿波形的第一波的高度称为前沿特性，衰减波形的第一波的后一个波(第二波)的高度称为后沿特性。连续改变猝发声的频率，可测量出猝发声频率与前沿特性及后沿特性的关系，作出瞬态特性曲线。

图2 瞬态特性的表示

另一种方法是累积频谱法，即给扬声器一个非常短的脉冲信号，将它的输出波形用电子计算机进行傅立叶分析。例如后沿特性可对信号切断后每10μs的频率特性变化求出与其相对应的瞬态特性(累积频谱)。一个后沿累积频谱的图形如图3所示。

图3 后沿累积频谱

通过累积衰减频谱，可对扬声器的频响特性便一目了然。这种累积衰减频谱在脉冲激励下，可把频率和时间的关系特性以三维图形表示出来。同时，包含全部频率的瞬时矩形脉冲会由被测扬声器辐射出来并由测试传声器拾取。各个脉冲以相同的时间间隔重复和存储着，然后由计算机处理。从这样形成的累积衰减频谱可以快速而准确的读出以振幅、时间和频率三维关系表达的扬声器振动特性。这个方法即适合于分析单个扬声器，也适合于扬声器箱。

过去讲瞬态特性、瞬态失真都比较含糊，而瞬态特性有前沿和后沿之分。一个声音的起始、爆发是所谓前沿；而一个声音的消失、中止、停顿是后沿。希望声音的起始与中止皆是瞬间完成，但是由于扬声器的结构及振膜材料特性所决定，其前沿特性、后沿特性不可能两全其美、首尾兼顾。例如：软球顶扬声器，其对声音阻尼，后沿特性较好，而前沿特性不佳；一金属振膜的硬球顶扬声器，其爆发力良好，起动快，但后沿特性不好。所以扬声器技术的难题之一，扬声器设计的两难选择就是找一种振膜材料，不仅前沿特性不错，而且后沿特性甚佳。这大概和“又要马儿跑，又要马儿不吃草”一样不容易。

有一种磁流体磁液的材料，有人讲在磁缝隙注入磁流体以后，瞬态特性变好。如果指后沿，当然由于阻尼加大，后沿瞬态特性变好，相反前沿瞬态特性更加劣化了。并非像有人认为的那样，视磁流体为一剂包治百病的灵丹妙药。

9、相位失真
人耳是否能感知声音的相位是个老问题，也是个新问题。在谈到声音的相位或者相位差的时候，一般是指节目声各成分音之间的相位差。另外也可指在重放立体声时进入左右耳的信号间的相位差。对于后者，如在左右耳之间有相位差，则可以感到定位的偏离及声像广度感的变化；对于前者，由于人耳本来就是一个对信号分析感受的器官，普遍认为是不能感受到相位差的。有的实验报告证明，复音各成分音之间相位关系的变化会引起波形完全变化，导致音色变化，因此人耳能够感受到的相位差。但是也有人提出相反的论证，认为人仅仅对于人工产生的复音，能够根据音色的变化感受出各成分音的相位差，而对语声和音乐等实际节目来说，传送系统的相位特性差就无法感受到。

首先由文献可知，将扬声器的输入经过全通型移相网络和不经过此电路时的音色差进行比较时是感受不到差别的。因此，可以说成分音之间的相位差与音色没有关系，如果成分音之间的振幅关系正确，即使重放波形有些变化，也不会影响音色。为了进一步证明上述论断，下面再介绍一下文献所提出的论据。

虽然各成分音之间的相位差和音色没有关系，但方波成分音之间的相位差发生变化后，前沿特性会有所不同。这样如果说不能加以判别，那就说不通了。因此，与其说相位差对音色没有影响，不如说多少有些影响，但是这种影响的程度可能只与音色的细微部分变化有关。

扬声器与测量用扬声器之间距离所引起的相位变化必须予以校正。但是由于扬声器的音响中心不明确，正确规定这个校正量是有困难的。扬声器的相位特性因校正方法的不同，要正确的判断扬声器本身的相位特性，还是个困难问题。与上述相比较，相位特性曲线对频率的斜率相当的群延迟时间频率特性曲线的形状，不会因校正量而变化，只是附加了一定值。所以，除相位特性外，群延迟时间特性也是个研究课题。

图4　高保真扬声器的相位特性

关于群延迟时间的允许范围，最早是从研究电话线路中声音信号的清晰度开始的。研究结果表明，对于1kHz为20ms以下，这里指的是电话线路允许范围。在高保真重放用扬声器的重放频带内有人主张群延迟特性的偏差允许范围可以在20ms以下。图4和图5为高保真用三分频扬声器系统的相位特性和群延迟特性的举例。

图5　高保真扬声器的群迟延频率特性

这些特性可以在输入脉冲声后求出其输出声压波形，通过计算机进行傅立叶变换求得。相位特性在整个频带约有360°变化，但除了在极低声频段以外，如果群延迟时间在20ms以内，可以认为是完全适合于高保真重放的特性。

(a)扬声器在面板上的通常布置方式，其相位——频率曲线颇为不利

(b)把扬声器位置做合理调整，改善了相位特性

图6　三个扬声器的声中心位置图

扬声器重放时可能有多种原因引起相位失真。例如用低音、中音和高音扬声器组成的组合扬声器重放时,三个扬声器的声中心不能同在一个声学平面上(见图6)。这三个扬声器的声中心位置相当于普通方式只把扬声器并列安装在箱子障板上,这种安装方法常常引起组合扬声器出现相位失真,因为来自各个扬声器的信号到达听者的位置所经过的路程各不相同,亦即传播时间有差别,必然会在相位上反映出来,于是相位特性曲线就不能再是线性了。如果三个扬声器垂直叠装在音箱面板上,使它们的声中心位于同一声学平面上,那么这种扬声器的组合可称为是线性相关的。当然,其先决条件还是扬声器本身和分频器都没有相位失真。

满足上述条件，相位特性曲线才能是线性的。很遗憾，这种理想情况在实践中几乎不可能实现，因为不仅扬声器系统本身有相位失真，而且分频器也有相位失真。商业广告上所称的“线性相位扬声器”令人产生许多疑问。

可以把分频器设计得使它的相位失真恰好补偿扬声器和扬声器箱的相位失真。凡是具有这种性能的分频器就叫做“声分频器”,或者叫做“声巴特沃斯”(Butterworth)滤波器。

10、异常声
当馈给扬声器强的纯音时，在中低声频段会产生频率为信号频率的1/2或者1/3等的模糊声音，称为分谐波失真。它是由振膜非线性引起的。
小结：以上简单介绍了发生在扬声器的失真，不但名称不同，而且各自有不同的含义和内容界定，而又有各自不同的产生原因，解决起来又有不同的方法。这些失真名称是标准化的，所以不厌其烦讲这些并不新鲜的内容，并不是无的放矢。音响行业队伍不断扩大，这是一件好事，他们企图着手解决扬声器中许多技术难题，大家都持热忱欢迎的态度。但是如果基本概念不清，正如治病还没有弄清病因，就乱开药方。碰巧也许将病治好了，但是将病情延误的机率同时存在。如有人提出扬声器的“运动失真”、“动态失真”，先没有弄清失真的概念，就动手去解决。大家至少没有共同语言。因此也无法作出科学的判断，存在种种怀疑自然是理所当然的。

编者按：王以真老师是中国扬声器领域的资深专家。作为中国声学学会理事、天津市声学学会理事长、国务院特殊津贴获得者，同时也是“影音新生活”全媒体平台的专家委员，王以真老师长期从事扬声器工艺、设计、研究和咨询工作。合译出版《扬声器系统》上、下册，编著出版《怎样选用扬声器》、《实用扬声器技术手册》、《实用扩声技术》等。王老师拥有丰厚的扬声器等领域的知识，被广泛邀请开展各类技术培训。同时，作为业内资深撰稿人，他以专业且富有深度的文章，更是启发指导业界探索。