摘要
本文述及扬声器产品开发的方法,即系统工程方法的运用.几十年来,有关工程技术人员 有意或无意地已有所采用. 本文采用 H.切斯纳特先生的一个较为狭义的对系统工程方法的 说法,“系统工程方法认为每个系统是一个集成了的整体,具备多变的,特定化了的结构及子 功能。它进一步认为一个系统具有多个目标, 目标参数之间的权衡根据系统到系统的不同使 用而大有差异。系统工程方法寻求整体系统功能的优化,以据权衡过的目标值,并在系统的 部件之间实现最大的兼容性” 。本文是作者及作者的同行们的某种经验的一个小结.关键在于 系统工程方法思想的指导,其要点在于重要工具的使用及必备步骤.最后,认为系统工程方法 并不是要对试探法作绝对的排除.系统方法是理论和实验的综合。
关键词:扬声器 单元，系统，系统工程，系统工程方法，试探法，设计软件，测试软件，听音试验，打样。
1. 前言
本文中的扬声器,内容涉及电动式扬声器单元及系统[1].系统工程的含意较为复杂[2], 本文采用 H.切斯纳特先生的一个较为狭义的关于系统工程方法的说法,“系统工程方法认 为每个系统是一个集成了的整体,具备多变的,特定化了的结构及子功能。它进一步认为一个 系统具有多个目标, 目标参数之间的权衡根据系统到系统的不同使用而大有差异。系统工程 方法寻求整体系统功能的优化,依据权衡过的目标值,并在系统的部件之间实现最大的兼容 性 ”.系统这个词在扬声器发展史上已使用多年,系统工程方法在扬声器的开发上,已为有关 工程技术人员无意或有意地采用了多年.本文是作者及作者的同行们的某种心得和体会,也 是经验的一个小结。
2. 重要的回顾
声学是个古老的学科，著作丰富，即使是电声学这样一个分支，一些著名的论著已在扬 声器开发上起到指导作用，如白瑞纳克“声学”，南京大学“声学基础”等那些名著已建立 了的相当完备的理论基础。对于产品设计及开发的具体过程里的细节，基础理论著作也许在 操作性上显得不够。比如在 1960 年代,扬声器的设计及开发中，行业中的主要方法是试探法, 如何走向理论和实际相结合的系统综合法,从业人员一直在努力着.在计算机技术走向成熟 的 1990 年代以后，计算机设计软件及计算机测试系统的普及和运用及其他相关技术的成果 事实上在扬声器的开发上引发了一个外界不算很清楚的悄悄的革新，系统工程方法真正在创 造令人惊喜的效果。下面说明一些让我个人感觉深刻的事实。
1) 1965 年,北京第三研究所的倪诚策先生曾写出“50MM 电动式扬声器研制报告 ”,文中已 经列出扬声器单元的等效电路,该报告是笔者首次见到的中国工程师使用系统综合法的一次 尝试,可惜这篇报告,似乎没有公开发表。
2)A.N.THIELE 先生的著名论文"Loudspeakers in Vented Boxes,"
[3],其译文发表于当年的 “通讯及电声 ”杂志（著名的“电声技术”杂志的前身）
[4],R.H.SMALL 先生的系列论文，早在 1974 年就引起笔者及行业内一些技术人员的注意，部分文章在工厂内的内部刊物（如天津电声器材厂及南京无线电元件二厂）上刊出了中译文， 1980 年代，SMALL 先生的系列论文以编译或节译等形式在“电声技术 ”杂志上得以发表。按 照 A.N.THIELE 先生及 R.H.SMALL 系列论文的思路，笔者在其后的实际的产品开发中取得证 明及一些成功。笔者认为这两位先生的研究成果,简写为 TS 理论是扬声器系统设计方法真正 走向实用的里程碑,根据 TS 理论,扬声器系统的系统性能和部件参数间的数学关系已确立, 分析和计算所需要的部件参数可用电及力学的方法测得,使计算及分析成为可能. TS 理论是 T及S两位先生在前人研究工作的总结和提高,TS理论成为扬声器及系统的第一级近似模型, 也成为后来设计软件及测试系统中软件的数学基础.扬声器产品的开发从此走上了分析综合 的系统法的工程道路。
[5],2004 年秋美国扬声器行业协会在东莞的技术交流会上（ALMA Symposium ），Patrick Turnmire 先生[5]作了“Closing the Engineering Gap Between Asian Suppliers and Western Customers ”全面而系统地讲述了扬声器产品开发的研制开发过程，重点介绍了计 算机设计软件及测试系统及扬声器听音的详情。作者认为这是一个相当实用而且操作性较好 的系统工程设计方法的一个范例。可惜的是该文未公开发表及出版。
[6],2000 年以后的日子里，德国学者 KLIIPLE 先生总结了扬声器的非失真的机理,而且提出扬 声器的失真模型,是 THIELE 和SMALL 两位以后的有关扬声器的最重要的贡献，是第二级高阶 的近似模型.据此所开发出的计算机化的 KLIIPLE 测试系统成为扬声器的高品质追求过 程中的有力工具.KLIPPEL 的扬声器单元的等效电路是 TS 所建立的线性系统上的一个最重要 的修正,其模型包含了失真的因数,这样,扬声器失真系数的设计及控制也走向了系统工程化。
[8],中国南京大学声学研究所的教授们向来重视电声换能器的研究，重要的著作如“扬声器系统 ”
[7]及“扬声器系统的理论与应用 ”[8]等。文献[8]全面及系统地论述了THIELE 及 SMALL 两位先生的理论，其应用部分结合了一些开发实例,笔者认为那些实例是使用了系统工程方 法的极有启发的示范。
3.要点
扬声器是放声系统内的一个组成部分,可以构成一个单独的部件或支系统.扬声器单元 本身就是一个子系统,它由磁路,振动系统及辅助系统等子系统构成.扬声器单元再与障板或 箱体或号筒等组成系统,因具备声波辐射的特性,因而构成扬声器系统,于是在声频电信号的 驱动下,辐射出声音,成为包括声频电信号源在内的放声系统.放声系统可用于消费性,专业或商用系统,根据其产品的使用,则可能成为更大系统的组成的子系统。
进一步,最终产品的运用则可能和声环境乃至和人的听觉系统结合构成完整的从声频电信号到人的听觉的大系 统.这样,从整体性要求出发,扬声器的开发则期望扬声器需要满足符合系统要求的指标及特性.另一方面,扬声器单元或扬声器系统的指标及特性将因其物理极限而在现实可行性上受到限制。
这个基本的矛盾特点在扬声器开发工作中贯穿始终.系统工程方法要求对扬声器给出合理的指标及特性要求(以及外形和结构特征),所以开发过程的起点就是要对用户或市场需求进行必须的调研和讨论,需要确定量化了的指标及特 性.也就是说要对整个系统的目标值分析清楚。
在确定指标和特性时,必须参考相关的国际和中国标准,如果有客户需求时,须确定使用标准,或至少订出供需双方认定的可能的指标书.专利查找及分析. 参考样品的分析 成本计划及预算。认真考虑以上各个方面的因素。 接着就需要寻求整体系统功能的优化,不仅要在技术指 标的数值之间作平衡性的选择,而且在很多情况下,因成本因素,而不得不作必要的妥协和折衷。
所以,所谓最终的样品未必是性能最佳而是性价比最好的一种，这是扬声器作为一种工业 产品的毕然结果，不可能是理想主义所想象的那样完美无缺。
（未完待续）
