第三章：音箱與喇叭系統(tǒng)
在前一期我們已討論過各種型式不同的喇叭單體,有錐型、球型、號(hào)筒型、絲帶型等等;但是在實(shí)際使用時(shí),我們卻不能將擴(kuò)大機(jī)的輸出直接連到喇叭單體上,它總需要裝到音箱(Cabinet)裡。說是如此,我們又不能隨便找個(gè)箱子把喇叭裝進(jìn)去就OK,喇叭音箱的設(shè)計(jì)是一門大學(xué)問,若要詳細(xì)談音箱,恐怕10期的「每月專載」都還不夠。
一、障板(Baffle) 一般的喇叭系統(tǒng)都是將全部單體裝入同一個(gè)音箱內(nèi),但也有不少喇叭,像KEF的105.2,就是低音喇叭單獨(dú)裝箱,而中、高音喇叭則另外裝入一只小音箱內(nèi)。喇叭是否一定要裝入音箱內(nèi)？不一定,這要看他的頻率特性而定,頻率愈高就愈不需要音箱,而低音喇叭就非得裝入音箱中不可,為什麼呢？ 喇叭發(fā)音的動(dòng)作是當(dāng)音圈上有音頻交流訊號(hào)流通時(shí),音圈會(huì)隨著交流訊號(hào)的頻率和振幅做軸向前后運(yùn)動(dòng);因?yàn)檎衲づc音圈是連著的,故振膜也跟著音圈的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。我們現(xiàn)在假設(shè)在空中設(shè)置一只低音喇叭,當(dāng)振膜向前移動(dòng)時(shí),振膜(紙盆)前面的空氣就會(huì)受到壓縮;而振膜向后運(yùn)動(dòng)時(shí),空氣就會(huì)被稀釋。由圖四十二中我們可以看出High是受到壓縮,Low是稀釋;而由于沒有裝入音箱中,High和Low會(huì)互相混在一起,但因彼此存在有互相差,故一但相混后不但互相干擾而且還會(huì)抵消。 為了避免這種情況發(fā)生,我們將喇叭裝在一片障板上,使得前后聲音不會(huì)相混;見圖四十三,該障板是無限大的,故稱為「無限障板」(Infinite Baffle)。這片障板當(dāng)然不能無限大,要不然宇宙間就沒有地方容得下它了,障板的大小與頻率的波長(zhǎng)有關(guān)係,波長(zhǎng)愈長(zhǎng)(即頻率愈低)則障板就要愈大,否則繞射的情況就無法避免。試以50Hz為例,由于50Hz的波長(zhǎng)是3.4公尺故障板的面積要大于3.4x 3.4=11.56平方公尺;如果你要求副低音喇叭發(fā)出20Hz的超低頻,那障板面積就要大過70平方公尺！您府上放得下嗎？ 不僅要防止前后聲音干擾,又要使障板的面積縮小,那就得使用「有限障板」(Finite Baffle)設(shè)計(jì),如圖四十四所示,我們選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度,將喇叭環(huán)繞起來,使喇叭前后的聲音并不互相干擾,然后再將它整個(gè)圍繞起來就成為如圖四十五的完全密閉式系統(tǒng)。二、密閉式音箱(Sealed Type Cabinet) 密閉式音箱把音箱內(nèi)和音箱外的空氣完全隔絕開來,在圖四十五裡所示只有喇叭單體和吸音材料,當(dāng)然實(shí)際情況并非如此簡(jiǎn)單。由于音箱內(nèi)的空氣被封死,故當(dāng)振膜在不斷的前后運(yùn)動(dòng)時(shí),箱內(nèi)的空氣就不斷的被壓縮和稀釋,這種壓縮和稀釋的過程就和一枚彈簧的動(dòng)作很像,若箱子愈小則振動(dòng)的百分比就愈大,此結(jié)果關(guān)係到(1)喇叭的諧振(Resonant)頻率,(2)音箱的振動(dòng)(與音箱的結(jié)實(shí)堅(jiān)固與否有關(guān));尤其是后者,更影響到喇叭的重播特性.音箱是否會(huì)振動(dòng)？會(huì)的,只是吾人肉眼無法瞧出,用手摸或許可感覺到,但以電腦分析就一目瞭然;圖四十六保證會(huì)嚇你一跳！因此制作木箱除要選硬度較高的木板外(高壓塑合板比夾板硬許多),音箱內(nèi)壁也要附上適量的吸音材料以防駐波(Standing Wave)產(chǎn)生。 密閉式設(shè)計(jì)喇叭,其低頻響應(yīng)受限于(1)音箱的容積,和(2)喇叭單體的最低諧振頻率;換句話說,音箱體積愈小,低頻響應(yīng)就愈差,使得暫態(tài)失真與諧波失真都會(huì)大幅增加。因此密閉式音箱與喇叭有些關(guān)係必須考慮到： (a)喇叭單體的諧振頻率Fo不能比裝箱后的整體諧振頻率Foc來得高,即Foc＞Fo。 (b)如果喇叭單體的Fo較高,那麼可用較小的音箱;反之就要採(cǎi)用大音箱。 (c)當(dāng)Foc和Fo差距愈大時(shí),可用較小的音箱。 (d)如果喇叭單體振膜的等價(jià)質(zhì)量Mo愈大時(shí),可使用較小的音箱。 (e)當(dāng)喇叭單體的Qo值愈小時(shí),可使用較小的音箱;但當(dāng)喇叭單體裝箱后其Qo值會(huì)提高,多塞點(diǎn)吸音棉可略為降低Qo值。在設(shè)計(jì)上,喇叭理想的Qo值是0.707。 (f)如果喇叭音箱的截面積是六邊形(目前百分之九十以上的喇叭箱是六邊形),則較容易產(chǎn)生駐波而造成音質(zhì)劣化,故音箱的高寬深要有一定的比例,最好的比例是5:4:3或者7:5:3。許多人在設(shè)計(jì)音箱時(shí)往往只注意到高度和寬度而忽略了深度,音箱的深度不應(yīng)小于最低諧振頻率(Foc)波長(zhǎng)的八分之一,這要特別注意。 (g)音箱的材料不僅硬度要夠,還要有適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng),并且完全密不通風(fēng)。不過補(bǔ)強(qiáng)材料、吸音材料和喇叭磁鐵所佔(zhàn)去的空間要另外加上,通常是以5~10公升計(jì)算。 提到密閉式喇叭,就必須談到氣墊式喇叭,氣墊式(Air Suspension,或稱Acoustic Suspension)係由AR喇叭公司創(chuàng)始人Edgar Villchur先生發(fā)明出來的,其原理與密閉式完全一樣,只是為了要得到更充足的低音,除在音箱裡填塞大量吸音棉外,并且在喇叭振膜上涂抹黏液增加其質(zhì)量,甚或採(cǎi)用長(zhǎng)衝程單體。但在理論上,氣墊式仍是密閉式設(shè)計(jì),自然也是屬于無限障板式;而由于制造技術(shù)的進(jìn)步,密閉式已完全等于氣墊式了。 密閉式設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要求是音箱體積小,但音箱小則振動(dòng)比大,故需要較大的功率來推動(dòng)喇叭的振膜,此即意味密閉式喇叭的效率較低。當(dāng)AR氣墊式喇叭開始上市時(shí),打著「犧牲效率換取音質(zhì)」的口號(hào),使得大部分人皆有效率低即音質(zhì)佳的錯(cuò)覺。事實(shí)上效率與音質(zhì)是沒有絕對(duì)的關(guān)係。(恐怕連相對(duì)關(guān)係都沒有),就一般聆賞言,低效率喇叭多半略為混濁;而以小口徑低音喇叭來獲取充足的低音,也不是十分明智。交響樂團(tuán)的定音鼓都是大傢伙,沒聽說有氣墊式的;故要重播低頻,還是以大口徑喇叭較為適宜。AR廠似乎也明白這個(gè)道理,該公司的新產(chǎn)品都已不再標(biāo)榜是小型氣墊式設(shè)計(jì)。三、低音反射式(Bass Reflex) 在密閉式音箱上開一個(gè)洞就算是低音反射式,這個(gè)洞一般多開在障板上,也有是開在背板上。低音反射式的基本理論是認(rèn)為密閉式揚(yáng)聲器有一半的能量被封閉在音箱內(nèi)殊屬可惜(在低頻時(shí),振膜后面所輻射的功率為整個(gè)輻射功率的二分之一)。所以就利用反射管將低音的相位反轉(zhuǎn)再由反射管中放射出來,典型的低音反射式結(jié)構(gòu)見圖四十七(A),它與密閉式不同的是多了反射管(Duct,或稱導(dǎo)管);而反射管的形狀則有方形、圓形、折圓形等;圖四十七(B)是另兩種低音反射式音箱結(jié)構(gòu)。 一般人對(duì)于低音反射式喇叭的概念是音箱內(nèi)的低頻經(jīng)過180°反轉(zhuǎn)后由反射管中發(fā)射出來,因此低頻的音量就比較強(qiáng)。其實(shí)這種想法并非正確,因?yàn)榧仁沟皖l會(huì)被反射出來,其相位也不見得是反轉(zhuǎn)180°,其中可能有某些頻率被反轉(zhuǎn)180°,但大部分的低音(如果光說低音,則頻率涵蓋太廣)卻非如此,其主要原理還是在改變喇叭振模的振動(dòng)阻抗;振模被改變,聲音當(dāng)然有所差異。 低音反射式的重播效果除與音箱容積有關(guān)外,還與反射孔位置,反射孔長(zhǎng)度有關(guān),設(shè)計(jì)低音反射式音箱時(shí)要注意下列事項(xiàng)： (a)音箱整體諧振頻率Foc能低于單體諧振頻率Fo的0.7倍,即Foc＜Fo×0.7。 (b)由于振膜移動(dòng)的振幅較小,故失真較低。 (c)假設(shè)Foc數(shù)值一樣,則低音取反射式音箱可為密閉式音箱的60%。 (d)反射管的直徑如果太小,它的特性就類似于密閉式設(shè)計(jì)。 (e)反射管的長(zhǎng)度與Foc的波長(zhǎng)有關(guān),如果反射管長(zhǎng)度增加,則Foc降低;反射管減短則Foc提高。 (f)低頻的諧振頻率可略為降低,并且暫態(tài)特性也較佳;理由是喇叭背后的聲音有宣洩之處。 (g)喇叭單體還是最為重要,適合低音反射式設(shè)計(jì)之低音喇叭,其F0最好是在0.4~0.7間。 低音反射式的效率較高,而且重播的低音較自然,在大型而昂貴的喇叭系統(tǒng)中,百分之九十都是低音反射式設(shè)計(jì),這不是沒有道理的。四、被動(dòng)輻射式(Passive Radiator) 被動(dòng)輻射式的俗名是假喇叭(Drone Cone),如圖四十八所示,假喇叭是沒有磁鐵和音圈的,它不能承受電力而主動(dòng)輻射聲音,故稱為被動(dòng)輻射器。被動(dòng)輻射式原理與低音反射式一樣,它是以假喇叭的振動(dòng)阻抗來改變主喇叭的振動(dòng)阻抗;但是它的頻率可以比低音反射式更低。被動(dòng)輻射式設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)與低音反射式同,當(dāng)我們?cè)跈z查被動(dòng)輻射式喇叭時(shí),可用手壓下主喇叭,而假喇叭則會(huì)向外突出;用手壓假喇叭則主喇叭會(huì)突出,此法可檢查該喇叭箱的密閉式是否確實(shí)。 被動(dòng)輻射器喇叭在市面上并不多見,而是多以英國(guó)產(chǎn)品為主,Celestion是此類的泰斗。另外是：低音反射式增加低音發(fā)聲效率是以聲學(xué)的方法,而被動(dòng)輻射式是利用機(jī)械的方法,因此同樣體積的音箱,被動(dòng)輻射式的低音可以做的較低。五、前方負(fù)載型號(hào)筒(Front Loaded Horn) 在喇叭的前端加裝開嘴大而長(zhǎng)度較短的號(hào)筒,可提高低音重播的效率,見圖四十九,其低頻重播特性與號(hào)筒截止頻率Fo有關(guān)。號(hào)筒的主要作用在轉(zhuǎn)換聲阻抗,使物體的振動(dòng)能量能更有效的傳播空氣中,換句話說,號(hào)筒就像是聲音的變壓器,使能量做最有效的移轉(zhuǎn)。 不過要特別注意這裡所指的號(hào)筒型喇叭仍採(cǎi)用大口徑錐型喇叭設(shè)計(jì),并不同于上期所談到的號(hào)筒式喇叭(那才是真正的Horn,但多是高頻用),請(qǐng)讀者不要混淆。前方負(fù)載型號(hào)筒式喇叭的體積過于龐大,而且音壓甚強(qiáng),故家庭中甚少使用,因此多用于戲院或較大之聽音室及露天演唱會(huì)等,故使人一想到號(hào)筒式喇叭就直覺的認(rèn)定它不適合于Hi-Fi用,而僅能用于PA場(chǎng)所。 由于前端負(fù)載型大多使用短號(hào)筒,故常結(jié)合低音反射式設(shè)計(jì)以輔助低頻重播,首先採(cǎi)用設(shè)計(jì)的是著名的Paul W. Klipsch先生,故由他設(shè)計(jì)出來的號(hào)筒就被稱為Klipschorn,其最理想的放置是牆角;圖五十即是Klipsch號(hào)筒。六、后方負(fù)載號(hào)筒型(Back Loaded Horn) 為了將前方負(fù)載型體積縮小,可以把號(hào)筒做成折曲狀,一方面可增加號(hào)筒的實(shí)效長(zhǎng)度,一方面又可減少音箱的總體積,后方負(fù)載型見圖五十一,它也是號(hào)筒是與低音反射式的組合。后方負(fù)載型的頻率可以比前方負(fù)載型來得低,并且整個(gè)頻率特性較為均勻。后方負(fù)載型(或稱背載式)的效率與低音反射式差不多,但是它的動(dòng)態(tài)范圍比較大。 除上述幾種外,喇叭箱設(shè)計(jì)還有直接/反射式,這是BOSE的專利;另外也有Isobarik式,這是英國(guó)名廠LINN的專利。BOSE的直接/反射式設(shè)計(jì)使得喇叭系統(tǒng)與聆聽環(huán)境完全配合,但擺放的位置一定要經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)才能找到最佳的匹配。Isobarik則是在音箱內(nèi)再加裝一支喇叭,而且振膜朝前,目前採(cǎi)用這種設(shè)計(jì)的喇叭并不多。 英國(guó)IMF的拿手絕活是傳輸線式設(shè)計(jì),它雖然採(cǎi)用小口徑的低音喇叭,但卻能獲得足夠的低頻。傳輸線(Transmission Line)設(shè)計(jì)的音箱甚難制作,故成品售價(jià)甚昂,其低頻音量甚為充沛,最適合低音愛好者使用;但切記勿以聲樂曲試聽,音傳輸線式喇叭的音色有甚多的修飾。 七、喇叭音箱的問題
音箱的材料固然重要,音箱的形狀也會(huì)影響到音色,圖五十二顯示四種外型,最左邊是圓球型,再來是Olsen型,這兩種比較不會(huì)產(chǎn)生繞射聲(Diffracted Wave),它們的頻率響應(yīng)較為平直。右邊是圓柱型和方型,其頻率特性較容易呈波浪狀。目前的喇叭箱多為方型,而且障板的四邊不是平的,故較容易產(chǎn)生繞射。有些喇叭障板的四個(gè)邊是有弧度的,這種不易產(chǎn)生繞射。
喇叭裝箱也不是很簡(jiǎn)單的,光是鎖到音箱上就有幾種方式。圖五十三顯示三種固定型式,最左邊是由正面裝入,為最多採(cǎi)用的方式;不過實(shí)際上正面裝入的障板都有挖邊框,這樣比較不易漏氣。中間是后面裝入型式,英國(guó)HARBETH就採(cǎi)用這種方法;最右邊則是后面裝入突出(Prominent)型,這很少見。前方裝入式較容易在喇叭邊框周圍產(chǎn)生繞射現(xiàn)象,后面裝入式如果障板太薄的話,在中頻部份也會(huì)產(chǎn)生空氣效應(yīng);而后面突出型是三種中最佳的。 音箱材料的選用有幾個(gè)注意要點(diǎn)：(1)是質(zhì)料要硬,硬到不隨音樂聲振動(dòng)。(2)是諧振頻率要高,因Fo高則可減少回音。(3)不能隨溫度、濕度變化而彎曲或收縮。(4)隔離和吸音特性要很好。(5)所有刨、鋸、釘、磨光、膠沾等都要做得很好。而材料還是以木質(zhì)為主,圖五十四所示是四種木材,分別是塑合板(Plywood)、木屑板(Lumber)和真正的木板(Plain)。 塑合板是國(guó)產(chǎn)喇叭的主流,它們有的來自韓國(guó)或紐西蘭,其硬度要比夾板高出甚多(中華商場(chǎng)有許多喇叭箱是以?shī)A板制作)。而單層的真木板則在國(guó)外產(chǎn)品上較為多見,像胡桃木(Walnut)、麻栗木(Teak)等,其質(zhì)地都非常堅(jiān)硬。多年前曾有某些高價(jià)格喇叭採(cǎi)用桃花心木作音箱,桃花心木原產(chǎn)是非洲赤道雨林區(qū),目前受到大氣污染,產(chǎn)量已大為減少。但不論採(cǎi)用哪種木材,其厚度一定要超過1.5公分。 當(dāng)然也有用塑膠制的音箱,筆者在十多年前曾用過一套原裝的Columbia SE-10唱盤,它的喇叭就裝在塑膠箱內(nèi)。也有是用鋁鑄出來的,笙隆公司的小金剛就可以算是較特殊的。吸音材料也有許多種,早期的喇叭箱裡幾乎都是玻璃棉(大部分是黃色),而現(xiàn)在多用海綿、泡棉、布或是耐酸棉。密閉式音箱宜用玻璃棉,低音反射式音箱宜用毛氈類的耐酸棉;而玻璃棉的用量已在逐漸減少中,某些喇叭箱裡還裝有兩種質(zhì)料不同的吸音棉！ 網(wǎng)罩(Grill)也不可等閒視之,它除有裝飾功能外,最主要的還是防止喇叭受損。它的網(wǎng)布也有很多種,但不管是布還是尼龍,都不能影響音色,而網(wǎng)恐也不宜太密。或許將來有一天那些PRO沒得玩了,說不定換個(gè)網(wǎng)罩也能發(fā)現(xiàn)音色大有不同！八、分頻系統(tǒng) 吾人耳朵所能聽到的頻率是20Hz~20KHz,因此揚(yáng)聲器只要能重播20Hz~20KHz就成了。但如果只使用一只喇叭單體的話,則它不但要隨著低頻做大振幅的振動(dòng),也要隨著高頻做快速的振動(dòng),那可真是難為它了。因此為了提高重播音質(zhì),我們常採(cǎi)用分頻系統(tǒng),以兩只以上的喇叭來重播整個(gè)頻段。(a)二音路(2 Way) 二音路是最簡(jiǎn)單的分頻系統(tǒng),它包含高音單體(Tweeter)和低音單體(Woofer)以及二音路的分頻網(wǎng)路;實(shí)際使用上,該低音單體係重播中低頻之頻率。所謂兩音路并非指它只有兩個(gè)喇叭單體,因?yàn)槠涓咭艋虻鸵魡误w有可能採(cǎi)(Series)串聯(lián)或(Parallee)并聯(lián)式;而被動(dòng)輻射式兩音路揚(yáng)聲系統(tǒng)就至少包含三個(gè)單體。圖五十五為喇叭單體并聯(lián)、串聯(lián)及以變壓器交連的情形,喇叭阻抗之并聯(lián)或串聯(lián)與普通電阻并聯(lián)或串聯(lián)完全一樣;而變壓器交連則用于PA的恆壓輸送法。 二音路的喇叭單體,其尺寸大小通常不會(huì)差距甚大,例如高音為1吋軟球型,則低音一定會(huì)在8吋以下,不會(huì)選13吋的大喇叭配用。并且由于它的體積很小,故又稱為書架(Bookshelf)式喇叭。其分音器可簡(jiǎn)單到只用一枚電容器,也可複雜到用13枚元件,圖五十六就是最簡(jiǎn)單的高通濾波器(HPF),所接單體當(dāng)然是高音喇叭。這種濾波特性是-6dB/oct,即每八度音程衰減6dB,這是一階設(shè)計(jì),其頻率=160000/(C×Z),其中C是電容器容量(μf),Z是喇叭阻抗(Ω),Ft是截止頻率(Hz),也就是分頻點(diǎn)(Crossover Frequency)。圖五十七是一階設(shè)計(jì)的低通濾波器(LPF),分頻點(diǎn)Ft=160×Z/L,其中L是電感的值(mH)。只要高通和低通的Ft相同,將兩個(gè)網(wǎng)路串聯(lián)起來就是基本而完整的一階兩音路分頻網(wǎng)路。 不過一階設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單,但由于衰減率不夠,使得在分頻點(diǎn)附近的頻率重疊太多,故一般皆採(cǎi)用二階或三階式設(shè)計(jì)。圖五十八即是二階高通、低通和三階高通、低通的分頻線路,當(dāng)然這都是最基本的。圖五十九是一階和二階的分頻特性,我們可以看出二階的衰減率要比一階來得陡。(b)三音路(3-Way) 三音路設(shè)計(jì)至少包含三只喇叭單體,它將中低頻段分由兩只單體來負(fù)責(zé),因此比二音路多了一只中音喇叭(Squawker)。雖然僅多了一只喇叭,但分頻網(wǎng)路卻複雜甚多,而且制作時(shí)注意要點(diǎn)也甚多,例如中音喇叭是否需要反相等。圖六十為典型的二階式三音路分頻網(wǎng)路,這是日本YAMAHA NS-690 II所用的。(c)多音路(Multi-Way) 四音路以上就可以稱為多音路,一般的四音路多是加一只超高音單體,或者多加一只超低音單體。五音路以上的則可細(xì)分成超高音、高音、中音、中低音、低音,若再加上超低音就是六路分音。但有時(shí)從喇叭正面不易看出,因超低音有時(shí)是裝在背板上。(d)分頻元件 喇叭音箱內(nèi)的分頻網(wǎng)路通常係由三種元件組成：電阻、電容和電感,有于他們所處之地為音源必經(jīng)之處,故不僅數(shù)值要準(zhǔn)確,材質(zhì)也非常重要。以電容器來說,其要求是：(1)一定是無極性的。(2)能承受大電流。(3)損失要小。(4)體積要小。不過要符合上述條件還真不容易,金屬化塑料電容品質(zhì)最佳,特別是PP、PC、PS......等。但塑料電容的容量往往不超過10uF,故如果需要值是100uF,那就得用10枚來併聯(lián)。以西德名廠WIMA的PP電容為例,要併聯(lián)成100uF,至少花費(fèi)NT:5000元,這是國(guó)外喇叭名廠都不愿意做的事。圖六十一是四種電容器,下方是Mylar型,最上方扁扁的是MEF型,都要比電解質(zhì)電容來得優(yōu)秀。 電感俗稱線圈,圖六十二即是各種電感,一般多使用空心線圈(Air Core),其要求是：(1)直流阻抗愈小愈好。(2)電流磁場(chǎng)不能影響到其他元件。(3)不能有諧振。所有分頻元件裡,電感是最難求也是最難控制的。 電阻幾乎用任何材質(zhì)均可,碳膜、金屬膜都可買得到,但衰減高音電平的可變電阻器就非得用線繞型的不可,因線繞型才能容許大功率,而一般碳膜型的就不可用。九：電子分音 剛才所談的音路系統(tǒng),不論是兩音路或是多音路,他們都是使用被動(dòng)式(Passive)分頻網(wǎng)路,元件係由電阻、電感和電容構(gòu)成?，F(xiàn)在要談的電子分音則是使用主動(dòng)式(Active)分頻網(wǎng)路,其元件除電阻電容外(沒有電感),還有IC或者FET、電晶體,因此主動(dòng)式分頻網(wǎng)路是要「吃電」的。圖六十三是三路電子分音連接系統(tǒng),由于是三音路,故需要三部立體功率放大器。 主動(dòng)式濾波電路如果用于兩音路時(shí)就需要一組高通及一組低通濾波器,圖六十四是其基本線路,相信讀者們看了一定會(huì)很眼熟,這在音技已出現(xiàn)過很多次;如果是三路電子分音,則再加上帶通濾波(BPF)。由于電子分音系統(tǒng)是將功率放大器與喇叭直接連在一起,而且每只喇叭單體都僅負(fù)責(zé)某段頻率,故本身特性能發(fā)揮到極致。 但說歸說、做歸做,電子分音系統(tǒng)如果調(diào)校及匹配不當(dāng)則反而會(huì)弄巧成拙;因電子分音極要求電平之匹配及效率之匹配,而且花費(fèi)要付出甚多。3D電子分音是最省錢、最容易裝置的電子分音系統(tǒng),其方塊圖見圖六十五,它的分頻器裡有兩組高通濾波器,但只有一組低通濾波器,故其低音輸出是L+R的合成訊號(hào),因此另加一臺(tái)單聲道的后級(jí)和一支副低音(Subwoofer)喇叭就行了。
特別注意市面上有兩種超低音不是正規(guī)的3D系統(tǒng),一是根本不用副低音后級(jí),一是有后級(jí)(裝在喇叭箱內(nèi))放大器,但也沒有電子分音器;其效果是不改變?cè)行±鹊囊羯?他們的最大特點(diǎn)是省錢。
第四章：揚(yáng)聲器的測(cè)試
我們?cè)谘b完前級(jí)或后級(jí)放大器時(shí),常常會(huì)加上訊號(hào)產(chǎn)生器及示波器作波型觀測(cè),揚(yáng)聲器也是一樣,不過它牽涉的更廣,除了完成品要測(cè)試外,喇叭單體也要測(cè)試,當(dāng)我們拿到一只喇叭單體時(shí),有些參數(shù)(如果沒有原廠資料)是一定要測(cè)的,例如Fo(諧振頻率)。測(cè)Fo可用定電流法、定電壓法,在音技上蒲鴻慶先生、羅哲先生都曾談過(67~70期),或者用儀錶直接量測(cè),頻率由低開始調(diào),一直調(diào)到阻抗為最大時(shí),此頻率即是該喇叭的諧振頻率......。而完成品也有幾項(xiàng)規(guī)格是要測(cè)的,但這非得由專業(yè)人員在專業(yè)場(chǎng)所測(cè)不可。
一、頻率響應(yīng)
要測(cè)揚(yáng)聲器系統(tǒng),首先要有無響室(Anechoic Room),無響室裡裝滿吸音材料,它是不產(chǎn)生迴音的,而且不受外界干擾(汽車按鳴聲、馬路震動(dòng)...)。喇叭系統(tǒng)的頻率響應(yīng)當(dāng)然以20Hz~20KHz為最好,但這是達(dá)不到的,圖六十六是頻率響應(yīng)測(cè)試方塊圖,其中麥克風(fēng)距喇叭軸心位置1公尺遠(yuǎn),然后以分析儀和記錄器繪下響應(yīng)曲線,右圖是YAMAHA NS-1000M的頻率響應(yīng)和阻抗特性表。至于喇叭說明書上常僅標(biāo)示頻率響應(yīng)而不注明以何為標(biāo)準(zhǔn),像JIS標(biāo)準(zhǔn)係以低頻Fo開始計(jì)算,IEC則容許低于Fo 10dB的頻率開始計(jì)算。
二、聲壓水平(SPL)
聲壓水平的強(qiáng)弱代表喇叭效率的高低,聲壓水平的測(cè)試與頻率響應(yīng)測(cè)試差不多,它常是輸入1W而計(jì)算輸出是多少dB,90dB/W/m即表示：麥克風(fēng)距喇叭軸心1公尺,當(dāng)輸入1W時(shí)得到90dB之音壓。SPL的高或低與音質(zhì)無關(guān),效率高的通常略為清朗,但也有刺耳的缺點(diǎn);效率低則略為沉悶。這兩款喇叭如果一是90dB,一是88dB,那不一定前者的效率就高;因?yàn)閺S商的原始標(biāo)準(zhǔn)不見得相同。就筆者所知,目前喇叭效率最低的是國(guó)產(chǎn)品──笙隆的小金剛,它至少需要80W的后級(jí)來推！
三、指向性(Directivity)
圖六十七是揚(yáng)聲系統(tǒng)指向性測(cè)試方塊圖,麥克風(fēng)雖距喇叭軸心仍然是1公尺,角度卻不是平直的,而是以30°、60°、90°等角度來測(cè)其頻率響應(yīng)。低頻的頻率低,故無指向性,而頻率愈高則指向性愈強(qiáng),故有些喇叭在高音單體上加裝擴(kuò)散器。
四、失真(Distortion)
有關(guān)揚(yáng)聲器的失真,不管是諧波失真、相位失真還是暫態(tài)失真,制造廠商是不會(huì)公佈的。圖六十八是諧波失真測(cè)試方塊圖,一般高價(jià)喇叭的諧波失真都在6%左右,最好的也超過2%,故任何喇叭想重播完美的原音是不可能的。喇叭的暫態(tài)特性常用猝發(fā)波(Tone Burst)來測(cè),見圖六十九,由輸出波形一看即知。喇叭的失真實(shí)在是太多了,有AIM失真,有DF失真,有CM失真。國(guó)外某些廠商在數(shù)年前已開始用雷射干涉儀觀察喇叭振膜振動(dòng)情況,那種失真圖形才令人慘不忍睹！
五、聆聽環(huán)境
上述各項(xiàng)規(guī)格都是在無響室中測(cè)試,因此亦有人大加反對(duì),認(rèn)為無響室完全不同于聆聽環(huán)境,故測(cè)試結(jié)果毫無意義。其實(shí)聆聽環(huán)境佔(zhàn)有極重要的地位,如果在小房間裡放一對(duì)24'的四音路大喇叭,那麼再好的喇叭都會(huì)被打折扣。聆聽環(huán)境第一要求是殘響時(shí)間(Reverberation Time)要短,最好在0.3~0.4秒內(nèi);第二要求是不能有駐波(Standing Wave)。
(a)殘響時(shí)間
所謂殘響時(shí)間是指當(dāng)某個(gè)頻率發(fā)生并立刻停止后,其頻率之電平衰減到原電平-60dB所需的時(shí)間,圖七十即是殘響時(shí)間的解釋。大房間的殘響時(shí)間比小房間來得長(zhǎng),如果是音樂廳則可能長(zhǎng)達(dá)2秒。殘響時(shí)間與房間的房頂、牆壁、地板都有關(guān)係,因此在房間四周應(yīng)加上吸音材料。所謂吸音材料并非純指玻璃棉,只要是厚布幔、大沙發(fā)、地毯,都有吸音的效果,但千萬不可吸音太重。吸音效果是吸收高頻的諧波,如果房間裡一點(diǎn)布幔、地毯都沒有,而且地板又是大理石或磁磚,則高頻一定要略作衰減才行。
(b)駐波
大部分的聽音環(huán)境,天花板和地板是平行的,而各種公寓的大小房間,若不是正方形就是長(zhǎng)方形,如果房間有一邊的尺寸恰好是某個(gè)頻率波長(zhǎng)的一半,那就容易產(chǎn)生駐波。設(shè)于40Hz,由于其波長(zhǎng)為8.5公尺,而房間某邊長(zhǎng)恰是4.25公尺時(shí),房間內(nèi)的空氣就會(huì)在40Hz產(chǎn)生共振。因此房間各邊長(zhǎng)的比例非常重要,千萬不要一邊長(zhǎng)度恰是另一邊長(zhǎng)度的整倍數(shù),當(dāng)駐波發(fā)生時(shí),不知情的人常會(huì)責(zé)怪喇叭的品質(zhì)不好,其實(shí)有時(shí)只要改變書櫥或沙發(fā)的位置就能消除駐波。房間內(nèi)長(zhǎng)、寬、高之比,有下列幾種選擇：(1)是2:3:5,這是由交混迴響之父W.C. Sabine所提出的;(2)是1:1.6:2.5;(3)是(√5-1):2:(√5+1)的黃金比例;(4)是3:5:8的歐洲律;(5)是1:2:3的和音律。
第五章 揚(yáng)聲系統(tǒng)的規(guī)格
在一份標(biāo)準(zhǔn)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)說明書上,它至少應(yīng)包括有下列重要規(guī)格：
(a)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式
它不但要說明是幾路分音,也要注明是密閉式還是低音反射式;更有些會(huì)加上是落地型抑或書架型。所謂書架型并不表示一定要放在書架上,而所謂落地型也并不絕對(duì)表示可以直接放在地板上;負(fù)責(zé)任廠商都會(huì)加注此喇叭系統(tǒng)之低音單體應(yīng)距地板40或60公分等。像Celestion的622,在說明書上就明白表示622應(yīng)距地板及背板40公分,否則低頻會(huì)模糊不清。放置喇叭時(shí)高音部份不宜過高,距離聽者耳朵水平軸應(yīng)不超過20公分,否則因高頻指向性關(guān)係,會(huì)讓聽者覺得高頻響應(yīng)不夠。某些喇叭的排列是低音單體在上而高音單體在下,這種喇叭不適宜家庭用,除非你把它倒裝在天花板上。
(b)頻率響應(yīng)
由0Hz~100KHz,當(dāng)然是愈寬愈好,但這是不可能的,廠商的標(biāo)示只能做參考,不可盡信。而有些說明書上或喇叭箱上還有該喇叭的頻率響應(yīng)曲線圖,其可信度不超過60%！美國(guó)名廠JBL是不標(biāo)明頻率響應(yīng)這項(xiàng)規(guī)格的,愈是高價(jià)品愈是保留得多。
(c)系統(tǒng)標(biāo)式阻抗
這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)榕c喇叭效率及和功率放大器之匹配有關(guān)。此項(xiàng)規(guī)格一般都有兩個(gè)數(shù)字,好比最高8Ω、最低6Ω。此毆姆數(shù)是測(cè)出來的,它不是代表直流阻抗,故以三用表量取8Ω的喇叭,所得數(shù)字往往是7Ω。另外在與功率放大器匹配時(shí)要注意,如果喇叭是4Ω,那就更要小心功率放大器是不是直流放大設(shè)計(jì)。雖然降低喇叭阻抗可使輸出功率增加,但輸出電流也提高一倍,晶體是否有承受能力,電壓變壓器是否有供應(yīng)能力等,都要先考慮。喇叭系統(tǒng)的串聯(lián)與併聯(lián)完全同一般電阻,但當(dāng)你要串聯(lián)或并聯(lián)兩對(duì)喇叭時(shí),還得注意效率是否匹配。
(d)分頻點(diǎn)
如果使用全音域單體那就沒有分頻點(diǎn),兩音路的分頻點(diǎn)常在2K~4KHz間,也有低到1.3KHz;分頻點(diǎn)愈低表示高音單體要多負(fù)責(zé)中頻重播,分頻點(diǎn)高則表示由低音單體來負(fù)責(zé)中頻重播。三音路系統(tǒng)就有兩個(gè)分頻,低頻約在800Hz以下,高頻則在5KHz以上。由于分頻點(diǎn)與喇叭特性有關(guān),故從數(shù)字上是看不出優(yōu)劣的。如果分頻點(diǎn)與喇叭匹配不當(dāng)(國(guó)外廠商也會(huì)設(shè)計(jì)不當(dāng)),其高音單體在重播任何音樂時(shí)都只有「嘶──」聲,好像沒有作用一樣,英國(guó)喇叭常有這種現(xiàn)象。
(e)分頻網(wǎng)路
它不可能會(huì)將線路及元件數(shù)值公佈出來,但一定吹噓自己的元件都是最好的,電腦級(jí)的無極性電解電容、大功率無電感電阻等。
(f)效率
或者是SPL,正如前文說過,此數(shù)值亦不可盡信,并且與音質(zhì)無關(guān)。有些喇叭標(biāo)明是90dB/2.1W/m,其效率就要比90dB/W/m低甚多,不可不察。
(g)承受功率
此規(guī)格常會(huì)使消費(fèi)者感到疑惑,事實(shí)上廠商的標(biāo)示也含含混混。如果某喇叭的最大承受功率是100Wrms,那麼用250Wrms的大功率后級(jí)來推是一點(diǎn)問題也沒有。有些廠商是標(biāo)示「建議擴(kuò)大機(jī)輸出功率」,但不論如何,后級(jí)之輸出功率要比喇叭承受功率大些才好。
(h)驅(qū)動(dòng)單體
低音單體常是8吋、10吋或12吋,也有以20公分、25公分、30公分來標(biāo),也有少數(shù)廠商會(huì)加注磁通量,但較不常見。
第六章：耳機(jī)
把喇叭縮小到能塞入耳朵裡就可當(dāng)成耳機(jī)來用,耳機(jī)有幾個(gè)特色：(1)是僅需小功率即可推動(dòng),而且低頻的失真較低。(2)是因振膜面積小,故質(zhì)量輕,暫態(tài)特性佳。(3)是耳機(jī)不影響別人,也不受別人影響。(4)它可以從前級(jí)放大器接出。(5)攜帶方便。當(dāng)然他也有一些條件,如重量要輕、左右聲道感度要一致、耳墊要柔軟等。
人耳的響應(yīng)是不規(guī)則的,由圖七十一可看出對(duì)低頻不甚敏感,而目前的耳機(jī)差不多都是動(dòng)圈式,品質(zhì)也愈來愈高,其振膜以多元脂膜制成,圖七十二是我們最常見的型式,耳墊(Ear Pad)不但要軟,戴久也不能累;有些耳機(jī)還開有小孔,免得戴久會(huì)熱。
圖七十三所示是全音域動(dòng)圈式耳機(jī)結(jié)構(gòu)圖,在振膜上印有導(dǎo)電線圈,也有兩音路設(shè)計(jì)。日本STAX曾推出Ear-Speaker,就是把兩個(gè)迷你喇叭掛在耳朵上聽。靜電式喇叭是另一種型式,它還要配合電源供應(yīng),而且價(jià)格也不便宜。放大器要接耳機(jī)時(shí)宜注意阻抗匹配,一般放大器接動(dòng)圈式耳機(jī)皆可使用,靜電式耳機(jī)就要經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)換。 音頻應(yīng)用二手交易QQ群:628548312
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