四、系統設計
在進行系統設計之前,還要導出一些低音揚聲器單體的有關數據,我們才可以進行木箱容積的計算,在本刊的早期,羅哲也數度介紹過此方面的設計方法,在此重複介紹,雖然所使用的公式不一樣,然而基本原理則一。前面已經提到過,低音單體的等價容積(EQUIVALENT VOLVME)是5.1公升,這不是測得的,而是推算的,其導出方法如下:
已知:最低共振頻率fo=55Hz
等價值量 M=7.88g
可以推算出振動系統的STIFFNESS為
S=(2πfo)²M
=(2π×55)²×7.88×10ˉ³
=0.94×10³ N/M
又已知:錐膜的有效半徑為4.3cm,STIFFNESS為0.94×10³ N/M,求其等價容積。就是指其STIFFNESS與多大容積的空氣的STIFFNESS相當,可以按下式計算:
有了等價容積之後就可以用以計算木箱容積。木箱容積將會影響到系統完成後之最低共振頻率fo',和共振尖銳度Qo'。系統設計的目標是,供鎮頻率fo'在70Hz左右,不超過80Hz。共振尖銳度Qo'在0.5左右,不超過0.7。預定使用的木箱內容積為27.3cm×17.5cm×13.2cm≒6.3公升。高音揚聲器在木箱內佔去0.135公升的容積,低音揚聲器則佔去0.14公升的容積,還剩下6.03公升的內容積。則系統完成後的fo',與Qo'可以下式計算:
所得數值符合預期目標,著手裝配之後實測的結果為fo'=76Hz,Qo'=0.52與計算結果相去不遠,堪稱正確。
木箱容積確定之後,所剩下來的工作就是分音器的線路了,以羅哲的經驗,純用公式計算得來的分音器,是很不可靠的,最好是在計算得到數值之後,再經無響室內,以掃描信號產生器,測試其頻率響應,如有不妥之處,還需加以修正。修正的重點是不要讓頻率響應曲線有嚴重的峯谷出現,尤其是在分頻點附近。除了像這樣讓頻率響應曲線,儘量平滑化之外,高低音揚聲器的效率,也需要加以均衡化,必要時可以加上衰減電路。這些處理方法,口說容易,做起來可就困難重重,因為這不是憑計算可以得到結果的,只能以實驗得之,除了以儀器測試之外,尚須進行LISTENING TEST,有時,看起來似乎是大致平坦的頻率響應曲線,聽起來並不那麼一回事。例如,在整個曲線,除了小部分有峯谷之外,大部分曲線都很平坦,在LISTENING TEST時會有含混之感,以羅哲的經驗,這仍是兩支揚聲器之間的INTERFACE欠佳的緣故。大致上可以得到下述結論,頻率響應曲線有峯比有谷,在聽感上更有妨碍。如果有峯也有谷的現象不可避免的話,應該調整分音器的數值,使得峯谷不會顯得太突出,才不會使音質變得混濁。如果有谷,而且是很尖銳的谷的話,這多半是兩支揚聲器所發出的聲波相位相反而相抵消造成的,這時也多半連帶的會產生失真的波形。這種情況,在EVEN-ORDER的濾波器型式的分音器,也就是說-12dB/oct,和-24dB/oct方式的分音器,特別容易出現。
因此本系統採用-18B/oct方式的分音器電路,其結構如Fig. 4A所示,其分頻結果在實際接上揚聲器時測得如Fig. 4B所示,其分頻點大致是在3KHz左右。這是經過測試──試聽,測試──試聽......重覆又重覆而最終決定下來的分音器電路。使得系統完成後的頻率響應曲線如前期Fig. 1所示。羅哲參考過不少書籍,有些專家們主張頻率響應曲線,應該要儘可能「平坦」,如有峯谷出現,只要峯谷的寬度不超過1/10 oct的話,在聽覺上不致造成妨碍。但是羅哲自己實驗試聽的結論是──儘可能「平滑」,但是峯谷不要太突出,即使是寬度不超過1/10 oct也是會有妨碍。因為平坦之中帶上一些異軍突起,更能強調這些峯谷的存在。絕對平坦的曲線,本來會顯得缺乏個性,尖銳的峯谷卻增加了尖刺生硬的聲音,反倒不妙。
因此羅哲的結論是──頻率響應曲線要求平「滑」而不帶尖銳的峯谷,而不是平「坦」但是間或有少數尖銳的峯谷。換言之,如Fig. 5A與B兩種頻率響應曲線,A固然在大多數部分很平坦,但是峯谷太突出,故不佳。B曲線雖然略有起伏,但是起伏不尖銳,顯得比較平滑,故較佳,這種樣子的曲線,在聽覺上,會帶有少許的個性,但是有少許的個性,但是並不刺耳。事實上,大多數的廠製品,如果測試的結果是如A曲線的話,多半會在曲線圖上加以「整容」,把那些寬度不超過1/10 oct的峯谷部分視為不曾出現,而發表出來給消費者。羅哲就屢次發現某些日製的揚聲系統,廠方所公佈的頻率響應曲線,與一些業餘的MANIA自行測得的大異其趣。但這也不是說廠方有意欺騙消費大眾,而是根據最多的試聽,峯谷不超過1/10 oct寬度時,一般程度的音響聽者,並不會覺察到它們的存在,因此,業者間,甚至測試規範也宣稱這些峯谷為可忽略的。可是對於比較苛求的音響聽者,這些峯谷就難逃「法耳」了。原因是這些苛求的聽者,是使用了各種不同音樂節目來比較,長時間的試聽,某些揚聲系統的峯谷,在某一首曲子的播放時,可能不會出現,可是換了別的曲子可能就無所遁形。也就是這樣才會有某些揚聲器適合播放搖滾樂,卻不適合古典樂的說法的出現。此次,羅哲所製作的系統,在分音器的設計上,就是費盡了苦心,來避免尖銳的峯谷的出現,除了在自己場內測試之外,還數次送到新竹工業技術研究院的電子工業研究所無響室去測試,並且將測試的結果提供給讀者們參考,有電檢報告專用章在曲線圖上,足資證明此曲線未經手術「整容」過。
對於這個系統,分音器的部份,確實是下過了功夫才完成的,早先是以12/oct來設計的也得到過相當平坦的響應曲線,可是在聽覺上總覺得不對勁。原因是如想獲得平坦的曲線,高低音揚聲器之間的相位接法必須反相,因有造成整個音頻範圍內相位偏差太大,某些苛求的聽者確實能感覺出來,凱昕公司(SCAN在台的代理商)的郭先生,對其SCAN的揚聲器,就屢次和羅哲討論此事。可是如果把高低音揚聲器採用同相接法,相位的偏差可以減少,但是在分頻點附近,卻產生了一個尖銳的深谷,在理論上這種情況有數學公式可以證明確實如此,實際裝配時果然出現此一情況,因此12dB/oct方式的分音器被認為是很不恰當的分音器結構,而改開18dB/oct方式,而18dB/oct方式在設計上要比12dB/oct 方式要複雜得太多了。這裡所謂的設計,不單指套公式的簡單計算,而是包括為了取得更好的特性,所必需在數值上有所更改的修正工作。
系統完成了,本來只是想擺在家裡沾沾自喜而已,但是總免不了要炫耀於親朋好友之間,於是乎,助手夏君、凱昕公司郭先生、同事呂君,都來試聽,你一言我一語的,把羅哲直捧得上了天,一致認為很值得生產成品推上市場以證明羅哲不是「述而不作」的那類人物。羅哲考慮再三,於是又搬到舅父家──就是羅哲曾經在本刊提過,曾經使用TANNOY而覺得與他的房間不匹配而脫手的那位──用他的真空管前級和DYNACO後級試聽。然後又搬到表弟蘇君──就是把ROGERS借給羅哲試聽的那位──用他的器材和ROGERS作一比較。兩位玩家皆認為夠水準了,但是羅哲還是堅持還要一位鑑賞者的認可才算數,這個 人必須是玩樂器的,於是又找到內弟媳,文化學院音樂系研究所畢業,以教授鋼琴為業。終於也過關了,於是決定生產上市。
或許,談了太多與技術無關的事情,但是羅哲認為,一套音響必須如此地經過許多人的試聽──也就是所謂的PANEL TEST,才算是完整的開發過程。技術者認為滿意還不夠,玩家滿意也不夠,連演奏家都滿意才算數。這一對系統,羅哲認為對於任何類型的音樂節目都足以勝任,而不會偏好某一種音樂。如果不和大型揚聲器比較的話,也不會覺得低音不足,但是像鑑聽者之一的舅舅用慣了TANNOY大型系統的人,卻認為對某些編制較大的樂曲應該要有超低音的系統來配合才算完整,單是對於小編制的室內樂演奏,則可以完全發揮。表弟蘇君也是喜歡大型之輩則認為,此種音色水準,非一般入門者所能負擔得起,而是已有很好的器材的人的第二對系統,用以在夜闌人靜時聆聽之用。總之,兩位玩家都是「小」看了這一對系統,羅哲則認為就因為其小,所以才彌足珍貴,因為除了超低音部分的缺憾外,沒有什麼值得苛責的,羅哲不贊成他們那些玩家們動輒花數萬乃至十數萬來換器材。入門者可以採用逐步添置的方式來改善自己的音響設備,但是一開始就應有好的品質的器材。例如,你可以花萬元以下購置一套MINI-SYSTEM,在這期間仍然可享受到夠水準的音響效果,只是低音略有缺憾。然後經濟情況許可時再追加超低音系統,如此總比以同樣萬元以下勉強購置一套將來會後悔的系統划算。何況本刊的讀者必定是至少能自己動手做點東西的,羅哲承諾將陸續介紹,配合超低音用的電子分音器、還有超低音系統,都是可以自己動手製作的。總之ZX-MS408是羅哲的一個起點讀者們如果有興趣仿製陸續刊出的製作的話,你就可以擁有與羅哲同樣的音響系統。
電子分音與超低音系統,其雛形如今已完成,十月份電子展覽將可和讀者們見面,展覽以外的時間可以到凱昕公司(台北市中山北路一段53巷24號)試聽。建議到凱昕試聽為佳,大展會場可能太吵。
轉載音響技術第70期OCT. 1981 我的揚聲器系統──Zylux408──迷你型系統(二)/羅 哲
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