數年前美國專利局批准了一項專利權,是一種特殊喇叭箱的專利,該喇叭之所以獲得專利,乃是由於它的內部有一種特殊的反射裝置。這個發明是利用這特殊的反射裝置,使聲音在喇叭箱內部來回地跑,使得在狹小的箱子裡,喇叭能重現較長波長的低音。從這個專利申請被批准的事實上看來,這發明者一定了解這是大家所期望得到的效果,他才會去研究發明它。但是,不幸得很,它並不意味著這種發明的工作需要某一組新的自然的法則來支持這工作。
實驗家們曾經組合了許許多多極富想像力並且有趣的喇叭箱,在Hi-Fi及立體音響欣賞會中使用,它們之中有許多均能被一般人所接受,而且還被大量製造在市場中出售。但是市面上的產品對於它本身的優點卻往往沒有證明。各位想想看,假若在一個很薄而又沒有加任何襯墊物的喇叭箱內裝上一只便宜的喇叭,那麼,它所表現的效果將會如何呢？大家只要憑想像就可以知道,它的聲音將是很「破」才對。事實上,它也正如各位所想像的一樣,實在是奇「破」無比。有些人在喇叭箱上挖一些像小提琴上那樣的孔,用來使低音反射,以便獲得更多的低音。另外,更有些商人乾脆在喇叭箱的後面開一個可以自由開關的小門(當然門的尺寸是有講究的),以應付那些在想到底是買全封閉式的好呢？還是買有開孔的好呢？而猶豫不決的顧客。因為這種喇叭箱的好處就是當你認為全封閉式的較好時,你就可以將門關上,這樣就變成全封閉式的喇叭箱;而當你認為開孔式的較好時,只要將這小門打開,便可以達到所要求的效果。
一些比較奇特的喇叭系統的效果的確不錯,但是它們往往並沒有按照它們的設計者原先所預期的情況來工作。有些新手們則往往誤解喇叭箱的理論。他們在設計時往往忽略了一些較不明顯且意料不到的障礙,因此製造出來的喇叭箱通常都不太理想。
他們也往往受到一些老喇叭箱的謬論的影響,一味的步著人家的後塵,而導致不良的結果。有許多喇叭系統都是由於這種觀念上的偏差,而不能獲得良好的音響效果。甚至有些鼎鼎大名的喇叭製造廠,有時在廣告中也助長了這些錯誤的觀念,這實在是要不得的事情。例如一個目前流行的桌上型收音機,聲稱它的木質外殼,使得「它的聲音聽起來彷彿和那種以前的大座架的機型的聲音一樣的柔美」。現在我們姑且不管他說聲音是如何的美,從他的這一段敘述,可以使得人們相信那些很久以來就存在的謬論──木質喇叭箱有很好的音調。這種廣告不是在助長著這謬論嗎？而這謬論追溯起來比電氣喇叭的歷史還長出許多,大概有300多年的歷史,由於它的歷史比較悠久,因此下面我們首先來討論它,接著再討論另外的九個謬論。
１。木質喇叭箱有很好的音調
這個古老的觀念,起源於十七世紀,那時正是小提琴製造業的巔峰時期,而這個觀念即為小提琴製造業的遺物。在那個時候所使用的木料均相當的考究。像有名的小提琴製造家Amatic和Stradivari(義大利人1644~1737),他們均選用特定的木料來製作小提琴,而得到極高的評價。但是喇叭畢竟和小提琴不同,它不是一種樂器,它只是被用來將電能轉換成人耳所能聽到的聲音的一種能量轉換的工具。在這轉換的過程中並沒有原始的信號產生,換句話說,喇叭並不是和小提琴一樣拿來產生原始的信號,而只是擔任換能的角色而已。
其實木料只不過是許多適合作喇叭箱的材料中的一種而已。因為目前通用的喇叭箱絕大多數均用木料做成,所以我們對它的印象比較深刻,從而產生錯誤的觀念,以為非用木料做不可,只有用木料做才能有好的音調。其實其他許多材料,只要是密度較大、質地較硬的均可拿來做喇叭箱。諸如：磚、混凝土等都是很好的材料。為什麼說它們是很好的材料呢？因為它們硬度大、又不容易振動,也不會產生不實的音調(木質喇叭箱則會因振動而產生不實的音調)。因此任何材料只要它不透過聲音(即所謂聽覺上的不透明),有足夠的硬度,能有效地制止本身的振動,那麼它就可以用來做喇叭箱了。
２。喇叭箱的板子必須要有低的共振頻率
這個似是而非的理論,應該可以算做是較高水準的謬論。因為一般的人,除非他對喇叭系統較有概念,否則均把這個理論當作是理所當然的。大家都知道每一塊板子(這裡所指的板子不只限於木板)和喇叭都有他們自己的共振頻率。好的喇叭都是具有低的共振頻率,差的喇叭的共振頻率才較高。
而喇叭箱的板子所要求的共振頻率則恰好相反,我們希望它能有較高的共振頻率。因為箱子的作用畢竟和喇叭不同,我們希望箱子的板子最好完全不產生聲音。要達到這個目的,我們就必須在板子的材料上下功夫,儘可能使用質地較硬的材料,這樣一來,一方面使得板子的任何振動的振幅均減小,降低了它的聲音水平,另一方面又使得它的共振頻率提高了。經過這樣改善以後,還產生出來的中音頻率和稍高的低頻,我們可以在箱子裡鋪些吸音的阻尼材料(如玻璃纖維等),將它吸收。這樣的喇叭箱的共振頻率就大大地提高了。
３。箱子內部支持板子的條子,要橫跨板面較短的部份
通常大家都認為用來加強箱子的條子最好是像圖一(A)所繪的那樣,橫跨在較短的尺寸的部份,以為那樣比像圖一(B)所繪橫跨在長的尺寸部份會使得箱子能夠更加結實些,因為他們認為短的木條總比長的木條要結實。但是他們卻沒有考慮到,我們的目的是要獲得結實的箱子,並不是要結實的木條。
另外有一個理論認為,木條子最好是跨越板子的兩個對角。至於這樣用跨越對角的木條會有什麼好處呢？他們認為這樣只要用一根木條就可以抵抗縱橫兩方向的力。
大約十五年前,有位叫Peter Tappan做了一些有關這方面的實驗,他用各種不同的方法來加上支持的條子,企圖了解它們產生的影響究竟如何。結果有一個重大的發現。當使用基本共振頻率為60赫的板子作實驗時,若加上橫向跨越的條子如圖一(A)時,共振頻率便升到100赫,若加上跨越板子兩個對角的條子時,共振頻率又升到115赫,若將條子跨越再教長尺寸的部份時(如圖一B),共振頻率就提高到160赫。因此他得到一個結論：條子跨越在長的尺寸部分時的效果最好。這是為什麼呢？因為這樣使得板子被劃分為最窄了,使得共振頻率提高了。更理想的辦法是這條子不要擺在板子的正中央,最好是向左或向又稍微偏一點,這使得板子被劃分為不同大小的兩部份,以免它們之間的共振頻率相同,而引起共振。還要注意的是兩片相對的同樣大小的板子不要讓它們的支條情況完全一致,這樣更能避免它們之間的共振。如果能照這樣去做的話,整個箱子的支條情況就更完善了。
４。所有的喇叭箱的板子都要六分(3/4")厚
這是很久以前留下來的規矩。因為在以前大部分的喇叭箱都流行落地式時,用夾板來做箱子是既方便又好。但是目前的喇叭箱非但有許多大大小小不同的尺寸、形形色色的樣式,而且更使用一些不常見的材料來做箱子。因此在箱子的厚度方面,就應該依照箱子的大小、樣式及材料來決定,並且要符合各種箱子的要求。
厚的夾板很適合用來做大的板子,譬如像喇叭箱背面的板子最少都要用六分的板子,但是如果小型的喇叭也用六分的夾板的話就未免太浪費了一點。
並於其他用來做喇叭箱的材料,要決定箱子適當的厚度時,重量是一個重要的因素,但是也有例外的情形。例如我們考慮要用薄鋼板來做喇叭箱時,雖然它有令人滿意的硬度,但是聲音仍然很差,因為它的阻尼較差的緣故。假如你懷疑板子的阻尼的問題時,有一個很簡單的測試方法,只要用指頭去敲板子並且注意聽就行了。你要的是聽起來不太響亮而沉沉的聲音,而不是像空心的那樣咚咚的聲音。
５。阻尼材料用來吸收低頻隆隆的聲音效果很好,但是太多時連高頻也會連帶地被吸收去
不同的阻尼材料,像玻璃纖維、達克龍絮或其他的絨毛物質,被拿來吸收我們所不需要的聲音,以增進音響效果。這些有吸收性的東西對於中頻帶最有效,我們千萬不可低估了它的這個能力。箱子內反射的中頻和喇叭的紙盆作用後,產生雜亂的頻率響應。適當地使用這些阻尼材料能夠大大地減少這些雜音。
我們填塞這些阻尼材料在喇叭箱內目的只是稍稍地拿來做控制低頻隆隆聲用,(比用來減少喇叭的電氣性的阻尼的目的要少得多)。但是它會影響到低頻範圍。這些填塞物,由於吸熱放熱的作用,使得聲音在箱子內傳播的情況從隔熱的變成等溫的。這使得聲音傳播的速度減慢,並使波長變短。這結果就好像使箱子大了一點似的。由於增加聽覺上的阻抗,一個填塞了阻尼材料的箱子將使喇叭的效率減低。
這第五個謬論的第二個部份說箱子內的阻尼材料將壓制高頻。這種說法是一般人常有的錯誤的判斷。箱子內充填的阻尼材料,往往被拿得乾乾淨淨地。一些粗心的聽者,往往會將中頻尖峰的減低誤聽為高頻的損失。
６。喇叭箱的外型不影響聲音
絕大多數的喇叭箱會碰到的問題是有關於它們的外形。喇叭箱的平行相對的兩塊板子之間會起反射,但這個問題並不算大,很容易就可以解決。在它的外表上,尖銳的角和箱子前稜的突出部份,會使得聲波到達那些地方時會產生繞射的效果。這些繞射的波重疊以後,產生一些破壞性的干涉,和不均勻的頻率響應。理想的情形是喇叭箱的前面將它做成像球體一樣地向外彎曲。有一種折衷的辦法是將喇叭箱的尖銳的角改成比較鈍一點,甚至將它弄圓,或者將它改為較平些,這樣就可以減少上面所述的不良效果。
７。一個喇叭要擺在喇叭板的正中央
如果將一個喇叭擺在喇叭板的正中央,看起來似乎是對的。但是若是這樣擺的話,聽起來效果將會很差,因為喇叭距各邊等距離的話使的箱子裡很容易產生駐波。而且也會使得在第六謬論中所討論的繞射問題更加惡化。
８。要保證在同相的情況下操作時,只要高音和低音喇叭線的極性弄對,並且高低音喇叭裝在同一塊板子上就可以
大部分的音響玩家,無論在玩立體的或是四聲道的唱機時,都知道要將喇叭的相位弄對。當你將低音喇叭和高音喇叭拉線到一個交越網路時,也會仔細觀察一下,看看極性是否弄對了。雖然這些都注意到了,但是往往還會有些地方被疏忽掉了。這裡就有一些其他更微妙的地方使得產生相位失真。其中有一個就是因為從許多音源到達耳朵的路程不一樣遠,而造成了失真。
將幾個喇叭共同擺在一片喇叭板,那麼它們所發出的聲音到我們的耳朵至少會有兩個不等長的路徑。因為低音喇叭的紙盆通常要比高音喇叭的紙盆來得深一點,所以低音喇叭紙盆的圓錐體的最尖端部份,要比較淺的高音喇叭後幾吋的樣子。如圖二中之「Y」。另外有兩個紙盆間還有橫方向之距離,如圖二中之「X」。 由這X、Y兩個距離,使得當用這兩個喇叭來重現任何原音時產生了相位的偏移。當這兩條路徑的長度之差等於二分之一的波長時,相位角相差180°,使得聲波相互抵銷。對於高音和低音喇叭這個相位問題擴及它們的響應所重疊的頻帶的問題。通常這種重疊在交越頻率的兩邊,每邊大約各半個八度音程。
假使把一個設計得很好的喇叭擺在它的邊邊,也會產生相位失真。假使那種擺法使得具有重疊頻帶的高低音喇叭有水平距離的話,除非剛好聽者的位置站在兩條路徑長度相等的地方,否則就會造成相位的失真。
９。適當地設計一個小的喇叭箱,可以得到好的效率和全低音域
這種觀念簡直是一種夢想。嬌小的喇叭可以重現低音,但是要使一個低音喇叭有一個極低共振,(在一個小喇叭箱裏必須如此),工程人員就必須努力去增加紙盆的順性和質量。牛頓第二運動定律告訴我們,值量增加以後,就需要更多的能量來加速它,所以全音域的懸掛式的喇叭的效率低。
那麼能不能製造一個小喇叭箱,使用順性足夠,而又輕的紙盆來做喇叭,使得效率很好又能達到全低音域呢？這是辦不到的。這怎麼說呢？首先,在極高的順性上就有實際的問題產生。例如,一個鬆垮垮的紙盆在搬運時就很難保護,搬來搬去說不定就破了。況且還有理論上的限制存在。一個喇叭的基本的共振頻率與它的順性的平方根成反比,因此單單從增加順性下手,企圖去減低喇叭的共振頻率(假設共振頻率從60赫減到30赫)的話,那麼這順性就要增加到四倍之多。
假如要使這個喇叭的共振頻率變成15赫的話,那麼它的順性就要變為原來的16倍之多。但是這樣的喇叭,即使能夠生產出來,也不是一個小喇叭箱所能容納得下的。
現在我們拿電路來和喇叭在箱子裡的情況來做比擬(像圖三所示),這樣各位或許比較容易明瞭。圖中的Cmb代表箱子中空氣的順性,Cms代表紙盆的順性,R表示空氣負荷和支持物的阻抗,M代表紙盆、音圈和空氣負荷的質量。在圖中我們看出來,喇叭箱內的空氣的順性是和紙盆的順性串聯,當兩個電容性的物體串聯時,不論較大的電容(或順性)是如何地大,較小的電容Cmb就限制了整個的電容(或順性)。意即無論紙盆的順性如何地增大,所得到的效果卻被空氣的順性限制住了。
現在所討論的這個例子是假設在封閉式的箱子的喇叭系統。至於反射式的喇叭系統其理論上的效率要比封閉式的箱子多出3分貝。但是它在較令人滿意的反射情況時,所需最小的箱子體積要比封閉式的箱子大很多。
因此喇叭的設計者,便面臨了;在效率、低頻響應以及空間這些因素間互相衝突的問題。他能製造一個小喇叭能有高的效率和有限的低頻。或者是製造一個能有低效率和全低音域響應的喇叭。卻沒有辦法製造出一個小喇叭,使它能有高的效率又有全低音域的響應。
１０。低音反射式喇叭箱通常會「蹦」,這是它們被叫做「會蹦的箱子」的原因
這裡所謂的「蹦」 是指隆隆的聲音。這個謬論是由反射式/封閉式──喇叭箱的爭論而引起的。有人說「我喜歡低音」,這意思是說任意種類的低音他都喜歡。喜歡封閉式的喇叭者則說「反射式的喇叭產生一個音調的低音」。
你若認為反射式的喇叭系統,無可避免地將比封閉式的系統產生更多的隆隆聲,那就錯了。為什麼錯呢？因為任一種的動態低音喇叭,特別是Q值比較高的均會產生隆隆的聲音;便宜的喇叭磁鐵較小,比那種高級喇叭在音圈的隙縫處有足夠的磁場強度的喇叭的Q值要來得高。設計良好的反射式喇叭箱產生的這些令人討厭的隆隆聲就要比其他型式的來得少。
假若你有一個反射式的喇叭系統,隆隆聲太厲害了,那麼可能是你的箱子比最佳狀況大得太多或小得太多了。無論是太大或太小這問題都容易解決。只要把開的孔蓋起來就行了。如果蓋起來以後,隆隆聲仍然存在,你的問題就比混了音調的低音的反射式喇叭箱來得基本些。
結論：
喇叭系統或許比其他任何音響零件存在著更多的謬論,這都是由於對它的認識不清所致。當你想去測試或分析一個喇叭的性能時,你或許會覺得很困難,事實上這並不足為怪。因為有許多觀念沒有弄通,甚或搞錯了。以上所述的十大謬論只是其中的一部分而已,提供給各位參考,希望能對你又所助益。
轉載音響技術第16期APR. 1977 有關喇叭箱的十大繆論/弘發
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