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  這個副低音揚聲系統,是利用「對稱空氣摩擦音箱」(Symmeterical Air Friction Enclosure,簡稱SAFE)的原理,從一個相當小的音箱(容積不足六立呎方),由一個8或10吋的喇叭,來獲得延伸的低頻響應。它不需要諸如被動輻射器一類的特殊裝置,只需採用一個設計精密的音箱,便可增加喇叭的有效口徑。

SAFE的原理

  SAFE的原理是從迷宮式揚聲器發展出來的。迷宮式揚聲器,細1930年代間由Benjamin Olney發明的,是把一個長的筒子(音筒)放在喇叭的後面,喇叭背面所產生的低頻,便經由這個長筒發出。這個音筒的長度,也提供了「反射作用」(eflex action),使從音筒發出的「背波」(由喇叭背面產生的音波),能和由喇叭正面發出的音波(正波)同相。這樣便可以在一特定的頻率範圍內,提升整個揚聲系統的低頻輸出。音筒的有效長度愈長,能夠被提升的頻率就愈低。

  所以使用「有效長度」這個名詞,主要是因為在受喇叭推動而移動的空氣和音筒內部表面之間,存在著摩擦力。這個摩擦力會使得背波之速度減緩,而讓通過音筒的時間比通過沒有摩擦力的音筒來得長。因為音波在音筒內部傳遞所需的時間比在外界一般傳遞所需的時間來得長,便使得音波看起來比實際上走了還要長的路程。

  有兩種常用的方法,可以增加音筒的有效長度。一種就是在音箱內部襯上諸如玻璃纖維一類的墊料,或者用此類墊料塞滿音箱裡面。

  另外一種,也就是許多設計所採用的,就是把音筒予以折曲,改成前後來回彎曲的迷宮式音筒(音箱迷宮),以取代一直筒的型式,而減小音箱的體積。同時,對音筒的有效長度及喇叭在自由空氣中的共振予以選擇配合,使整個喇叭在其自由空氣共振頻率處受到阻尼,以免在這個頻率上產生令人不愉快的超額輸出。

  然而,還有兩點可用來增加空氣的摩擦力、及音箱迷宮的有效長度──SAFE的原理,就是利用這兩點:第一、可以增加音筒的表面積(而不是長度);第二、背波的路程可以靠增加音箱裡面拐彎的數目來增長。

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  SAFE式的音箱採用一連串的許多個小音室(參見圖一),來增加內部的表面積、及喇叭背波所經途徑上所需要拐彎處的數目。小音室是由音筒內兩種格板如圖二所示般,交錯安置而成。

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第一種隔板除了中央開的一個方孔以外,把整個音筒隔成好幾個小音室。第二種隔板比較小,放在音室的正中央,使其四周到音室壁之間的面積,恰好等於第一種隔板中央所開的孔之面積。這樣子便可以迫使發自喇叭的背波,在通過音筒時,反覆地分散及合併(很明顯地,這種設計同時增加了音筒內部的面積、及背波需要拐彎的地方)。通過其中的背波,便反覆地壓縮及擴張(見圖三),降低了波速,也增加了音筒的有效長度。

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其他因素

  另外有兩個因素在設計揚聲器時,必須加以考慮:即使使用的喇叭之自由空氣共振頻率──此頻率限制了低頻響應;及音箱的反射作用──其提升了揚聲系統的低頻輸出。

  這兩個因素是互相關聯的。一個音箱若不增加喇叭的自由空氣共振頻率(我們所不需要的)、也不提供任何反射作用(我們所想要的);或者雖然提供了反射作用(我們所想要的)、却增加了喇叭的自由空氣共振頻率(我們所不想要的),都不如一個既能提供反射作用、又不增加喇叭的自由空氣共振頻率之音箱來得有效。

  SAFE式的副低音音箱之設計,便是在提供良好的反射作用時,對所使用的8吋喇叭之振動,絲毫沒有一點牽制(任何牽制都會增加喇叭的自由空氣共振頻率)。當然也可以改用10吋的喇叭,10吋喇叭可獲得提高可承受功率的優點,而且或許效率更佳。

組裝

  關於喇叭的要求,並不嚴格。幾乎任何8或10吋,背面支架式開放式的喇叭,都可以使用,不過8吋喇叭的磁鐵,必須重約20盎司(570g)。不妨選用JBL的LE8T,來裝一個8吋的副低音揚聲系統:JBL的LE10A則通用於10吋的副低音揚聲系統。

  一步步詳細的組裝說明,音太過於囉唆,此處不列了。只要詳細閱讀各個附圖及圖上的說明,組裝起來並不困難。唯一稍稍複雜的地方──喇叭的背面部分──在後面會加以說明。

  和所有副低音揚聲器一樣,SAFE式的音箱也要做得相當地堅固,要使用較厚重的木料,例如¾吋的單板,以防止音箱的振動──這會減少揚聲器的輸出。除了11號隔板必須採用½吋厚的合板外,其餘的隔板可使用¼吋厚的合板。

  盡量使用螺絲釘和樹脂類的膠。螺絲釘可以增加機械的接合力,樹脂類的膠結物則可防止音箱「漏氣」。

  喇叭後面比較複雜一點的頭一個音室,目的有二:第一、它是負責將發自喇叭的背波引導入音箱迷宮之處;第二、它同時也要防止駐波的發生。

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  圖四、圖五及圖六,即為這個音室三個不同方面的設計圖。其中包括兩個傾斜的隔板。

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在喇叭後面的第一塊隔板,尺寸大小如圖七所示,是用固定木條與兩旁的側板結合。第二塊隔板則直接以四個角和箱壁固定在一起。

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  整個揚聲系統裡,唯一需要用到隔音材料的地方,是在第一個音室裡,圖五及圖六上標有星號(※)的那些地方。要用¼½厚的玻璃纖維絨貼上。

  要把這個副低音揚聲器和你的擴大機相連起來,還需要加上兩個接線柱。可以把它們裝在音箱的兩側或背面,但要注意在裝接線柱的時候,小心不要破壞原來板子的密閉性。

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  先在音箱前、後、及左右兩側箱板的裡側,如圖八所示,裝上隔板的固定木條。要鋸裝喇叭的孔時,參閱圖九所示,注意這個孔要稍稍偏離音箱前板的中央線。

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  參照圖十,鋸妥1~11號隔板。接著把偶數號碼的隔板裝在奇數號碼的隔板上面,如圖十一所示的那樣。除了音箱的前板以外,然後把剩下的三面板子釘起來。

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接下來再裝喇叭後面的第一、二塊隔板,先裝第二塊。同時別忘了舖玻璃纖維絨。把喇叭鎖在音箱前板上,然後用線接到音箱背板(或側板)上的接線柱。接著裝上音箱前板,並把1~10號隔板分別裝在他們的固定木條上。最後,裝上11號隔板及音箱頂板。

  這個SAFE式副低音揚聲系統,要經由一個截止頻率約100Hz的分頻網路,才接到擴大機的輸出。分頻網路可以使用一個由電感──電容──電感(LCL)所組成的π型網路,當然囉,電子分音器是更好了。

  對大多數的音樂節目而言,副低音揚聲器的優點並不會令人特別注意──音樂畢竟不僅僅只具有大量的低頻部分。可是只要有低頻出現的時候,你將聽到你以前從未擁有過的享受。

  在測試過這個喇叭的效率之後,我們認為它應屬於低至中效率的喇叭(此時所用的是電子分音器)。同時,我們也發覺,這個副低音喇叭基本的輸出可低至25Hz。從30Hz至100Hz截止頻率之間的響應,相當地平坦,並且能夠產生100dB的聲壓水平(SPL),而沒有任何明顯的異狀及失真。

  不過,有一點要注意的是:倘若你想要在一個非常小的房間裡再生一個極低的低音,你將會感到十分地失望。這主要是由於駐波的緣故。因為駐波充斥房間的關係,很可能你在某一位置會聽到雷鳴般的聲音;而在另一個位置,却什麼都聽不到──該處的低頻因發生完全抵消的現象所致。

  我們採用一種近麥克風式技術(close-miking techniques)來量音壓。這是把兩個麥克風分別放在音箱頂部背波發出的地方、及相當靠近發出正波之喇叭單體前的地方。和我們所預料的一樣,低於40至50Hz的頻率,主要是來自喇叭的背波。 (取材自Radio Electronics, Feb. 1982,原作者為George Pappanikolaou)

轉載音響技術第81期SEP. 1982 請加一只副低音喇叭/趙健雄(取材自Radio Electronics, Feb. 1982,原作者為George Pappanikolaou)

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