第四章 如何選擇揚聲器及揚聲器特性

一、如何選擇揚聲器

  在做成如何選擇以前,首要決定的是目的為何?每一個揚聲器都有其獨特的個性,所以在選擇時如果不把目的也列入考慮,就會產生誤差了,蓋無論是如何昂貴的揚聲器,都不會有多樣性的用途的。

  雖然說目的不能像小房間專用的揚聲器系統,或是戶外搖滾音樂會專用的揚聲器般精確細分,目的還是要明確的決定,同時,就算是同一個房間,依聆聽音樂的性質不同,例如說是古典的弦樂四重奏或是現代的搖滾樂,揚聲器的選擇也會不同。

  其次,預算也要先訂清楚,自然未必是價格愈高揚聲器愈好,但是也不可能把價格相差十倍的揚聲器拿來做比較的。

  一旦這些這些決定下來後,下一步就是要看揚聲器的型錄了,然而不管揚聲器的型錄上把數據和特性寫得怎麼好,還是要親耳聽過以後,才能決定其品質的,相反的是有些特性不甚傑出的揚聲器,卻能發出悅耳的聲音,雖然是這樣,但是大多數的音質和基本特性還是可以比較的,所以我們還是要學著去看特性表和標準表的。

二、如何看規格表

1.輸出電壓的頻率響應

  這是所有揚聲器特性中最常提到的。這個特性只出聲音的輸出頻率不同對輸入的變化程度如何,而在音頻範圍內20~20000Hz測試的,測試法包括恒壓(constant voltage)法和恒流(constant current)法,而恒壓法由於最後接近實際使用情況,所以較為常用。

  測試時,把揚聲器放在無響室(anechoic chamber)中,加上在標稱(nominal)阻抗時相當於1W輸入的電壓,然後再距揚聲器50cm的麥克風上測試。

2.重播頻率特性

  簡單的說,這個特性指的是揚聲器能在所指示出的範圍裏使用,而在全音域的情形下,指的是輸出音壓水平下-10dB處,從低頻頻率限制fL到高頻頻率限制fH之間的範圍,如圖55所示。

  但是在使用範圍已定的高音喇叭或號角喇叭情況下,其低頻限制可以視作最大容許值,為了安全和防止失真,通常要設定成交越頻率的1.5倍。

3.輸出音壓水平

  剛才提過的輸出音壓水平,就是四個已定頻率300、400、500和600Hz下音壓水平的等差中項。

  如果這四點不在其使用範圍內,例如說是中音或高音喇叭,可以用600、800、1000和1200Hz或者是3000、4000、5000和6000Hz。

  揚聲器的效率是聲音輸出電功率的比值,可以下式算出:

  0.1%到百分之若干的數值是一個相當低的效率,而輸出音壓水平是測試揚聲器效率的標準,輸出音壓水平(So)和效率的關係如下式所示。

  揚聲器輸出音壓水平98dB/W時,效率由上式得為1%,101dB時為2%,及效率加倍時上昇B,而效率0.5%時音壓95dB,及效率減半時,下降3dB。

  效率和輻射的抗拒力成正比,上述測試標準是以無限障板做參考的,所以障板愈小,輻射的抗拒力愈小,效率因而愈低,而在號角式的障板,其輻射的抗拒力較大,所以效率較高。

  現在看一看輻射抗拒版的表面積,實際情形是直徑愈大,振動系統的質量愈大,而效率愈低,這在理論上是不可能增加的,然而無論如何,直徑較大時效率會較好。

4.阻抗(電阻)

  為了使揚聲器工作,電功率輸入是必要的,是以輸入端的阻抗(交流電阻)是揚聲器的重要特性。

  電動式揚聲器音圈的阻抗很低,然而放進磁隙裝上振膜以後,就有了變化。

  電流流進線圈後,會有電磁力作用其上,而線圈移動時,會產生反電勢,所以阻抗會增加,如圖56所示,這條曲線首先會出現一個尖峰,其後則是溫和的斜率變化,隨著這個在fo處出現的峰值後,高頻範圍上升曲線視音圈本身的阻抗而定,峰值成谷值則依振膜所生振盪而出現,我們可以看出,揚聲器阻抗變化的比零是10:1或更高,端視頻率而定,在決定揚聲器的輸入阻抗時,不指出頻率是沒有意義的。

  依據JIS的標準,大多數的一般揚聲器是以400Hz時的數值為準,如果把fo以後的谷值列入考慮,這種數值還令人滿意,如果無法找到標稱阻抗值的頻率時,可以視作這個股值底部的阻抗值。

  Qo是顯示揚聲器阻尼情況的常數,和阻抗有關,如圖57所示,各常數可用下式求得:

  Qo是一個難以理解的數據,所表示的是諧振的抑制能力,圖58所示fo時的音壓和Qo的關係。

5.音壓指向性的頻率響應

  指向特性是立體聲重播時最重要的特性之一。立體聲時,音源正常與否可藉檢測左右揚聲器所發出聲音的音壓差別來判定,是以,揚聲器的指向性太尖銳時,在兩揚聲器的正中央聆聽自是沒有問題,但是如果有一個揚聲器使音源的位置有了偏移,聲音就不會散佈在兩個揚聲器之間,因而幾乎音源的全部都聚積在這個揚聲器的軸向上。因此,揚聲器的指向性應當儘可能的擴散開來。

 

  指向性是在距離標準揚聲器軸θ°處所測得的音壓,通常會用30或60角度,如圖59所示,這數值和θ=0°時的比較後就有意義了,指的是軸向移動後,聲音輸出的變動。

  同時,也有一種方法能用座標記錄下360°面積上的輻射情形,如圖60所示。

6.失真特性

  揚聲器的失真有數種型式,如果我們把失真定義為和輸入波形不成比例的不必要聲音,可以看出有很多原因。

  通常這些失真包括有斜坡失真、互調失真和暫態失真。

諧波失真

  把方波輸入到揚聲器後,諧波瑞頻率的倍數或分數出現,正常情形下,這些諧波大多數在高頻範圍中發生,而這些高頻諧波的發生原因主要是振盪系統的非線性。

  這些高頻諧波也能用來強化標準音階,能在電子兩個頻率。

互調失真

  互調(cross modulation)失真包含了因非線性和指向性變化所引起的調幅失真,以及振膜的振幅引起的杜卜勒(Doppler)效應所導致的調頻失真。

暫態失真

  連續輸入時不會有任何問題,但是在頻率或電平突然變化時,響應的惡化會導致暫態失真。鋼琴之類的敲打樂器有快速上升的波形,而在上昇的瞬間會有特別強烈的脈衝,所以要有極為優良的響應。

  目前,暫態特性的測試常用猝發音波(tone burst wave)法,這種方法是猝發音輸入到揚聲器,以測得輸出波形上升和衰退的暫態響應。

  揚聲器的暫態響應是由整個振盪系統的機動性、推動功率源的阻抗以及力因數(force factor)來決定。

  一般說來,振盪系統的質量和放大器的內阻愈小,暫態特性愈好,並意味著兩音路或三音路的系統優於單獨紙盆式的。

轉載音響技術第53期MAY. 1980 Hi-Fi揚聲系統概說˙下篇˙第四章 如何選擇揚聲器及揚聲器特性/蘇天豪 翻譯/梁中鍔 編輯/

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