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  在最近幾期,撰寫「檀島音騎」的甘棣小弟,用生動的文筆,把他設計製作各式喇叭系統的過程,很詳盡的告訴了讀者,相信凡是看過檀島音騎的朋友也從中獲得了不少樂趣,甚至也很嚮往於自製一組高品質的喇叭系統。

  喇叭系統看似簡單,使用的元件不多,其實卻包藏著不少學問,一個真正好的喇叭系統,可說是集合了電子、機械、物理等各方面的知識才能夠成功的,所以就學理方面來看,想和喇叭系統打交道,實在不是件容易的事。

  雖然喇叭是不好招惹的東西,但在Hi-Fi的領域裡,還是最富於創意的組件,各種不同形狀、大小、音色的喇叭,帶給了音響迷們無盡的樂趣。就自己裝言,自製喇叭無疑的是對自己鑑賞能力和音響知識的一項挑戰,縱然對業餘者來說,想要對喇叭透徹了解仍然是一件困難的事,但只要能把握住一些左右喇叭特性的基本條件,自行創作一款性能優異的喇叭系統,並非不可能。

  在一個Hi-Fi用的喇叭系統裡,低頻部分的特性是重要的品質指標之一,所以在設計喇叭系統時,如何把一只低音喇叭很正確的裝入適當的喇叭箱中,是很重要的。

  喇叭的低頻特性,可以從它的阻抗性研判出一部份,另外在裝箱後,由阻抗特性的變化,也可導出一些重要的參數,所以我們只要能把握住一只喇叭的阻抗曲線,並且充份的運用和分析,就可以設計出合於這只喇叭性能的最佳喇叭系統,或者依照所設定的條件,做出合於我們要求的喇叭。因此,要了解一只喇叭,就得先知道它的阻抗特性。

等效電阻法量阻抗

  也許有人覺得奇怪,喇叭阻抗不是標明得清清楚楚的嗎?不外乎4Ω、8Ω、16Ω而已,何以還有阻抗特性這一項?其實,一般喇叭所標示的阻抗,只能算是「標稱」阻抗,通常是在輸入400Hz或600Hz頻率時測得的,4、8、16只是代表級距而已,並不是精確的規格。由於喇叭是一種電抗性元件,所以它的阻抗並不是恆定的,會隨著輸入信號頻率的變化而變化,而且還不很規則,因此每一種不同的喇叭,都有不一樣的阻抗特性。

  量度喇叭阻抗特性的方法有很多種,常用的為「等效電阻法」,而運用「等效電阻」的原理,又有很多方法可用,經過筆者參閱過有關的書籍後,發現有三種方法都很適合業餘者用來量度喇叭的阻抗之用。一種方法是刊載在音技月刊第23期31頁羅哲先生「用三用表測揚聲器阻抗曲線」一文中所用者,此可稱之為「羅哲法」;另外兩種為筆者在Speaker Builder季刊看到的(該刊是The Audio Amature的姊妹刊物,在美國發行),一稱之為定電流法,另一稱之為定電壓法,由於這三種方法筆者以為在不同場合中各有其價值,所以準備再本次的小實驗中,同時做一介紹,並且利用手頭上擁有的一只SEAS低音喇叭21F-WB,分別用三種方法,測其阻抗特性。

定電流法最簡單

  首先筆者從最簡單的方法開始,──定電流法,裝置如圖一,

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SP兩端是準備接被測喇叭用的,V代表高阻抗輸入的AC毫伏表(用示波器觀察亦可),Rc是一只大於喇叭標稱阻抗10~20倍以上的電阻,它的主要作用是恆流,G代表音頻信號產生器,筆者用的是SFG-1000。量度原理如下:先用一只已知數值電阻R來代替預備受測的喇叭,阻值已接近喇叭阻抗變化的中心值為佳,21F-WB的直流電阻為6.2Ω,阻抗在最高時可能有40Ω(一般低音喇叭的特性),故R值定為22Ω,然後再選定Rc,由於Rc主要作用在恆流,數值越大,恆流作用愈佳,筆者以二只220Ω電阻串聯起來作為Rc,為R之20倍,如不計信號產生器之內部阻抗,恆流作用已可穩定在5%以內(即約為R/Rc之值)。

  測試時是先把R裝在SP兩端,在IN處接上SFG-1000之輸出,調整信號產生器的輸出使我們可再V上得到一易讀之電壓值E,並把此值紀錄下來,然後取下R,把待測之喇叭接上,此時V所呈現之E值必和剛才不同,我們不妨稱之為E',由於當電流恆定時,不同阻抗兩端所呈現的電壓是和阻抗成正比的,所以我們就可以從下式得到喇叭的阻抗Z:

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  如果要測另一頻率的阻抗,則上述的過程要重新來過,若使用的信號產生器品質不錯,在不同頻率時能保持恆定的輸出電平,那麼只要旋動頻率刻度盤,就可以很快的比較出各頻率時的阻抗數值。

  這個方法的優點是裝置簡單,而且如果使R值能和電表的刻度配合,那麼阻抗可以直接從表上的刻度讀出,且不太受信號源之內阻的影響,並且因為消耗小的緣故,往往可以直接接在信號產生器的輸出端測試即可。此法的缺點是由於喇叭只工作很小的信號和實際使用之條件不太相符,另外R之值也需求精確,最好選用1%誤差以內者。

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定電壓法

  第二種要介紹的為定電壓法,裝置如圖三,和上法不同的是Rc取消了,代之以一只低內阻的AC電流表A。量度的過程是:先用一只已知數值的電阻R,阻值可略高於喇叭的標稱阻抗(筆者仍用22Ω),接於SP兩端,然後送入信號,此時A必有一讀數I,紀錄後,用待測的喇叭代替R,旋動信號產生器的刻度盤,分別記下不同頻率時之電流值I',但在操作過程中,喇叭接在SP兩端所呈現的電壓E必須保持固定,此可由調整信號產生器之輸出電平而達成之。

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  那麼受測喇叭在不同頻率時的阻抗,即可由下式算出:

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  此法的優點是只要信號來源的內阻夠低,那麼喇叭在受測時是非常接近於實際實際使用狀況的,缺點是要用到一只AC電流表,筆者在實驗時,因沒有AC電流表而以一只0.1Ω的電阻來代替A,然後用示波器觀察0.1Ω兩端的壓降再換算為電流,雖是麻煩些,但結果是一樣的。

  實驗時,筆者偷懶,未用功率放大器而直接以SFG-1000來做此項實驗,量得的阻抗即如圖四所示者,由於SFG-1000內阻較一般功率放大器高很多,所以在電流變化較大時,量度之結果必會受內阻之影響,只要觀察三項實驗之結果,就不難發現本項實驗之阻值均偏高了些,這很可能就是受了SFG-1000內阻之影響。

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最欣賞羅哲法

  第三種方法級筆者所謂的羅哲法,它的裝置如圖五,此法由於特別注重擴大機對喇叭之阻尼作用,所以不能直接用信號產生器接喇叭測試,而必須經過功率擴大機,量度的原理如下:

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和上二方法一樣,也需要一只AC毫伏表(用示波器可也),跨接在一為小電阻之兩端,此微小電阻之數值可選在喇叭標阻抗的十分之一以下,筆者用的為由二只0.68Ω併聯而得的0.34Ω,然後把SW置於S之位置,輸入一信號,使V之兩端得依讀數E,並紀錄之,然後再把SW至於R位置(此時切勿改變信號強度),調整VR,使V之讀數亦為E,然後再撥回開關至S,用三用表量VR兩端之阻值,即得此喇叭在該頻率下之阻抗。若要得知其他頻率之阻抗,重複上述步驟即可。實驗實用的VR是一只可連續10圈的精密可變電阻,阻值為0Ω~100Ω,實驗前要先把電阻定在4Ω以上,以免擴大機負載過低而受到損害。

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  用這個方法量度喇叭阻抗的好處是可以直接讀出喇叭的等效阻抗,不必經過換算的程序,而且量度時的條件,也很接近喇叭實際使用之情況,缺點是麻煩了些,如果不是筆者洽擁有一只大型的100Ω精密可變電阻,量度起來就比較困難了。

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  從附圖所示的實驗結果,可以發現不同的量度方法,測出的喇叭阻抗是不太一樣的,其實這也是必然的現象,因為一者方法不同,相關元件誤差也不一樣;二者各法量度時之電平不同;三者實驗結果經由目視觀察也可能有誤差。三項實驗結果數據雖不相同,但卻也顯示出了某些共同特性,譬如說諧振點應在40Hz附近,因為沒有計頻儀,所以本次實驗並不在於精確的求出21F-WB的阻抗曲線,祇是和讀者討論求取的方法而已,所以量度之頻率非為連續,下次小實驗將討論關於喇叭諧振之問題,將用比較完整的阻抗特性來討論。

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  最後必須一提的是,上面所談的三種量度方法都是正確而合理的,其中後者,由於可得精確阻值又合乎實際工作條件的關係,所以筆者特別欣賞,至於其他二法,在合於所要求條件的情況,也是相當的實用。

轉載音響技術第67期JULY. 1981 有趣的Hi-Fi小實驗/喇叭阻抗如何測得?/蒲鴻慶

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