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一、前言

  本刊第52期羅哲介紹過用Scan的單體,所做成的二音路揚聲系統,在當時是考慮Scan單體,售價的確不廉,才做此設計。事實上,以10吋的低音要採用二音路方式,先天上就有困難,更何況高音揚聲器的口徑小到只有0.8吋,在Cross-Over Frequency,也就是中音帶,會有若干不足。於是再三催促凱昕公司,應從速進口中音單體來搭配。凱昕郭先生考慮到二音路都已經這麼貴了,三音路更甭談了,一般自己裝的階層是否負擔得起,更是一大問題,因此遲遲不敢進貨。結果,二音路上市之後,大多數購用者,都希望能推出三音路再買。即使在這種情況下二音路系統也幾乎銷售一空,使得郭先生有信心推出三音路系統。終於,把Scan中音單體13M3808也引進台灣市場了。本來在52期介紹二音路系統時,羅哲就建議凱昕公司以比賽方式,徵求對系統設計有研究的高手,屆時,這個三音路系統似可以由高手來設計,結果,似乎沒有下文,羅哲只好自己再來獻醜。

二、系統組成單體介紹

  這個三音路系統,低音與高音部分,沿用前次二音路系統的25W 4208 F 2A SD和D2008,因此,低音與高音揚聲器就不再介紹。中音揚聲器單體,則是使用Scan的13M3808,其口徑是80mm,有關資料如Fig.1所示。從阻抗曲線看,除最低諧振頻率以外,交流阻抗幾乎不隨頻率而增加,因此,其驅動部分,自然也是採用Scan的專利Symmetric Driver,在分音器的設計上,可以視為純電阻來計算。

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  由頻率響應曲線上看,從1300Hz至15KHz之間的響應非常平坦,事實上,單獨使用做成全音域來用亦無不可。自然諧振頻率(最低諧振頻率)廠方公佈的是90Hz,但是從阻抗曲線的峯點看,應該是130Hz,音平靈敏度是92dB,比低音與高音揚聲器的靈敏度90dB高出了2dB,因此,再設計分音器時,應加入衰減2dB的分壓網路。廠方所推薦的使用頻段是200~5.000Hz,連續承受功率是100W,假定分頻點是800Hz,衰減量是每八度音12dB的條件下。

  根據上述資料,我們來自行決定分頻點應如何安排較為恰當。當然,先從指向性為出發點來考慮。第52期中已提到過,低音揚聲器25W 4208 F 2A SD的有效半徑是10cm,其指向性在30°方向上衰減3dB得頻率,可以按下式計算出為:

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  也就是說,低音與中音揚聲器的分頻點不能高過1.6KHz。同時也不能低到在中音揚聲器最低諧振點附近(因為在這附近,中音揚聲器的失真較大),通常是取最低諧振頻率2倍以上的頻率,有些講究的系統則取到3倍以上。羅哲的經驗是由阻抗曲線上,高過最低諧振以上地帶,阻抗最低點的頻率附近來選定。這個中音單體,由於阻抗並不很顯著的隨頻率而變,因此,就以最低諧振頻3倍以上的頻率,作為分頻點的不可超過下限。案前述最低諧陣勢130Hz,3倍頻率為400以上。則分頻點在400Hz與1.6KHz之間,都是合理的選擇。當然選得略低,對指向性有力,但選得太低的話,讓中音揚聲器承當太多低頻信號時的大幅度錐膜振動,會使中音揚聲器的承受功率減少。Fig.1已經提示我們,分頻點在800Hz以上時,可以承受100W的連續功率,因此就暫定800Hz為分頻點。

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  再來看中、高音間的分頻點又當如何?中音揚聲器口徑是8公分,有效半徑大約是3.2公分。則指向性在30°偏向衰減3dB的頻率,將可算得是:

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  也就是說分頻點高於5KHz時,指向性將會劣化。高音揚聲器單體D2008的最低諧振頻率是900Hz,3倍頻率是2.7KHz。因此從2.7KHz。至5KHz之間的選擇,都是合理的。當然進一步地改善指向性,可選擇較低的分頻點,但是也須兼顧高音揚聲器的承受功率能力。按,高音揚聲器D2008,廠方提供的資料,是分頻在4KHz,衰減量每八度音12dB時,可以承受到100W的連續功率,因此,就暫定分頻點為4KHz。如此分頻安排,使得高音中音揚聲器,都同樣地能承受100W的連續功率,可以說是很Balance的做法。

三、分音器各元件的計算

  目前為止,可以將分音器的各項要求列出如後:阻抗8歐姆,分頻點800Hz與4KHz,衰減量-12dB/Oct,中音揚聲器需附-2dB的衰減電路。採用標準的-12dB/Oct線路,如Fig.2所示,各元件的數值可以下列各式計算得之:


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  所有計算所得之電阻電容值,都不是一般市售標準數值,因此已市售標準值取其近似者而用之。1.6歐姆取公稱1.5歐姆誤差10%者,32歐姆者取33歐姆誤差10%者,17.6uF取16u誤差10%者,3.52uF取3.3u誤差10%者,製成分音器,以8 歐姆純電阻做負載,電感當然是自繞,也有市售既成品測得分音器之分頻曲線,如Fig.3實線所示,換用揚聲器單體做負載如同圖虛線所示。

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  由Fig.3,我們可以發現,以純電阻做負載,和以Scan的揚聲器單體做負載,所測得的分音器分頻曲線,二者幾乎重疊在一起,這證明了:Scan的揚聲器的確可以做到很接近純電阻性,因此使得分音器的設計大為簡化,也使實際效果和設計預期值更為接近。

  又,中音路分頻曲線的平坦部分,比低音路和高音路分頻曲線的平坦部分,降低了2dB,這市衰減電路所造成的,目的是前述調整中音揚聲器與高低音揚聲器靈敏度不同之用。最後,在分音器部分尚有一點要注意的,就是中音揚聲器,接到分音器時揚聲器的相位要和低中音揚聲器反向接線,因為採用-12dB/Oct的分頻網路,在Cross-Over Frequecy點,分音器會造成180°的相位偏移,中音揚聲器分相之後,正好更正相位,此點在本刊第52期,二音路系統中,Fig.5C已經以儀器證明,相信不反接時,會造成頻率響應曲線下陷的現象(在分頻點附近)。

  有一現象,幾乎忘了說明,即在以揚聲器為負載時低音揚聲器的分頻曲線,在60Hz左右,有一點小峯(Peak)出現,只是不太明顯罷了,這是揚聲器裝箱後的新諧振頻率所造成的。

四、以Pink Noise 在室內聆聽環境之測試

  一般揚聲系統,都是在無響室內,以純音(也就是正弦波信號)來測試的。業餘者的變通辦法,可使用Oct Pink Noise,在實際聆聽環境來測試。這兩種測試結果,大抵在極高頻和及低頻地帶,頻率響應在曲線稍有不同外,音樂信號上的主要構成頻帶大致上是大同小異的。這些微小的差異,乃由揚聲器指向性所造成的,而且Pink Noise測試法,在國外很多文獻上,都證實比純音的測試法,更接近實際聆聽效果。因此,羅哲認為很值得向業餘音響愛好者推薦。況且,目前Pink Noise的來源,也很容易獲得,例如國內的聲美唱片公司,也已經推出一套包括Oct Pink Noise信號的測試唱片STMS系列,其他在國內音響專售店可以買到的Decca SKL 4861─How To Give Yourself A Stereo Check-Out,內容含有這種測試信號。當然,別的進口唱片還有,只是未能一一枚舉罷了。

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  Fig.4是完成後的系統,以Pink Noise信號,在羅哲自家客廳內,所測得的頻率響應曲線。為了比較Scan的三音路系統,與Scan的兩音路系統,在頻率響應曲線上有何不同,在此,把第52期所介紹過的兩音路系統的頻率響應一併刊出以供讀者們比較──Fig.5。我們可以發現,3音路系統在中音帶方面是比較豐富一點,並且60Hz以下的極低音部分,音量方面也高出了將近10dB。中音帶的增加,當然是由於追加了中音揚聲器的緣故,原來的兩音路使用的木箱容積大約是30公升,現在3音路的木箱,容積已經增加到45公升,自然使得低音部分更能發揮出來。200Hz左右的次低音帶,似乎有點下陷,這是測試環境所造成的因為測試時把木箱懸空,無任何一面與地板或牆壁相貼。因此與壁面的反射波造成相位相反的抵銷所造成的,還好並不明顯也不嚴重,也就不再調整位置重新測試了,有很多外國資料顯示,在一般使用條件下,在200Hz左右,因牆壁或地板的反射,所造成的響應下陷,是非常地嚴重,這次的測試,僅有稍微的下陷,也屬不易。在中音帶附近,似乎頻率響應略有起伏,尤其600~700Hz之間有點尖銳的突出,這是羅哲所用的分音器不太正確所造成的。中音路與低音路分頻點800Hz,在低音路上-3dB點正確地落在800Hz,而中音路-3dB點卻落在700Hz處,重疊部分太多,才造成600~700Hz處的隆起部分。次高音部分4KHz部分有點下陷,這也是分音器不正確所造成的。中音路-3dB點正確地落在4KHz處,但是高音路-3dB點卻落在將近5KHz處,重疊部分不足,自然造成頻率響應曲線上的下陷。這個分音器是購自市售現成品,其公稱分頻點是800Hz與4KHz,與我們的設計符合,可惜做得不很精確。當然凱昕公司的分音器,不會隨便在市面上去購買一定會另外訂製並檢驗合格才能使用。

  這一次的三音路揚聲系統,還有一項與眾不同之處,就是增加了Phase-Equalizer,可以做到一般所謂Linear Phase的效應。所謂Phase-Equalizer,其實就是墊於低音、中音揚聲器與木箱之墊圈,使得低、中、高音三支揚聲器和人耳之間,都能保持相同之距離,使得低、中、高三音路的聲音都能同時到達人耳,而避免了不同時到達所造成的相位偏差。Scan揚聲器專利的Synnetric Driver,本來就具電氣上的線性相位響應,如今更加上幾何位置上的Phase Equalizer,更是相輔相成。一般揚聲器,如果也使用Phase Equalizer,未必有效,因為電氣方面是否也屬Linear Phase還是一個問題。或許一般揚聲器也能做到,但是,絕不是只把二支揚聲器墊到處於同一平面即可辦到的。

轉載音響技術第56期AUG. 1980 SCAN三音路系統製作示範/羅 哲

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