"海耳"──那麼精密的東西,可以自己做嗎?請閱本文,必使您覺得成功必來自嚐試──或許開始要遭到失敗。但您又怎能不走這條路呢？朋友！試一試罷！
Neil Davis 作/羅哲 譯
海耳推動器(Heil Driver)是一種高音用揚聲器,能作極低失真的音樂再生而聞名於世,並且效率非常高,能工作於極高音量水平,故能適用於任何型態的放大器,而更重要的是,能以極平常的材料自行仿製。
其動作原理也是非常的簡單,一條導電體包於Polyethylene的振膜(Diaphragm)內,此振膜摺曲成窗簾狀而浸入一個強磁場中。電流流經導體時,即產生一個既垂直於電流方向,也垂直於磁場方向的推動力。當相鄰兩個褶皺紋被推而做相向運動時,即將空氣壓擠出來。反之當(在一個週期的另一半)其做相背運動時,則將空氣吸入。其最妙之處,乃在於空氣是直接由「音圈」來推動的,一般的揚聲器,音圈上附有一個相當的錐膜,(由這個錐膜間接地推動空氣)。由於這個額外質量的妨礙,使得揚聲器無法做快速運動,因而造成較差的高頻響應。
至於Heil,推動空氣的元件質量極輕,因而其暫態(Transient)響應極佳,高音清澈。更由於所有運動部份,都直接受到磁力的控制,沒有錐膜分割(Break up)運動,不會產生倍頻作用,諧波失真自然很低。
包覆導體的塑膠材料,幾乎能對振膜內任何內在的諧振,產生最完全的阻尼作用,因而Heil推動器的聲音,不像一般紙質、金屬質或Mylar等做成的推動器般對聲音產生著色。並且錐膜內的各個褶皺獨立運動,即使當中有任何峰谷出現,也會互相抵消,而得平坦的頻率響應。大約自1KHz至20KHz之間是非常平坦的。
Heil推動器,其實是對老式的Ribbon Speaker做了更巧妙的改進,也可以說是和磁板揚聲器(Magneplanar Speaker)或KLH所新近使用的Tweeter同一型式,不同之處在於振膜是褶皺的和置於更強的磁場之內。不管ESS的廣告說得天花亂墜,它總是被讚為一支極優秀的揚聲器的途徑。
本文所說到的Heil推動器,自然不如ESS行銷於市場者那麼棒,例如：無法應付高達300瓦特的功率,以及在1KHz以前有卡噠聲的趨向。但是在1.5KHz以上,比諸任何Dynamic Speaker、壓電效應(Piezolectric)或許連靜電(Electrostatic)揚聲器都要優秀。如果使用一個小型的Mini-Heil作為高音,再以一個中音Heil推動器來分頻(Cross-Over),甚至可以凌駕ESS的單體。
可以預言不久的將來,會發展出無指向性推動器,以資產生更自然的聲音,無相位問題引起的著色,和以聽取反射音來取代直接音源的方式,ESS單體的高頻段,顯然是乾淨、清澈而又低失真的,然而,此單體在垂直面上,卻具有高度的指向性。以此在某一高度收聽時,高頻端有點壓抑,不自然感,或者可說有點不對勁──與其它有優秀高頻響應的精緻揚聲器例如McIntosh或Dahlquuist比較,迥然有異。然而高頻端也能做得像Dahlquuist或更像ESS的單體,奇法乃將同一振膜至於一個雙極性輻射器(Bipolar Radiator)型的磁鐵結構中。無指向性及相位和反射等問題的爭論,應能有助於對不同品質揚聲器間,所產生驚人的音質差異的解釋。
若要使得推動器不具指向性,則其振膜的大小必須比所預定要發出的最高頻的波長為小。例如5KHz的波長為2½吋,一個2¼×2½"的振膜,比¾"×¾"振膜,在此點的分頻應更為陡峭,在此頻率上,仍有少許的指向性,但已屬可以接受的了。¾"×¾"的推動器,在此頻率才開始墜落(Roll Off)。此二種推動器的如圖一所示。
指向性,應為那些科求完美者的問題,有指向性的Heil,是很容易製作的。如果目標僅為超低失真和清澈的中音或高音揚聲器,在此建議最好撇開分頻的爭議,和令人頭疼的Mini-Heil的嚐試。最能符合這些目標的振膜,大致如圖二所示之尺寸,而最容易製作的磁鐵結構則如3b。
振膜的製作
自製Heil振膜,是一件極棒的工作,雖然有點粗糙。在此用作導體的材料是鋁箔,必須以刀片和直尺小心的割取。2¼"×2½"的振膜,導體全長約為11呎,如果是使用厚鋁箔(Heavy-Duty Foil)製成的話,直流電阻約為1.4歐姆,若是使用標準鋁箔的話,直流電阻約為1.8歐姆。置於結構良好的磁鐵中,在1KHz以上的阻抗,使用厚鋁箔的應大於2.2歐姆,使用標準鋁箔的應大於?歐姆,(當然,可以增加振膜內的導體長度,或減少導體寬度,以提高阻抗)。既然Heil的效率很高,在使用時常需串聯一個降壓電阻,以限制其輸出,即使使用厚鋁箔,也可不用擔心對固態放大器造成過負荷。
厚鋁箔在製作時比較容易,因此不論實驗或實作,皆較適宜。標準鋁箔則以大量生產較適用,以其較輕且無需串聯電阻,即能獲得安全的阻抗。若是Mini-Heil,則以標準鋁箔較適合。
將鋁箔鋪於厚紙板上,以利刀片和直尺按圖一截取圖形(Pattern)。較長的邊以刀片割切,較短的邊以剪刀剪取,邊緣應保持平直。截好之後,除去碎片,將兩邊較寬的兩直條摺疊數次,使與其他長條寬度相等,如此可以增加強度以備接至放大器之用。將其餘鋁箔摺疊四層,切成¼"寬之長條,置於圖形之頂部與底部備用,(此部分用以支持振膜,使得摺疊容易,並保持褶皺)。
之後的工作就是貼一層輕質塑膠膜了。先再塑膠膜上塗上一層薄膠,令其自然陰乾而勿去觸動。陰乾至膠面不再有液狀反光即可。然後以一平板支撐截取得之鋁箔於膠布上方,再小心地讓鋁箔滑下,使得鋁箔之每一直條都落在膠上,以手指,鑷子非常耐心地將鋁箔貼上。注意,粘貼時不可用力按,否則會將膠沾出來。
當鋁箔貼好之後,再如圖一所示,沿頂部與底部貼上¼"的四層橫條。然後,再鋪另一張塑膠布,並塗膠同前述自然陰乾。將有鋁箔的那張塑膠布,沿鋁箔邊用刀片切除多餘的部份。再將此塑膠膜翻覆貼在第二片塑膠膜上。鋁箔就此牢貼於兩層軟塑膠片夾層內。以手指抹平此振膜內,膠水糾纏處,和膠膜起皺處。即使稍有起皺或氣泡,也不必過分操心。這種振膜,也許會很粗糙、草率,甚至有瑕疵,但仍無損於其效用。Mini-Heil的振膜切割工作可能更粗糙,切割完成以後的工作反較容易,Mini-Heil所使用支撐用的四層橫條,寬度為1/ 8” 。
磁鐵結構
大多數的揚聲器,減小磁鐵的尺寸,不只降低效率,還會損及暫態響應,破壞音質的清澈度,增加內調失真(Intermodulation),以及產生許多廉價型揚聲器所共有的弊病。Heil式的好處,就在於減小磁鐵的尺寸,僅降低其效率,而不傷害到其音質的完美,即使使用了很差勁的磁鐵。然而,不論使用哪一種磁鐵,在製作上的難易程度都是一樣的,而高效卻是一致的期望。
大型的磁鐵可由許多小磁鐵,串聯或並聯膠合而成,這些小磁鐵為7/8"×17/8"×3/8"的Ceramic型,這種磁鐵在大工廠中常有過剩的廢棄物。
從圖三至圖五的任何一種磁鐵結構,都能產生強大的磁場。這當中鐵質的極片(Pole Piece)可能是最難做的部份。某些結構需要使用強大的截斷力,某些更非求助於鐵匠舖不可。
#1的結構為ESS的AMT-1的揚聲器所採用的基本型,可以產生極為強力的磁場,如果沒有檯鋸之助難以做成,並且截割時花費時間也較多。平板塊和角鐵塊,只能購自鐵匠舖或經銷店。#2的結構也很有效,如果鐵匠舖就在鄰近的話,製作起來會很快速。要他們截切出¼"的角鐵塊和1/8"×1½"×3"的小片和7"×½"×1/8"
的長條,費用不會太貴。以瞬間接著膠漿磁鐵粘至角鐵上,並且粘疊至適當的尺寸。粘貼時千萬注意磁鐵的極性,當「串聯」相疊時,磁鐵會相吸,當並聯相疊時磁鐵應會相斥,在此瞬間接著膠的效用可大了。再以瞬間接著膠黏上1½"×3"的極片。
利用¼"的木片或塑膠片做墊片,以取得適當的間隙,待凝固後再敲掉。若為Mini-Heil則墊片厚度1/8"即可。磁鐵結構的兩半會相斥,因此在最終裝置時,可能會屢鬧笑話。
#3的結構頗為容易,所用材料在五金店裡即可買到,費用更低。底部所用的¼"鐵片,可由大門的絞鏈(14")截取,也可由許多不同長度的方形鐵條做成。靠近振膜支架的極片可由3/32"×½"或5/8"截取,甚至也可由兩層1/8"的方形鐵條做成(如結構3a所示)。
3a 的結構最適合於Mini-Heil的振膜。如為1½"×4½"的振膜,採用3b的結構需用38片磁鐵,也可由底部抽去一層而成26片。2"×½"的鐵條,只能以一次二條或一條地用瞬間接著劑粘貼上去,因為在凝固之前很容易滑掉。
4與5的結構在製作與實驗上都很容易,只是不夠強有力,故適用於Mini-Heil。
最終裝配
將振膜小心地摺出褶皺,在此之先,可先用鑷子摺那四層支撐橫條可使工作較為容易。然後將此振膜滑入磁鐵結構中的兩極之間。支撐條和水平短條應懸於磁鐵結構的頂部與底部。
以硬卡墊板自頂部將振膜撐於中心,並以瞬間接著膠固著之。然後在將底部撐好並上膠,在底部粘貼之時應同時以鑷子將振膜牽住,使其繃緊而不致觸及極片。
將振膜上的引線,以帶銅箔的印刷電路板夾緊而固定之。再以膠將它固定於磁鐵結構上。引線的固定工作如果不完善的話,揚聲器會產生卡答聲或蜂鳴聲,又因鋁的化學反應極活潑,如有任何跳火花之處,很容易就腐蝕掉。
將此新完成的揚聲器接至放大器上,以與舊有的比較,您會為現在所花費的勞力是值得的。切記,不要讓Mini-Heil流過太大的電流,因為褶皺極密的鋁箔間,會產生熱而熔掉膠質部分。其餘的Heil較為穩定而能承受較大的功率,萬一振膜壞了,振膜與極片堅固著用的瞬間接著膠,也可用刀片除去而進行修理。(原載：The Audio Amateur Volume VIII. No. 2)
轉載音響技術第25期JAN. 1978 捏一對"海耳"!簡易仿製HEIL氣動揚聲器/Neil Davis 作/羅哲 譯
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