緒言

  不管你是否自以為是音響迷,總之現在既有興趣閱讀本文(或有關音響知識的雜誌、文章)就稱得上是一個十足的音響迷。先別管未來的生活方式如何,為了增進現在自我生活天地的樂趣,甚或磨練年輕人的創造力,音響的世界,實在是令人嚮往而有情感的園地。無論是古典的、搖滾樂或歌謠曲,你都將為其樂音之魔力所迷。一旦迷上了,就像情人眼裡出西施而看不出缺點,進而有一股無法矯正其缺點的"新的力量"洶湧而生。

  對於音響,尚未如此懷有興趣的人,聆賞音樂相當生疏,而對裝置尚未搞過的人,只要你以後具備些許正確的知識與判斷力,就不致於繞道而行,筆直地邁向正統、確實的Hi-Fi再生的道路。如果發明是靠1%的靈感99%的努力,則天才與凡人之差別可以說只是好奇心強弱之別。有效地配合自個兒的努力與天才,就已夠資格稱得上十足的音響迷(Audio Mania)。

  稱為業餘者,就更可發揮自由的創意。譬如說搞錯了,可以重新再來。甚或按照自己所好的聲音自享其樂。可是欲循正確的途徑前進,或者達到專業性的水準。更加需要對於重要的事項有正確的理解。同時亦需要藉助於若干計算步驟。數學上的想法,可以說是整理其本身的一種方法,同時也是化複雜為淺易,有條不紊的剖析,邁向新的創造,應用最為有力的手段。人類有與生俱來的思想自由,各位是否利用一種又稱為哲學的數學方法好自磨練過。現在不妨在度以"為什麼"的坦率疑問,重新喚起對音響更深入的興緻。果能如此,豈不是可以主張屬於自己的聲音,保持自個兒的裝置與意見。

  當今音響界所走的路絕非筆直的坦途。許多專家業者所從事的,亦非全是正確的。事實上乃是在曲曲折折的道路上亦趨亦折返的前進,可是依然踏實的向Hi-Fi再生的目標邁進。但是摻有人的感覺與情緒的主觀因素的音樂世界,要想有飛速的改革實在非常困難。技術上的進步未必能與音質方面的改善一致。理由是尚有許多未能明瞭的部份存在,音響界在全部明瞭其原因所在以前,不畏失敗挫折,再接再厲第追根究底。

1˙立體聲Hi-Fi再生

  要想裝組Hi-Fi系統,必須考慮整個系統上各要素所擔負的功用與重要性。這些要素可分成聲音入口(即音源)的唱機、FM調諧器、錄音機,其次是前置放大器,主放大器,還有出口的喇叭系統,甚至於聆聽發自喇叭的聲音所設之聽音室。暫且不談其功用之檢討如何,根據專家的意見,決定再生音音質的比例喇叭系統高居40%。當然各要素都重要,其中有一樣不好整個水準將因此而一落千丈。初次搞音響的人,多半都先更換唱頭,或擴音機(Amp),從喇叭系統,甚至聽音室著手的人似乎很少。

  在探討對音響具有如此大影響力的喇叭系統時,無論如何必須考慮其前後的主放大器與聽音室。感到最困難的是低音再生的質與量,瞧那龐大的喇叭箱,如此之笨重全都是為了這個緣故。主放大器與喇叭的關係,主要可歸納為喇叭的最大容許輸入與輸出音壓階度和放大器的有效輸出。能夠連續經得起幾W之輸入與瞬間最大輸出音壓,不但對於動態的(Dynamic)聲音再生發生很大的作用,並且與當時的失真減小,自然與提高音壓有關。高級喇叭系統最大似以110dB/m居多,只要有此程度就足夠了(第1、2圖)。如果再少估計一點有100dB/m並無不可(以東方人住家隔音之差,這種程度的音壓對於擾亂鄰居的安寧頗成問題)。茲以數式表示最大輸出音壓(S.P.Lmax)如下:

S.P.Lmax/m=S.P.LW/m+10 log Pmax

(最大輸出音壓)                  (最大輸入)

  雖然極欲明白在此最大輸出音壓下的失真,可是頗難以得心應手的測出結果。總而言之,"放大器"絕對不可超載,喇叭只要不受到損壞就行了(第3圖)。關於再生頻帶只要達到"40Hz~15.000Hz",音質的變化大致上就不會被察覺出來。在者如能確保在"80Hz~9.000Hz"範圍內,據說音質的變化僅止於6%。這表現出此頻帶被重視的理由,以及設法達到這種頻帶範圍的重要性。關於頻率特性,端視以聽感上的量感有密切關係的功率響應性(Power-Response),或30°指向特性為重。譬如說指向性差的喇叭,常會認為在正面聆聽即可,但是如後文所述,像普通的室內具有殘響的房間,因為聽取位置上的音壓階度取決於來自喇叭的聲音,與牆壁等反射而來的聲音相疊合的結果,所以對於正面軸上特性以外的頻率特性也大有影響。至於超高音域的說法就略有不同了。那是因為普通的牆壁對此音域反射較弱,同時由於空氣的吸收效果也使殘響時間縮短(即反射音減弱)所致,因此直接音的功用得以增大。

(註:放大器在接近額定之範圍內失真非常少,超過某輸出則失真驟升至100%附近,這種因波形之割削所造成的失真即稱為Hard-Distortion。至於喇叭,失真雖非極端的低小,卻隨輸出之上升徐緩上升,類此失真稱為Soft Distortion)

  職是之故無指向化的單體更應使用於高音域,不過矯枉過正的話將"損及自然性"。在這種情況下,正面軸上特性以外的指向特性,無論就音質上、失真上、定位之點而言有舉足輕重之功用。

  低音域視喇叭放置的方法,在某頻率以下音壓階度會上升(第4圖)。如果設置在地板與牆邊,在反射性的場合下將形成鏡像,音壓及因此而提高。像為一個增+6dB,像為3個則增+12dB。實際上升的幅度較此略少,總之應積極的加以利用,由此而獲得的上升部分將依Qo(在喇叭最低諧振頻率fo下的諧振程度)之控制。或放大器的頻率特性返回最適當音壓階層。這就失真的觀點而言,對喇叭或放大器均大為有利。


  在探討立體再生時,對於音像的定位亦必須加以重視。而定位乃是依左右喇叭至聽取點的階度差、相位差、時間差而定,據稱大致在800Hz以下的聲音是由左右兩耳間的相位差,800Hz以上則由頭部的繞射,或耳垂的效果感覺出聲音強度之差。除此之外,還要加上兩眼間到達時間差、骨傳導、視覺、音色之部分和學習效果等作綜合性的判斷。假如極其簡單地著眼於階度差,則1dB的階度差所產生的定位角移動,可視為絕無僅有(第5圖),所以在該範圍之聽取位置如第6圖,又改變聽取位置時具有真實感的音像移動則為第7圖,至於為避免此種影響所需之指向性圖案應為第8圖。只要具有普通的指向性(利用不好的一面)喇叭系統,則以內涵角120°即可在較廣範圍獲致良好的定位感。在此場合下,喇叭間距離稍擴大似較宜。最近左右對稱的系統大量推出當然亦不例外。假如越重視定位大型系統就越無用,小型系統(至少亦可使單位的配置更為拉近)的好處由此即可獲得證明。

2˙喇叭的傾向

  最近廠家的一般傾向,主要在於材料的開發,相位特性的重視,乃至於成本價值效率(Cost Performance)之追求。

  振動材料以量輕韌性強為目標,業已有碳素纖維,鈹(Beryllium)金屬等之應用。根據材料的好壞+適當的損失即可獲得良好的特性。至於吾等業餘者,莫不盼望價格更低廉易使用的單體(Unit)早日推出。

  喇叭箱亦在材料方面求新求變,以SONY公司應用樹脂凝結物遮音板(Resin-Concreete Buffle)為首,最近東芝又相繼以所謂AD Concrete之名稱,仍為利用Plastic-Concrete做為材料的製品上市發售。總之,今後各公司所發表的不外朝著適度的重量,韌性強與高損失的目標發展。吾等業餘者根據這些廠家所發表的資料與結果,對於本質上造成良好結果的原因有待於努力善加利用。蓋廠家未經推出的東西之中依然有被埋沒的珍物,諸如無限大遮音板,不至於搖晃動盪的固結式的音箱,或鉛板製的Player-Board......。甚至於書櫃式(Book-shelf Type)的喇叭系統,亦都是為了使用方便(因地制宜)而設想者,最低諧振頻率(fo)與感度難免因而犧牲。所以應配合自身的環境裝在足夠大的音箱內,已達到那令人感到懷念的、舒暢又柔和的、富有低音再生為目標才是正確途徑。

3˙關於音質

  系統裝組到最後就是自己耳朵的事了,先別管喜好時尚的問題,應該聽聽與好的差別在哪裡。

  談到個人喜好的問題,可分為一般所說的古典派與流行歌曲派,寫實派與氣氛派,或音質派與音樂派。其原因完全在於所持立場各異,但是朝高級Hi-Fi音質的正確途徑並無二致。開始對於採取何種立場先要有所決定才便於彙集。最好當然能夠二者兼顧,不過還是按步就班為宜。

  如果把表現音質的詞句予以分類,不外乎1.優美的 2.生動有力的 3.清脆的 4.柔和的四項因素。各位常用的用語亦不脫此範圍。

  還有頻率方面,對於著重於什麼頻帶亦要妥為考慮,再加以試聽整理,辨別該系統之差異就更能瞭如指掌。

4˙試聽室

  如果了解實際聆聽音樂的房間特性,就可以明白對自己想要放出的最大音壓,應採用什麼樣的喇叭系統(感度、最大輸入),或放大器的有效輸出應為多少才適宜。如果又知道房間的傳播特性,便能訂立恰如其分的對策。其實對殘響時間R.T不加以測試就不得而知,無從下手,以下將根據大致的"標準"進行探討。

  東方式的房間,一般殘響時間都較平直約為0.2秒。西洋式的房間以鋼筋水泥的場合而言,300Hz~400Hz以下將上升並達0.5~0.6秒,400~3KHz為0.3~0.4秒,4KHz以下有些下降的趨勢約在0.2~0.3秒之間,又東方建築的洋式房間大致平直而以0.2秒左右居多。如上所述,東方式房間的殘響時間似乎較佳(反過來說即遮音太差),洋式房間則對低音域有不良的影響。假如得知殘響時間,隨後就可由間單的計算求出房間常數R,以及音壓階層隨距離而降低的情形。在此特將其衰減情形概略表示於第9圖。例如無響室等可形成完全自由音場,距離加倍音壓降低6dB(R.T=0)。至於殘響室則形成擴散音場,無論距離多遠音壓亦不會降低。普通的房間剛好居中,雖然在喇叭附近音壓隨距離而下降,但距離4~5m以上衰減情形就不太顯著。以普通的聽取距離2~3m而言,衰減量大致在6~7dB(對1W,1m的音壓階度言),最大亦不致超過其倍數的12dB。何以距離多遠音壓也不降低?這是由於來自地板、牆壁的反射音相互混合所致。不過,相離太遠以致R.T過長的話,就不知聲音從何處而來,至於有反射性的物體挨近,卻具有聲音來自該方向之感而顯得不自然。

  為了殘響時間的控制須施行室內吸音處理,茲擇其要點概述如下,即應將吸音材料(防止極低頻之駐波為目的者除外)廣泛散佈於室內。喇叭設置面的牆壁應以反射性又堅實者。正面兩側的牆壁左右應對稱。吸音處理"應把重點放在低音(300~400Hz以下),並使高音域(4~5KHz)具有稍長的殘響"(蓋一般的情形因低音域之吸音處理困難而高音卻吸收過甚之故)。高音域的吸音可在背後利用窗簾加以充分控制。普通的住家應將R.T稍微縮短較適宜。原因是配置在室內的材料諧振音的質不太好。尤其是越寬敞的房間,一般都使殘響時間(R.T)延長,以致令人為此影響而感到擔心。除了上述要點之外,正面宜以堅實具有殘響(Live),背面殘響宜少(Dead)為準,天花板呈大波浪形,秉考慮中高音的反射與利用頂樓空間之間的低音域吸音。而且為了遮音的關係多半都緊閉房門使用,對於換器與室內溫度調節尤須注意。冷氣機是一件相當麻煩的東西,從別的房間利用消音管引導進來最理想。安裝在同一個房間時,應注意安裝壁面的強度足夠,還有裝置與壁間的制振處理(墊以橡膠板等)方具效果。

  遮音的問題也是件大事。一般家庭實際的最大音壓階度,其實還是要根據不致引起噪音公害之界限加以決定。侵患鄰居的安寧,難免惡言還報。嚴重的話很可能闖下殺身之禍!?

  遮音不良亦即表示外來噪音同樣容易侵入,系統的S/N悉依此而定。遮音完全取決於材料面密度m=p。h(p=密度,h=厚度)。實際上無法獲得如計算結果的遮音效果,其原因多半是由於來自隙縫間的漏音和固體傳播音所致,此外拿它沒辦法的似乎就是天花板。

5˙有關喇叭之說明

  現在仍舊以動電式喇叭(Electro dynamic loudsperker),即俗稱磁鐵式喇叭為主流,構造是在永久磁鐵形成的磁路空隙間,藉制振器(Damper)支持音圈使其經常位於空隙之中心,此音圈再連接於紙盆,紙盆的另一端終止於邊緣(Edge),結構就是如此簡單,而且吾人真的靠此欣賞到何其優美的音色。決定喇叭的音色之主要原因,假如振動板是在一體振動(Piston-Motion)的範圍內,則依最低諧振頻率fo與諧振銳度Qo而定,實際上並非完全的一體振動。通常12"(30cm)在400Hz~500Hz,8"(20cm)則在700Hz~800H左右。此領域既非一體振動,亦非所謂分割振動,即安裝在箱子時,由於箱子剛性(Stiffness)的非直線和非對稱性與喇叭振動板的脆弱度引起低次失真等所發生者,在音質上有低音域分離不良和嗚姆聲(如哄睡小孩發自鼻孔的搖籃曲哼聲之感)。不耐曲折之喇叭應避免裝在完全密閉箱和小型箱子。現在量輕、剛性高而於曲折震動發生時,仍能再生無缺點聲音之振動板受到追求的道理在此。以分割振動為起因,中高音域的音質更加受到紙盆材料的影響,同時音質亦因紙盆邊緣支持部的不同而變,尚有許多錯綜複雜的要素構成。基本上由於音色在一體振動領域與分割振動領域不相同,所以在使用全音域喇叭之場合必須有此覺悟。全音域用的好處在於一致與音像定位,並非在於統一的音色與平坦的頻率特性。為了儘可能在一體振動領域下使用,並避免指向性惡化起見,進而為求音色之統一與再生頻帶之擴大,無論如何都應採取多聲路喇叭方式(Multiway loudspeaker System),由不同型式的喇叭達到各頻帶再生之目的。基於此種需要,遂有低音用喇叭(Woofer)、中音用喇叭(Squawker)、高音用喇叭(Tweeter)之分,又為了配合使用目的而有圓錐形(Cone Type)、號角型(Horn Type)、靜電型(Electrostatic Type,即Condenser Type)、放電型等形式各異的喇叭發展出來,在音質上就可分別利用其各自的特長。

5-1號角型

  特長在於感度良好與獨特的音色。音像對頻率之移動較其他的型式為大,聽取位置必須距離喇叭單元足夠遠,否則會有不適之感。代表性的指數曲線形號角(Exponential Horn)最具平坦的特性,大致上可根據第10圖諸式加以設計,在基本上Front Loaded Type(利用喇叭背面的聲音,Horn裝在紙盆背後者)與Back Loaded Type並無二致。家庭用的角型喇叭,對於設置在室內何處應妥為考慮,從開始就應該利用壁面、壁櫥將整個尺寸設計的小一點。還有驅動單體(Driver Unit)宜使用振動板堅實能勝任Horn Load之物,或採取適當的補強。一般自行製作之場合,號角材料質地不結實,制動不足的情形居多,所以需要利用煤焦油、油黏土來加以制動,有時連市售品也藉此產生巨大效果。敲擊號角時勢必發出響亮的聲音。就全體而言失真雖少,但隨著接近截止頻率失真卻驟然增加。而且指向性決定於開口直徑之點仍需注意。

5-2半球體型

  此型喇叭是應音質與指向性之需要而發展出來的,惟全般的效率欠佳。因口徑小需取得足夠的振幅,而且由於支持系和受制於背面空腔效應的非線系之關係,失真卻隨著愈近fo而增加。半球體部的制動困難,因此有在半球體部裡面裝入吸音材料,或在磁極(Center Pole)開孔予以制動,並進行柔順性(Compliance)之調整。

  此型喇叭有柔性(Soft)與硬性(Hard)之分,前者之振動板是以布浸泡制動劑製成,用手指觸摸有"軟綿綿"之感,居然能夠藉此產生高音頗為令人讚佩。就音質方面言之,雖有柔和之感但頻率特性卻伸展不開,所以偶而有超高音域不足之感。後者則以如何伸展至高音域,或有效發揮材料之音質特性取勝,以量輕、剛性高最合乎理想的鈹(Beryllium),雖然人們對其毒性仍存有戒心卻已為人所利用。一如往昔所用的材料,則有Duralumin(一種輕而堅固的鋁合金),Titanium(鈦),Mylar(即Polyester)等,在音質上各有其特長。

5-3靜電型

  以其振動膜的輕量度與音質上無缺點見長,因此得以再生清脆又柔和的聲音,惟因在基本上驅動力微弱而有難以盡如人意之處,振幅亦不能太大(會產生失真)致使最大音壓降低。假如增大面積以為彌補這些缺點將使指向性惡化,所以不得不使用多數口徑小的單元以增大面積,對音像定位卻有不利之處。非採推挽構造驅動者失真率方面極為惡劣。但是其音質之優異,彌補種種之缺點已過之而有餘,所以至今尚有好此之音響迷。

5-4全面驅動型

  振動膜為一薄膜,裝在薄膜上導體通以電流驅動的作用原理則與動電式(Electro-Dyanmic Type)相同,因此彌補了靜電式的缺點,並繼承音質上原有的優點。基本上多半連分割振動領域亦加以利用。假如對該模式(Mode)的考慮,制動都以活化音質為重將是一種值得寄望的喇叭。

6˙喇叭的選擇方法

  正如選購擴大機時著眼於最大割削電壓,超高音域與超低音域的穩定性一樣,盡管說已邁進了高輸出放大器時代,喇叭之選擇仍舊以最大輸出音壓與30°頻率特性的頻帶寬度,平坦度為重。

  但是在此覺得有些進退為難,如果要以此為出發點,事後還要經過種種改動,實在為無所適從而苦惱的話,不妨先完成音域用6 1/2"以下的單聲路喇叭系統(One-Way Speaker System),並以此為起步,希望對價廉物美、發揮長處的秘訣、運用自如的方法、對於全體音質之想法、音像定位、平衡,以及對最大音壓的感覺等應重新予與評價,然後依照下述的步驟,採取超然無我的立場,或加入自我主張的立場進行。

  建立一個系統時首先得重視均衡問題。各頻帶無論是階度方面或音質方面都需要一致。試聽用的音源(Program Source)最好使用詳知其內容的東西(自己現場錄得者最佳)(蓋對白色雜音與美女的聲音可瞭如指掌)。並且容易辨知差異者先行試聽。又聽熟的全音域單聲道系統,務必利用做湊組雙聲路(Two Way),三聲路(Three Way)時試聽比較之對象。尤須特別注意之點,就是需要在實際聆聽的房間,安放喇叭的位置產生音響。至於市面出售的喇叭系統係為兼顧無響室特性與試聽室特性兩立組配而成的系統。那是經過多少次反覆組配以及努力才得以完成的。而我們完全是要擺設在自己的房間聆賞,未必能完全合用。甚至有失去平衡的可能性發生。當然不致於連基本的素質亦改變,但卻有極顯著缺陷產生。本來無響室特性良好的東西無論持往何處均無問題才對,但是吾人欲裝組系統時,不能一味根據特性選擇喇叭。開始就需要覺悟將遭遇失敗。要言之,即貴在於有耐性肯努力,而且應組配一次看看。在那種過程中所養成的耳朵(聽感)即使對於無響室特性完成良好的系統並非不可能。雖然總覺得有些矛盾,不過矛盾中如果含有若干事實存在,當不攻自破。

7˙喇叭特性的認識

  雖然有許多的特性被發表,但是全部所表示的只有一點點與喇叭的性質有關,而且絕無直接表示說"這是"。首先應該了解喇叭所必要的特性是音壓頻率特性、指向特性、高諧波失真特性,還有阻抗特性。根據頻率特性得以判斷全體的音質,並決定使用頻帶,由30°指向特性見其量感。阻抗特性可藉以求出最低次諧振頻率fo和諧振銳度Qo。還有在相位反轉型音箱(Bass-Reflex Enclosure)之場合,可用以判斷相位反轉(Bass-Reflex)的效果。在建立複聲路(Multi-Way)時,跨越頻率(Crossover Freguency)和網路元件之值係依失真、指向性、阻抗而定(第11、12、13圖)。

  最能表示出暫態特性者有Tone-Burst特性,但是與聽感上的清脆度,制振效果似乎不太一致。遺憾的是所有的特性都表示恆定狀態特性。反之,f 特性上的山谷起伏若分別視為一種諧振,則其原樣便與暫態特性相互一致。諧振銳度Qo與振幅半減時間則有Qo=Fo×τ×π/0.69315的關係,若Qo相同則頻率越高衰減越快,同一頻率則Qo越小衰減越快(第14圖)。又Qo=0.5表示臨界制動。最近脈衝性響應(Impulse Response)特性,或其響應經由Fourier變換求出振幅特性與相位特性者亦有廠家加以測試,特別是相位以ω予以微分的頻率群延遲特性是一項頗饒趣味的資料。


  喇叭失真的發生原因,有由制振器(Damper),紙盆邊緣支持部(Edge),磁路的非線性、非對稱性所造成,以及由指向性與振幅所引起者。非直線失真是由振動系的非直線性所產生,一般均測試二次、三次高諧波失真。若以音樂作對象取最大輸出音壓階度的檢知率為50%,必須將失真率抑制在約5%以下,又在有效值階度下檢知率取5%失真應抑制在約0.8%以下(第15圖)。至於小型密閉箱等,由於紙盆的強度不足會有低諧波失真發生,即形成所謂閉塞的音質。調變失真除了非直線性所發生者外,尚有以外的原因,前者可由高諧波失真相同之對策加以解決,後者除了改變喇叭的口徑,採取複聲路外別無他法。由Doppler效應(Doppler Effect,註:發音體發出聲音之同時若一面接近或遠離受聽者,受聽者將分別聽到比原來聲音頻率為高或為低的聲音,這種現象就稱為Doppler Effect)所引起的頻率調變失真乃以低頻域之振幅增加為直接原因,高頻域由於此振幅受調變而發生,指向性所引起的振幅調變失真,係因高頻域的指向性太差所生,低頻域上搖動不定的指向特性是由於調變某一方向上的高頻域階度而發生。因此在形成指向性的凹谷之方向調變率變得特別大。

  這些資料與聽感相關聯的研究,始終不斷地進行著,但是仍舊未能窮極到頭。

8˙音箱

  喇叭系統最感棘手的似乎以低音再生為首。瞧那龐大的箱子,其實還不是為伸展低音再生界限而著想。為了使後面放射的音壓,不致繞到前方抵銷掉,遂有完全封閉起來的密閉箱,背面音壓亦積極加以利用的相位反轉型(Bass-Reflex)與Back-Loaded Horn(註:即在紙盆之背面連接Horn,讓低音域由此放射,中高音域由喇叭直接放射之型式,通常均使用Folded-Horn)等。此外尚有Front-Loaded Horn,Drone-Cone(註:意指安置在Bass-Reflex Enclosure開口部無音圈之紙盆,此Drone-Cone具開口質量之功用,藉共鳴時之動作放射低音),TOWT,ASW,Rabirinse,還有無限大遮音板(Baffle)。總之不必要的音響應予閉封,而音箱所產生的共振音和駐波應予制動或補強。至於要想絕對防止共振則非費九牛二虎之力是無法奏效。由於這個緣故,反正共振是免不了的,所以亦有採取如何利用共振產生音響效果的立場。

8-1遮音板

  雖然無限大最合乎理想,其實是3×6尺(膠合板一塊)程度的東西,可嵌入牆壁內,大致上在喇叭之中心至邊的距離為λ/2會有6dB的峰形成,而該頻率的1/4之範圍內可視作再生頻帶。正方形板至各邊的距離不同的話可使因干擾而引起的山峰凹谷減小,就音質上而言頗能再生毫無缺點的聲音,以及具有衝勁的聲音。因為外形龐大,廠家絕對不會產製出售,所以才值得一試(第16圖)。

8-2密閉箱

  這是音箱的基本形式,只要能容忍箱子的龐大體形便算是失敗最少的一種。Qo以0.5為臨界制動,0.7為平坦的特性,聽感上在1.0左右仍然無礙。Qo與低頻域特性,以及設計值與音箱鎔基不同時的特性變化表示於第13圖與第17圖。音箱的容積連隨後之補強措施估計在內可增加5%左右,又fo、Qo稍高的情形都能利用吸音材料使之降低。譬如說等效質量mo加倍(2倍)的話,fo為2倍,音壓則降低6dB。為增強振動板強度,降低fo,而對紙盆施以補強,或塗以樹脂時之趨勢完全基於此道理。音箱的剛性(Stiffness)比例於振動板半徑a的四次方,口徑越小fo的上升越小。但是感度受a2之影響,為取得同一音壓卻對振幅方面不力。實際上在聽感上有時無法獲得根據房間特性計算一樣的結果。根據經驗,箱子的大小應比依喇叭單體計算所得的最適容積V稍大為宜(第18圖、19圖)。

8-3相位反轉型

  相位反轉型音箱(Bass-Reflex Enclosure),如果就同一再生頻率考慮,可以比密閉式容積縮小為1/3,最低再生頻率f延伸至fo2,又低音域之失真也可以減至fo/2的頻率。暫態特性由於利用開口部(Port)與音箱的共振,所以略微惡化,但是妥為設計的音箱在聽感上是不易判斷其差別。如何使Bass-Reflex開口部出來的高音不致遲延,及對內部駐波的處心積慮即為設計此形音箱之要訣。開口部的形狀應稍為呈長方形的程度,如果開口過於細長,阻力勢必增加而低音域就不能如願的延伸。

  相位反轉型音箱絕對需要調整,因此須依第19圖所示之方法測試阻抗特性。使用喇叭的Qo過大,或因相容積與開口之長度不適當時的特性表示於第20、21、22圖。阻抗應調整到與圖中之阻抗曲線一樣。因為事後要增大箱容積,或加大開口部不易,所以預先應把容積約增加5%,開口面積亦加大數%。相位反轉型在超低音箱的剛性為0,喇叭有晃盪不定的現象,必須在放大器的輸入予以截止。此外相位反轉型,在有效動作範圍內亦會有與密閉相同等以上的內部音壓,結果即有相當的力量加諸喇叭與音箱,所以還要加以充分的補強(第23圖)。

8-4其他

  最近流行的Back-Loaded Horn,就大小而言如果低音域特性充分就有普及的可能性。音管(Horn)的設計與簡單的例子均表示於第10圖。

9˙喇叭箱

  使用的材料為普通的柳安合板或單塊木板。對箱材料所要求的特性,不外乎結實堅固且不起共振作用,茲依數式簡單研討如下。普通材料中的縱波傳播速度可表示如下:

即悉依材料之楊氏係數(Young's Modulus)E與密度ρ而定。此C之值就是辨識材料之強度最方便之數值,因為只看楊氏係數而似乎顯示夠強之值,一旦換成C(蓋密度增加E亦變大)就無顯著的不同了。一方面,傳播於板上的曲折波的傳播速度是比例於√ω(ω=2hf),而且頻率降低速度亦減慢,並隨C與不同的頻率而變化,因此諧振頻率變得格外低。在此為掌握全體之效果,特就因共振而產生的Mode數(以小為宜)N研討如下:

  由上式之關係,可知板厚度厚,E/ρ即變大(C大)。又最低次的板諧振頻率亦隨CK變大而愈趨高的頻率。如考慮共振時的振幅,則以有重量的材料較有利。使用於唱機轉盤(Turn-Table Board)和最高級喇叭系統的人造橡膠(Buna)合板,用作箱材是相當優秀的。最近對於使用合成樹脂的材料也有相當的研究。且說,假如我們打算絕對不讓起共鳴的話,製作混凝土的遮音板和箱子也相當有趣(但是要有不做二度更動的打算始可?)。50L前後的箱子做起來較簡單而且不致發生特別的問題,若超過100L不僅板厚要減薄,抑制共振就越費事了。箱子當然越小就越堅固,所以使用小口徑的喇叭裝入小型又牢固的箱子,把fo的上升略為抑低,最大音壓雖然有所犧牲,略為挨近一點聆賞顯然比較有利。

  茲將結論歸納如下:

1.)使用板厚的箱子,其補強應相當牢固方能收效。

2.)補強與吸音材的相互併用,可使板振動、駐波減少很多。所以非以大音壓鳴響之物的話,可用6mm板厚之物。

3.)fo、Qo可利用吸音材料使之降低。但是應注意Qo不可過於降低。最高只能降到音箱的剛性SB為1/2。

4.)關於駐波應事先加以補強,只要把適當開好10cm左右的孔的板安裝在箱子的中央附近即可。這種形式的補強如果可能的話,箱子的外型尺寸就不在乎了。惟獨相位反轉型音箱(Bass-Reflex Enclosure)不能裝入太多的吸音材,倒是對於駐波的Mode需要特別注意。

5.)由於箱子的外型而產生的繞射現象將湧現於正面軸上,30°方向與60°方向只產生2~3dB的起伏變化,即使是正方形板只要妥為考慮喇叭的安裝位置也可以使起伏變化在1~2dB內(第24圖、第25圖)。從喇叭至邊端的距離為λ/2的奇數倍即形成峰,偶數倍則呈凹谷。λ/4已下按6dB/oct減少,又高音域則穩定在+6dB/oct。正面遮音板形狀或帶點半圓型(γ=5cm左右),或隅角削成線狀直落(第26圖)對補強不無幫助。



6.)喇叭若由外側安裝的話,可避免因空腔效應(Cavity Effect)所引起的不良影響(第27圖、第28圖)。

10˙喇叭系統之組配

  假如你對全音域型喇叭完全運用自如的話,接著自然想搞多聲路系統(Multi-Way System),所以必須採取聲道放大器方式。或於主放大器之後利用網路(N.W)分割之方式。

  音樂和聲音的能量分布,低於600Hz大致呈平坦,高於此頻率則按-12dB/oct減少。從而加諸中、高音用喇叭的輸入,其承擔的頻帶愈高(交叉頻率Cross-Over Freguency愈高)則愈小,較為簡單。唯對於瞬間性的輸入,係原封不動的加入需加注意。假如在全輸入功率之內,分割後加諸各單元(喇叭)的功率比例,係依fc與N.W之斜度而定。12dB/oct的N.W當fc=2KHz加於高頻域的功率WH約6%,加諸低頻域的功率WL則為94%。又fc=1KHz時WH23%,WL=77%。

  N.W本身的設計假如根據參考文獻的話,此處則示低通帶(L.P)及高通帶(H.P)濾波器的振幅與相位的關係(第29圖)一般常用的12dB/oct之濾波器如果按-3dB為交叉點加以設計,因HP與LP相位完全相差180°,所以會產生尖銳的急降(Dip)。像這種情形使彼此的fc偏離而在-6dB點交叉,並且做逆向接續反得好的結果。此外在實際上喇叭之特性尚有峰谷,尤其在高頻域界限頻率以上因特性下降,假如在此附近使之交叉,將有此部份之相位變化添加,以致在與設計值不同的頻率上出現峰、谷。加之,這些N.W的設計是假定以電組為負荷而設計的,所以實際的喇叭阻抗(第12圖)隨頻率變化而異。為了避免其結果與這些設計值不一致,fc附近振幅特性的隆起亦有將修正電路並連在喇叭上。

  至於重要的fc端視頻率特性,失真與fc而定。並根據各單元(喇叭)的口徑所決定的指向特性以(Ka=1~π)座為高頻域界限。或根據fc以高於其2~3倍的頻率作為中音域,高音域喇叭的低頻域界限(第30圖、31圖)。依此標準在頻率特性方面當可獲得組配良好的系統,不過對於音質上並無實際的關連。所以(1)應以較近似於音質要求的頻率作為fc,(2)並配合音壓階度。此時可利用振盪器送出正弦波,首先校準階度(有微音器與指示電表亦無不可,但應具離喇叭10~20cm)。其次再校對音質。然後使頻率掃標(連續變化)辨聽音色的變化。純音(Pure-Tone)方面的實驗將受到房間的駐波和反射波的影響,以及各單元件間相互干擾之影響。須加以注意。再說上面的調整,配合全音域型系統的試聽以聲源詳加比較的話,組配起來就頗為容易。但是fc加以種種變化進行實驗相當費事,如果以聲道濾波器語聲道放大器(設法借用,或製作簡單的代用品)則fc之變化就輕而易舉,而且亦不會受到負荷阻抗之影響,組配就更加容易了,其後再決定N.W的話有時反而要快。

11˙放大器與喇叭的關係

  由於喇叭與喇叭系統的輸入阻抗不是定電阻,所以會導致放大器穩定性的惡化。而且所接續的負荷電阻(4Ω以下)過低的話,將引起振盪或使交叉失真(Cross-Over Distortion)增加。

  就電晶體放大器的場合而言,輸出隨負荷電阻而異,假如暫且不管穩定性問題,則輸出電壓可以說幾無變化。

  放大器的制振因數(Damping Factor)與喇叭的Qo之關係表示於第32圖,可以說都不必放在心上。放大器的輸出既使串聯接續於8Ω的電阻亦只變為兩倍弱的Q0值。並且亦有串聯接入電阻在聽感上獲得較佳結果的報告(不僅是Qo,聯高頻域特性,放大器的穩定性都會變化,獲得改善的理由不詳)。

  根據以上所述,喇叭係採定電壓驅動而設計成具有適當的Qo值,而且特性全體又呈平坦(第33圖)。D.F.因喇叭之阻抗特性而下降十頻率特性由中音域至高音域的廣泛範圍上升。又因定電壓驅動之故,加諸喇叭的功率恰似喇叭的阻抗特性倒反一樣,fc減少而高音域特性亦減少(第34圖)。

  尤以電晶體放大器為然,既從有效輸出起失真率驟然惡化,但喇叭方面失真率卻呈逐漸惡化,所以放大器的輸出必須較喇叭的最大輸入為大(第3圖)。而且一用峰階指示表監視以防超過最大輸入。

結語

  無論如何,總需要某些數式為輔,相信這樣才有助於迅速正確的理解。希望各位從以上所述之概論把握住若干要點。如此一來即可向最高級音質挑戰。此外仍需經常博覽有關音響的專注與雜誌。

  既然各位都心甘情願的跳進音響的泥沼之路,不妨把它視為一生的樂趣。絕不可畏懼失敗。應始終表現出業餘者勇往直前的本色。

  既使遇到徒勞無益的情況不可氣餒,"跌倒了"亦應勇敢的振作起來,就像你夢寐以求的"LADY"一樣,有一股令人依戀不捨的魅力。


轉載無線電界月刊1976 2月號第34卷第2期 喇叭系統入門總匯/何中庸

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