SB:你是否在處理立體音像和與其他相關的問題上遭遇過困難?

RC:是的,早在50年代末期到60年代之間我們剛開始進入立體的領域就碰到了,我能很清楚的分辨出哪些喇叭具有比較好的立體音像,但是當時沒有適當的工具來做定量化的測量。喇叭的一個缺點是:除非你在無響室內試聽,否則你無法了解喇叭本身的表現如何。因為你聽到的聲音包括了直接的和由牆壁反射回來的聲音。

  我們能做到的是以一段良好的演說錄音在一個近乎聲學平衡的房間內試聽,然後聽聽看聲音能否保持一致,亦或隨著音頻的變化而發生偏移。我還記得當時想盡辦法來測量音像的變化,並且找出癥結的所在,結果只是發現有些喇叭的音像很清楚,有些則否;此外有些監聽喇叭的音像也比別的好。

SB:這種音像的差異是發生在相同或不同的監聽喇叭?

RC:這種差別存在於不同設計的喇叭,相同設計的喇叭就不會有這種差異。我們了解這一定與頻率響應及分佈(distribution)而非分散(dispersion)有關。很多人都錯把代表高頻傳播角度的分散(dispersion)來代表分佈(distribution)。

SB:你是如何發現音像和分佈及頻率響應有關?

RC:我真的體會到這點大約是10年前在巴黎的展示會上,我們再當地的代理商有一間很大的試聽室,他們把我們所有的喇叭靠著一面牆堆再一起。我和我的技術主任Laurie Finchem一起籌劃會場的安置,我發現其中一對相當暢銷的落地型喇叭聽起來很差,Laurie Finchem也有相同的感覺,那對喇叭釋放在所有堆在一起的喇叭的最下方。我當時直覺的認為是音源錄的太差了,可是在換上了演說的錄音後我發現問題不在音源。不過到底是因為其他喇叭的干擾,還是這對剛好有問題,或者是房間的音場,還是因為放大器的關係就不曉得了,於是會後我把這對喇叭運回工廠。

  這對喇叭是我自己的產品,分頻網路則是以老式的「嘗試錯誤」(cut and try)法設計的:你先從基本的網路開始,然後修正成更換零件來設定分頻點,同時要考慮到不會使放大器的負載太低,還要有良好的頻率響應,最後還要聽得很滿意,直到四個條件都滿足了才算完成。

  喇叭運回工廠後,經過Laurie 詳細的檢查,發現這對喇叭完全在我們所要求的規格內。不過他發現在垂直面的主軸上的音質和其他的角度有很大的不同,把喇叭放在比較高的位置和放在地板上兩者的效果完全不同,不但低音不同,連中高音都不一樣,我們認為主要是因為中頻響應在不同角度下的變化所引起的。

  我們發現在聆賞軸(Listening axis)和測量頻率響應的測量軸上聲音的特性並不一致,同時與聆賞軸和測量軸不同的主聲軸(principle acoustic axis)在分頻點附近因為相關單體的相位關係改變了,響應的極座標分佈也會有很大的變化。

  這種情形和無線電接收的情形一樣,只要研究過天線的人都知道:如果將相位延遲或提前都會影響天線感度的座標分佈。

SB:為什麼你或是其他的人沒有一剛開始就想到這點?

RC:我也不知道。我們了解這種現象,但並沒有馬上想到兩者間的關連。我還記得很久以前我們替BBC設計的一支監聽喇叭LS5/1A,用了兩支垂直排列的高音喇叭,這兩支喇叭能充分的應付中頻的能量。這個系統包括了15英吋的紙盆和3/4英吋高頻單體,這之15吋的單體能安全的工作到1.5KHz,而1.5KHz對高頻喇叭來說則嫌低了,不過把兩支垂直排列以後就能輕易的達到低至1.5KHz的頻率響應。但是這樣卻引起了另一個問題:兩支喇叭垂直排列以後在數KHz範圍頻譜的分佈會有嚴重的起伏。

  於是我們利用相位移遲的方法將一支高頻喇叭的頻率響應減,相信你也知道如果將一支單體的相位延遲後,極座標的分佈在分頻點附近就會向下偏一點,我們選擇讓分佈下偏是因為錄音室都有地毯,通常不易有強列的反射。

SB:你如何改變設計的過程相位的?

RC:我們把目標放在聆賞軸,我們的喇叭在聆賞軸上有最佳的相位反應。

SB:你們使用哪一種分頻網路?

RC:分頻網路的選擇是基於我們希望達到的效果,網路的結構決定了系統的規格。發燒友通常只相信簡單的一階網路,但是僅有一階是不夠的,因為6分貝/每八音度的網路通常在輸出的部份需要經過放大,所以6分貝/每八音度的網路比較適合電子分音或主動分頻網路。

  標準的12分貝/每八音度的網路也不合適(二階),因為分頻點附近的相位變化一直是個問題。通常要用3階或4階的網路才能避免一些不必要的副作用,例如分頻點附近的突出。

  你不能單獨的考慮分頻網路,你必須要考慮單體及音箱的結構。我們是利用目標函數漸進法"target function approach"。你先問自己我希望這支喇叭有哪些特點?頻率響應如何?然後把單體裝在你決定採用的形狀的音箱裡,測量裝箱後的頻率及相位響應,和目標函數相減,兩者間的差就是分頻網路必須做到的部份;你設計的網路必須完全彌補目標函數和原始系統間的差。

SB:實際的線路是否很難達成這個目標?

RC:一般來說,還算容易。偶爾我們也會碰到一些特殊的情況,需要在線路中加上額外的零件來解決因為音箱外型所產生的峰值或衰減。喇叭生產的秘訣就是要使產品的特性一致、有特殊的風格,如果你設計的網路是針對喇叭的特點,那麼所有的喇叭對你所設計的網路都要有相同的振幅、相位和頻率響應。

SB:你是如何解決喇叭高頻端無可避免的峰值?

RC:我們先從單體開始著手來解決這個問題,在英國的市場上有一種喇叭在20KHz左右有一個很高的峰值,設計者則利用一個衰減的線路合併在分頻器內來消除這個峰值。可是由於這個尖峰的Q值隨著生產過程而變,所以效果並不好。

  設計分頻網路的問題之一就是電感的調整,這有兩個困難:第一,這樣調整後的網路必須要求單體的特性不會隨時間而改變,否則一段時間後,兩者會無法和原來一樣匹配。第二,如果你更換單體,往往與原來的網路不能完全匹配。另一個問題是頻率越高,阻抗隨之降低,頻率到達35KHz時阻抗往往只有1Ω左右,很容易觸發保護線路。

  在確定所有的設計能在聆賞軸上有理想的效果後,下一個問題是要保證兩支喇叭的頻率響應必須相同。我們利用電腦控制的過程來匹配喇叭的響應,結果使立體音像有了大幅度的改進。

SB:你們從什麼時候開始替BBC做監聽喇叭?

RC:在70年代BBC正在實驗H矩陣四聲道傳送系統,他們需要四支匹配的喇叭在中頻的範圍誤差不超過0.25分貝。由於我們正好進入電腦化的階段,所以我們就接下這個設計。BBC把這四支喇叭裝在Royal Albert Hall的試聽室裡,結果相當滿意。因此增加了我們的信心,線再我們的每一對喇叭都是匹配過的。

SB:你們怎麼匹配喇叭?

RC:我們把所有的單體分級,然後以電腦每94支一組找到靈敏度和頻率響應最匹配的,如果有一支單體無法配對,我們就淘汰掉。

SB:匹配的標準是什麼?

RC:兩者差不超過0.5分貝,我們可以把標準訂的更嚴一點,不過對一般家庭使用,0.5分貝就夠了。對每一對低音喇叭我們還要配上中、高音喇叭,然後配上分頻網路,裝好後再測試整個系統以確實整個選擇的過程是否正確。

SB:分頻網路所用的零件的標準呢?

RC:如果以訂好的標準來選購零件的話就太不經濟了。所以電容和電阻我們大批的買,電感則自己做。然後全部經過測量以2%的誤差為單位來分級,所以電容的誤差可能達到15%。每一個線路都經過測試,如果某一個元件使特性偏移,我們就改變另一個元件來平衡這個偏移,我們有一份詳細的分析圖來修正不合設計的零件。

SB:你們現在用什麼樣的電容?

RC:大型電容用電解電容,我們15年前就採用這種電容。美國和日本現在有很多有關電容的迷思(myth), Paul Voigt常說:「電子根本不知道也不在乎作用的來源。」對理論認不清的人總覺得電子好像在油桶中游泳的人一樣,能分辨出液體的不同。由於這些人不了解損失因素(loss factor)所以就主觀的認為Mylar比電解電容好。他們更換電容,比較試聽後認為所有的差別都是因為電容的關係。他們忽略了損失因素及所有的歧路(stray),電容都變了。電容不僅是容電的裝置,而是線性和非線性電阻和電容的聚合體,所以他們感覺到的差別只是由歧路(stray)電容所產生的。

  音響界到處有這種神話。這些人從系統中抽出一部份用X來代替,然後說:兩者的不同是因為X的關係。他們忽略了它們同時改變交互作用的條件,因而造成了頻率響應的改變。

SB:那麼你認為電解電容能滿足你的要求?

RC:是的。你要注意的是電容的品質及是否適合線路而不是電容的材料。我們是根據電容量、損失因素和誤差來買電容。

SB:你用的電容一般人買得到嗎?

RC:英國有幾家出售套件的如Falcon、Badger和Wilmslow,他們用的電容和我們的一樣。

SB:還有沒有喜歡自己裝的讀者應該知道的事情?

RC:我想提出三點值得重視的原則:第一、你一定要了解分頻網路和音箱外形的特性,所以你一定要知道生產的來源。25年以前,幾乎所有的喇叭公司都賣單體,在EV的單體和套件雄霸整個市場的時代裡,喜歡自己裝的人都是從一家公司買高音、一家買中音、一家買低音,再從第四家買分音器,然後不管箱子的外型和大小就把它裝了起來,裝好以後則裝模作樣的大吹特吹;現在大家都知道分頻網路和單體間的關係,所以也不會有人這樣做了。

  分頻網路不僅和單體有關,更和音箱的外型有關。如果你改變了音箱的外形,你同時也改變了單體到音箱邊緣的距離,喇叭的響應就會隨著改變。你在完成目標函數的時候一定要考慮這個因素,一旦使用單體和音箱的外型都決定了,最後就是修改分頻網路。

  很多使用不同單體和音箱外形的人,寫信給我們,希望獲得針對完全不同的喇叭所設計的分頻網路。這些人不了解分頻網路在電路和特性上是針對著不同的喇叭所設計的,所以第一點要提醒大家的是:分頻網路是針對喇叭來設計的。

SB:第二點是什麼?

RC:喇叭單體必需要能匹配,因為即使在最嚴格的控制下,同一系列的喇叭單獨都會有很大的誤差,如果生產的過程很馬虎的話,靈敏度和響應可能差的很多,我曾經看過相差達6分貝的一組單體。即使靈敏度相差不多,響應還是可能有很大的差別。就像老式的真空管推挽式機器,管子都必須是配對的,這個觀念也適用在喇叭上。

SB:第三呢?

RC:自己裝的喇叭一定要有保護裝置,除非你的喇叭使用的範圍遠小於安全的負荷。保護是近來喇叭設計的一個基本要素。

SB:對保護線路您有什麼建議?

RC:唯一的方法是要廠商提供原始的線路。幾年前日本的廠商曾推出形同廢物的通用保護裝置,因為他們並沒有深入研究喇叭損壞的原因──過熱(thermal overload),我們利用特殊的測試儀器來研究過熱的現象,然後才決定在何種條件下喇叭會經什麼樣的過程而損壞。

SB:喇叭是怎麼損壞的?

RC:主要還是過熱。過熱是因為輸入音圈的能量,或是長時間使音圈的熱容量過載,高音喇叭最容易發生這種情形。在我們的資料表上都列出了音圈的熱容量,這與音圈中銅的質量有關。較重的音圈有較大的熱容量,所以能吸收強烈的音樂中發出的瞬間熱量或是短暫的過載。

  對高音喇叭來說音圈不能太重,所以我們把這一個因素放在線路中考慮,使得喇叭能對音樂訊號或是不當的訊號分別處理。一般來說普通的高音單體都能承受瞬間250瓦的能量,不過即使10瓦的能量持續幾秒鐘以後都會燒掉高音喇叭。

  許多烙鐵以10W、15W的能量就能產生300至400的溫度來融化焊錫,這也就是說,只要有10至15瓦持續的熱量作用在熱容量很小的範圍裏,溫度會很快上升到焊錫的熔點,當然在音圈還沒燒掉以前就已經損壞了。大家常說音圈燒掉了,其實不然。過熱產生的破壞不是對音圈產生永久性的變形(橢圓形),就是產生氣泡狀的變化。

  即使音圈沒有損壞,接合的膠也會被破壞。同時音圈的溫度上升,電阻增大的時候,流過音圈的電流減少,使得磁鐵和音圈間的作用力也減少。此外阻抗和分頻點也會改變,這些都發生在音圈尚未燒毀以前。

SB:喇叭未來的發展呢?

RC:我認為有兩種可能的方向:第一、我們能改進生產的標準使單體的頻率響應更一致。第二、我們能大量的生產低非線性失真的單體。

SB:你認為動圈式喇叭未來還有發展嗎?

RC:是的,技術上可以改進的地方還很多,而且也沒有更好的方式可以取代。

SB:那你不認為靜電式喇叭和其他原理的喇叭會取代動圈式了?

RC:是的,這並不表示靜電式喇叭不好。只是因為靜電式喇叭基本上的缺點(如體積、離子等因素)限制了它的發展,即使在今天,市場上的靜電喇叭都還不足以產生滿足大多數顧客要求的聲壓。

  另外兩件事也影響喇叭未來的發展:第一是使喇叭更有視覺價值。現在的喇叭大都右大又醜,破壞了室內的裝潢與和諧。許多過去的用具如路易時代的衣櫃、大鐘,在沒有實際的用處之後依然以裝飾品存在。當類比喇叭被淘汰以後──遲早有這麼一天,我想絕沒有人會把它留下來做裝飾品。

  第二:使用者的方便將成為每一種商品發展的基本因素之一。如果你設計的車子已經加速凌厲、安靜無聲、快如保時捷,你一定還會加強安全、美觀及易操作,可是喇叭就很少人這樣想了。例如我們應該解決喇叭與房間的相互影響,有人已經開始利用微處理器來處理喇叭和房間之間的干擾,我們能利用微處理器和數位處理的方法解決一些棘手的問題,你將會看到我們的成績。(全文完)

轉載音響技術第102期 JUN. 1984 KEF喇叭成功的秘訣(下)/王超群 譯/

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