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第三章:音箱與喇叭系統

  在前一期我們已討論過各種型式不同的喇叭單體,有錐型、球型、號筒型、絲帶型等等;但是在實際使用時,我們卻不能將擴大機的輸出直接連到喇叭單體上,它總需要裝到音箱(Cabinet)裡。說是如此,我們又不能隨便找個箱子把喇叭裝進去就OK,喇叭音箱的設計是一門大學問,若要詳細談音箱,恐怕10期的「每月專載」都還不夠。

一、障板(Baffle)

  一般的喇叭系統都是將全部單體裝入同一個音箱內,但也有不少喇叭,像KEF的105.2,就是低音喇叭單獨裝箱,而中、高音喇叭則另外裝入一只小音箱內。喇叭是否一定要裝入音箱內?不一定,這要看他的頻率特性而定,頻率愈高就愈不需要音箱,而低音喇叭就非得裝入音箱中不可,為什麼呢?

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  喇叭發音的動作是當音圈上有音頻交流訊號流通時,音圈會隨著交流訊號的頻率和振幅做軸向前後運動;因為振膜與音圈是連著的,故振膜也跟著音圈的運動而運動。我們現在假設在空中設置一只低音喇叭,當振膜向前移動時,振膜(紙盆)前面的空氣就會受到壓縮;而振膜向後運動時,空氣就會被稀釋。由圖四十二中我們可以看出High是受到壓縮,Low是稀釋;而由於沒有裝入音箱中,High和Low會互相混在一起,但因彼此存在有互相差,故一但相混後不但互相干擾而且還會抵消。

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  為了避免這種情況發生,我們將喇叭裝在一片障板上,使得前後聲音不會相混;見圖四十三,該障板是無限大的,故稱為「無限障板」(Infinite Baffle)。這片障板當然不能無限大,要不然宇宙間就沒有地方容得下它了,障板的大小與頻率的波長有關係,波長愈長(即頻率愈低)則障板就要愈大,否則繞射的情況就無法避免。試以50Hz為例,由於50Hz的波長是3.4公尺故障板的面積要大於3.4x 3.4=11.56平方公尺;如果你要求副低音喇叭發出20Hz的超低頻,那障板面積就要大過70平方公尺!您府上放得下嗎?

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  不僅要防止前後聲音干擾,又要使障板的面積縮小,那就得使用「有限障板」(Finite Baffle)設計,如圖四十四所示,我們選取適當的長度,將喇叭環繞起來,使喇叭前後的聲音並不互相干擾,然後再將它整個圍繞起來就成為如圖四十五的完全密閉式系統。

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二、密閉式音箱(Sealed Type Cabinet)

  密閉式音箱把音箱內和音箱外的空氣完全隔絕開來,在圖四十五裡所示只有喇叭單體和吸音材料,當然實際情況並非如此簡單。由於音箱內的空氣被封死,故當振膜在不斷的前後運動時,箱內的空氣就不斷的被壓縮和稀釋,這種壓縮和稀釋的過程就和一枚彈簧的動作很像,若箱子愈小則振動的百分比就愈大,此結果關係到(1)喇叭的諧振(Resonant)頻率,(2)音箱的振動(與音箱的結實堅固與否有關);尤其是後者,更影響到喇叭的重播特性.音箱是否會振動?會的,只是吾人肉眼無法瞧出,用手摸或許可感覺到,但以電腦分析就一目瞭然;圖四十六保證會嚇你一跳!因此製作木箱除要選硬度較高的木板外(高壓塑合板比夾板硬許多),音箱內壁也要附上適量的吸音材料以防駐波(Standing Wave)產生。

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  密閉式設計喇叭,其低頻響應受限於(1)音箱的容積,和(2)喇叭單體的最低諧振頻率;換句話說,音箱體積愈小,低頻響應就愈差,使得暫態失真與諧波失真都會大幅增加。因此密閉式音箱與喇叭有些關係必須考慮到:

  (a)喇叭單體的諧振頻率Fo不能比裝箱後的整體諧振頻率Foc來得高,即FocFo。

  (b)如果喇叭單體的Fo較高,那麼可用較小的音箱;反之就要採用大音箱。

  (c)當Foc和Fo差距愈大時,可用較小的音箱。

  (d)如果喇叭單體振膜的等價質量Mo愈大時,可使用較小的音箱。

  (e)當喇叭單體的Qo值愈小時,可使用較小的音箱;但當喇叭單體裝箱後其Qo值會提高,多塞點吸音棉可略為降低Qo值。在設計上,喇叭理想的Qo值是0.707。

  (f)如果喇叭音箱的截面積是六邊形(目前百分之九十以上的喇叭箱是六邊形),則較容易產生駐波而造成音質劣化,故音箱的高寬深要有一定的比例,最好的比例是5:4:3或者7:5:3。許多人在設計音箱時往往只注意到高度和寬度而忽略了深度,音箱的深度不應小於最低諧振頻率(Foc)波長的八分之一,這要特別注意。

  (g)音箱的材料不僅硬度要夠,還要有適當的補強,並且完全密不通風。不過補強材料、吸音材料和喇叭磁鐵所佔去的空間要另外加上,通常是以5~10公升計算。

  提到密閉式喇叭,就必須談到氣墊式喇叭,氣墊式(Air Suspension,或稱Acoustic Suspension)係由AR喇叭公司創始人Edgar Villchur先生發明出來的,其原理與密閉式完全一樣,只是為了要得到更充足的低音,除在音箱裡填塞大量吸音棉外,並且在喇叭振膜上塗抹黏液增加其質量,甚或採用長衝程單體。但在理論上,氣墊式仍是密閉式設計,自然也是屬於無限障板式;而由於製造技術的進步,密閉式已完全等於氣墊式了。

  密閉式設計的重點要求是音箱體積小,但音箱小則振動比大,故需要較大的功率來推動喇叭的振膜,此即意味密閉式喇叭的效率較低。當AR氣墊式喇叭開始上市時,打著「犧牲效率換取音質」的口號,使得大部分人皆有效率低即音質佳的錯覺。事實上效率與音質是沒有絕對的關係。(恐怕連相對關係都沒有),就一般聆賞言,低效率喇叭多半略為混濁;而以小口徑低音喇叭來獲取充足的低音,也不是十分明智。交響樂團的定音鼓都是大傢伙,沒聽說有氣墊式的;故要重播低頻,還是以大口徑喇叭較為適宜。AR廠似乎也明白這個道理,該公司的新產品都已不再標榜是小型氣墊式設計。

三、低音反射式(Bass Reflex)

  在密閉式音箱上開一個洞就算是低音反射式,這個洞一般多開在障板上,也有是開在背板上。低音反射式的基本理論是認為密閉式揚聲器有一半的能量被封閉在音箱內殊屬可惜(在低頻時,振膜後面所輻射的功率為整個輻射功率的二分之一)。所以就利用反射管將低音的相位反轉再由反射管中放射出來,典型的低音反射式結構見圖四十七(A),它與密閉式不同的是多了反射管(Duct,或稱導管);而反射管的形狀則有方形、圓形、折圓形等;圖四十七(B)是另兩種低音反射式音箱結構。

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  一般人對於低音反射式喇叭的概念是音箱內的低頻經過180°反轉後由反射管中發射出來,因此低頻的音量就比較強。其實這種想法並非正確,因為既使低頻會被反射出來,其相位也不見得是反轉180°,其中可能有某些頻率被反轉180°,但大部分的低音(如果光說低音,則頻率涵蓋太廣)卻非如此,其主要原理還是在改變喇叭振模的振動阻抗;振模被改變,聲音當然有所差異。

  低音反射式的重播效果除與音箱容積有關外,還與反射孔位置,反射孔長度有關,設計低音反射式音箱時要注意下列事項:

  (a)音箱整體諧振頻率Foc能低於單體諧振頻率Fo的0.7倍,即FocFo×0.7。

  (b)由於振膜移動的振幅較小,故失真較低。

  (c)假設Foc數值一樣,則低音取反射式音箱可為密閉式音箱的60%。

  (d)反射管的直徑如果太小,它的特性就類似於密閉式設計。

  (e)反射管的長度與Foc的波長有關,如果反射管長度增加,則Foc降低;反射管減短則Foc提高。

  (f)低頻的諧振頻率可略為降低,並且暫態特性也較佳;理由是喇叭背後的聲音有宣洩之處。

  (g)喇叭單體還是最為重要,適合低音反射式設計之低音喇叭,其F0最好是在0.4~0.7間。

  低音反射式的效率較高,而且重播的低音較自然,在大型而昂貴的喇叭系統中,百分之九十都是低音反射式設計,這不是沒有道理的。

四、被動輻射式(Passive Radiator)

  被動輻射式的俗名是假喇叭(Drone Cone),如圖四十八所示,假喇叭是沒有磁鐵和音圈的,它不能承受電力而主動輻射聲音,故稱為被動輻射器。被動輻射式原理與低音反射式一樣,它是以假喇叭的振動阻抗來改變主喇叭的振動阻抗;但是它的頻率可以比低音反射式更低。被動輻射式設計時的注意事項與低音反射式同,當我們在檢查被動輻射式喇叭時,可用手壓下主喇叭,而假喇叭則會向外突出;用手壓假喇叭則主喇叭會突出,此法可檢查該喇叭箱的密閉式是否確實。

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  被動輻射器喇叭在市面上並不多見,而是多以英國產品為主,Celestion是此類的泰斗。另外是:低音反射式增加低音發聲效率是以聲學的方法,而被動輻射式是利用機械的方法,因此同樣體積的音箱,被動輻射式的低音可以做的較低。

五、前方負載型號筒(Front Loaded Horn)

  在喇叭的前端加裝開嘴大而長度較短的號筒,可提高低音重播的效率,見圖四十九,其低頻重播特性與號筒截止頻率Fo有關。號筒的主要作用在轉換聲阻抗,使物體的振動能量能更有效的傳播空氣中,換句話說,號筒就像是聲音的變壓器,使能量做最有效的移轉。

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  不過要特別注意這裡所指的號筒型喇叭仍採用大口徑錐型喇叭設計,並不同於上期所談到的號筒式喇叭(那才是真正的Horn,但多是高頻用),請讀者不要混淆。前方負載型號筒式喇叭的體積過於龐大,而且音壓甚強,故家庭中甚少使用,因此多用於戲院或較大之聽音室及露天演唱會等,故使人一想到號筒式喇叭就直覺的認定它不適合於Hi-Fi用,而僅能用於PA場所。

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  由於前端負載型大多使用短號筒,故常結合低音反射式設計以輔助低頻重播,首先採用設計的是著名的Paul W. Klipsch先生,故由他設計出來的號筒就被稱為Klipschorn,其最理想的放置是牆角;圖五十即是Klipsch號筒。

六、後方負載號筒型(Back Loaded Horn)

  為了將前方負載型體積縮小,可以把號筒做成折曲狀,一方面可增加號筒的實效長度,一方面又可減少音箱的總體積,後方負載型見圖五十一,它也是號筒是與低音反射式的組合。後方負載型的頻率可以比前方負載型來得低,並且整個頻率特性較為均勻。後方負載型(或稱背載式)的效率與低音反射式差不多,但是它的動態範圍比較大。

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  除上述幾種外,喇叭箱設計還有直接/反射式,這是BOSE的專利;另外也有Isobarik式,這是英國名廠LINN的專利。BOSE的直接/反射式設計使得喇叭系統與聆聽環境完全配合,但擺放的位置一定要經過多次的實驗才能找到最佳的匹配。Isobarik則是在音箱內再加裝一支喇叭,而且振膜朝前,目前採用這種設計的喇叭並不多。

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  英國IMF的拿手絕活是傳輸線式設計,它雖然採用小口徑的低音喇叭,但卻能獲得足夠的低頻。傳輸線(Transmission Line)設計的音箱甚難製作,故成品售價甚昂,其低頻音量甚為充沛,最適合低音愛好者使用;但切記勿以聲樂曲試聽,音傳輸線式喇叭的音色有甚多的修飾。

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七、喇叭音箱的問題

  音箱的材料固然重要,音箱的形狀也會影響到音色,圖五十二顯示四種外型,最左邊是圓球型,再來是Olsen型,這兩種比較不會產生繞射聲(Diffracted Wave),它們的頻率響應較為平直。右邊是圓柱型和方型,其頻率特性較容易呈波浪狀。目前的喇叭箱多為方型,而且障板的四邊不是平的,故較容易產生繞射。有些喇叭障板的四個邊是有弧度的,這種不易產生繞射。

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  喇叭裝箱也不是很簡單的,光是鎖到音箱上就有幾種方式。圖五十三顯示三種固定型式,最左邊是由正面裝入,為最多採用的方式;不過實際上正面裝入的障板都有挖邊框,這樣比較不易漏氣。中間是後面裝入型式,英國HARBETH就採用這種方法;最右邊則是後面裝入突出(Prominent)型,這很少見。前方裝入式較容易在喇叭邊框周圍產生繞射現象,後面裝入式如果障板太薄的話,在中頻部份也會產生空氣效應;而後面突出型是三種中最佳的。

  音箱材料的選用有幾個注意要點:(1)是質料要硬,硬到不隨音樂聲振動。(2)是諧振頻率要高,因Fo高則可減少回音。(3)不能隨溫度、濕度變化而彎曲或收縮。(4)隔離和吸音特性要很好。(5)所有刨、鋸、釘、磨光、膠沾等都要做得很好。而材料還是以木質為主,圖五十四所示是四種木材,分別是塑合板(Plywood)、木屑板(Lumber)和真正的木板(Plain)。

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  塑合板是國產喇叭的主流,它們有的來自韓國或紐西蘭,其硬度要比夾板高出甚多(中華商場有許多喇叭箱是以夾板製作)。而單層的真木板則在國外產品上較為多見,像胡桃木(Walnut)、麻栗木(Teak)等,其質地都非常堅硬。多年前曾有某些高價格喇叭採用桃花心木作音箱,桃花心木原產是非洲赤道雨林區,目前受到大氣污染,產量已大為減少。但不論採用哪種木材,其厚度一定要超過1.5公分。

  當然也有用塑膠製的音箱,筆者在十多年前曾用過一套原裝的Columbia SE-10唱盤,它的喇叭就裝在塑膠箱內。也有是用鋁鑄出來的,笙隆公司的小金剛就可以算是較特殊的。吸音材料也有許多種,早期的喇叭箱裡幾乎都是玻璃棉(大部分是黃色),而現在多用海綿、泡棉、布或是耐酸棉。密閉式音箱宜用玻璃棉,低音反射式音箱宜用毛氈類的耐酸棉;而玻璃棉的用量已在逐漸減少中,某些喇叭箱裡還裝有兩種質料不同的吸音棉!

  網罩(Grill)也不可等閒視之,它除有裝飾功能外,最主要的還是防止喇叭受損。它的網布也有很多種,但不管是布還是尼龍,都不能影響音色,而網恐也不宜太密。或許將來有一天那些PRO沒得玩了,說不定換個網罩也能發現音色大有不同!

八、分頻系統

  吾人耳朵所能聽到的頻率是20Hz~20KHz,因此揚聲器只要能重播20Hz~20KHz就成了。但如果只使用一只喇叭單體的話,則它不但要隨著低頻做大振幅的振動,也要隨著高頻做快速的振動,那可真是難為它了。因此為了提高重播音質,我們常採用分頻系統,以兩只以上的喇叭來重播整個頻段。

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(a)二音路(2 Way)

  二音路是最簡單的分頻系統,它包含高音單體(Tweeter)和低音單體(Woofer)以及二音路的分頻網路;實際使用上,該低音單體係重播中低頻之頻率。所謂兩音路並非指它只有兩個喇叭單體,因為其高音或低音單體有可能採(Series)串聯或(Parallee)並聯式;而被動輻射式兩音路揚聲系統就至少包含三個單體。圖五十五為喇叭單體並聯、串聯及以變壓器交連的情形,喇叭阻抗之並聯或串聯與普通電阻並聯或串聯完全一樣;而變壓器交連則用於PA的恆壓輸送法。

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  二音路的喇叭單體,其尺寸大小通常不會差距甚大,例如高音為1吋軟球型,則低音一定會在8吋以下,不會選13吋的大喇叭配用。並且由於它的體積很小,故又稱為書架(Bookshelf)式喇叭。其分音器可簡單到只用一枚電容器,也可複雜到用13枚元件,圖五十六就是最簡單的高通濾波器(HPF),所接單體當然是高音喇叭。這種濾波特性是-6dB/oct,即每八度音程衰減6dB,這是一階設計,其頻率=160000/(C×Z),其中C是電容器容量(μf),Z是喇叭阻抗(Ω),Ft是截止頻率(Hz),也就是分頻點(Crossover Frequency)。圖五十七是一階設計的低通濾波器(LPF),分頻點Ft=160×Z/L,其中L是電感的值(mH)。只要高通和低通的Ft相同,將兩個網路串聯起來就是基本而完整的一階兩音路分頻網路。

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  不過一階設計雖然簡單,但由於衰減率不夠,使得在分頻點附近的頻率重疊太多,故一般皆採用二階或三階式設計。圖五十八即是二階高通、低通和三階高通、低通的分頻線路,當然這都是最基本的。圖五十九是一階和二階的分頻特性,我們可以看出二階的衰減率要比一階來得陡。

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(b)三音路(3-Way)

  三音路設計至少包含三只喇叭單體,它將中低頻段分由兩只單體來負責,因此比二音路多了一只中音喇叭(Squawker)。雖然僅多了一只喇叭,但分頻網路卻複雜甚多,而且製作時注意要點也甚多,例如中音喇叭是否需要反相等。圖六十為典型的二階式三音路分頻網路,這是日本YAMAHA NS-690 II所用的。

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(c)多音路(Multi-Way)

  四音路以上就可以稱為多音路,一般的四音路多是加一只超高音單體,或者多加一只超低音單體。五音路以上的則可細分成超高音、高音、中音、中低音、低音,若再加上超低音就是六路分音。但有時從喇叭正面不易看出,因超低音有時是裝在背板上。

(d)分頻元件

  喇叭音箱內的分頻網路通常係由三種元件組成:電阻、電容和電感,有於他們所處之地為音源必經之處,故不僅數值要準確,材質也非常重要。以電容器來說,其要求是:(1)一定是無極性的。(2)能承受大電流。(3)損失要小。(4)體積要小。不過要符合上述條件還真不容易,金屬化塑料電容品質最佳,特別是PP、PC、PS......等。但塑料電容的容量往往不超過10uF,故如果需要值是100uF,那就得用10枚來併聯。以西德名廠WIMA的PP電容為例,要併聯成100uF,至少花費NT:5000元,這是國外喇叭名廠都不願意做的事。圖六十一是四種電容器,下方是Mylar型,最上方扁扁的是MEF型,都要比電解質電容來得優秀。

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  電感俗稱線圈,圖六十二即是各種電感,一般多使用空心線圈(Air Core),其要求是:(1)直流阻抗愈小愈好。(2)電流磁場不能影響到其他元件。(3)不能有諧振。所有分頻元件裡,電感是最難求也是最難控制的。

  電阻幾乎用任何材質均可,碳膜、金屬膜都可買得到,但衰減高音電平的可變電阻器就非得用線繞型的不可,因線繞型才能容許大功率,而一般碳膜型的就不可用。

九:電子分音

   剛才所談的音路系統,不論是兩音路或是多音路,他們都是使用被動式(Passive)分頻網路,元件係由電阻、電感和電容構成。現在要談的電子分音則是使用主動式(Active)分頻網路,其元件除電阻電容外(沒有電感),還有IC或者FET、電晶體,因此主動式分頻網路是要「吃電」的。圖六十三是三路電子分音連接系統,由於是三音路,故需要三部立體功率放大器。

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  主動式濾波電路如果用於兩音路時就需要一組高通及一組低通濾波器,圖六十四是其基本線路,相信讀者們看了一定會很眼熟,這在音技已出現過很多次;如果是三路電子分音,則再加上帶通濾波(BPF)。由於電子分音系統是將功率放大器與喇叭直接連在一起,而且每只喇叭單體都僅負責某段頻率,故本身特性能發揮到極致。

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  但說歸說、做歸做,電子分音系統如果調校及匹配不當則反而會弄巧成拙;因電子分音極要求電平之匹配及效率之匹配,而且花費要付出甚多。3D電子分音是最省錢、最容易裝置的電子分音系統,其方塊圖見圖六十五,它的分頻器裡有兩組高通濾波器,但只有一組低通濾波器,故其低音輸出是L+R的合成訊號,因此另加一台單聲道的後級和一支副低音(Subwoofer)喇叭就行了。

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  3D系統可彌補二音路密閉式小喇叭之低音不足現象,但製作時要注意:(1)分頻點不能高過150Hz,一般在100Hz~110Hz間,因為分頻點愈高方向性就愈明顯。(2)副低音後級放大器一定要有電平控制(或者分頻器上有),而且每張唱片在聆聽時都應調校,以求最適當的匹配。

  特別注意市面上有兩種超低音不是正規的3D系統,一是根本不用副低音後級,一是有後級(裝在喇叭箱內)放大器,但也沒有電子分音器;其效果是不改變原有小喇叭的音色,他們的最大特點是省錢。

第四章:揚聲器的測試

  我們在裝完前級或後級放大器時,常常會加上訊號產生器及示波器作波型觀測,揚聲器也是一樣,不過它牽涉的更廣,除了完成品要測試外,喇叭單體也要測試,當我們拿到一只喇叭單體時,有些參數(如果沒有原廠資料)是一定要測的,例如Fo(諧振頻率)。測Fo可用定電流法、定電壓法,在音技上蒲鴻慶先生、羅哲先生都曾談過(67~70期),或者用儀錶直接量測,頻率由低開始調,一直調到阻抗為最大時,此頻率即是該喇叭的諧振頻率......。而完成品也有幾項規格是要測的,但這非得由專業人員在專業場所測不可。

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一、頻率響應

  要測揚聲器系統,首先要有無響室(Anechoic Room),無響室裡裝滿吸音材料,它是不產生迴音的,而且不受外界干擾(汽車按鳴聲、馬路震動...)。喇叭系統的頻率響應當然以20Hz~20KHz為最好,但這是達不到的,圖六十六是頻率響應測試方塊圖,其中麥克風距喇叭軸心位置1公尺遠,然後以分析儀和記錄器繪下響應曲線,右圖是YAMAHA NS-1000M的頻率響應和阻抗特性表。至於喇叭說明書上常僅標示頻率響應而不註明以何為標準,像JIS標準係以低頻Fo開始計算,IEC則容許低於Fo 10dB的頻率開始計算。

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二、聲壓水平(SPL)

  聲壓水平的強弱代表喇叭效率的高低,聲壓水平的測試與頻率響應測試差不多,它常是輸入1W而計算輸出是多少dB,90dB/W/m即表示:麥克風距喇叭軸心1公尺,當輸入1W時得到90dB之音壓。SPL的高或低與音質無關,效率高的通常略為清朗,但也有刺耳的缺點;效率低則略為沉悶。這兩款喇叭如果一是90dB,一是88dB,那不一定前者的效率就高;因為廠商的原始標準不見得相同。就筆者所知,目前喇叭效率最低的是國產品──笙隆的小金剛,它至少需要80W的後級來推!

三、指向性(Directivity)

  圖六十七是揚聲系統指向性測試方塊圖,麥克風雖距喇叭軸心仍然是1公尺,角度卻不是平直的,而是以30°、60°、90°等角度來測其頻率響應。低頻的頻率低,故無指向性,而頻率愈高則指向性愈強,故有些喇叭在高音單體上加裝擴散器。

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四、失真(Distortion)

  有關揚聲器的失真,不管是諧波失真、相位失真還是暫態失真,製造廠商是不會公佈的。圖六十八是諧波失真測試方塊圖,一般高價喇叭的諧波失真都在6%左右,最好的也超過2%,故任何喇叭想重播完美的原音是不可能的。喇叭的暫態特性常用猝發波(Tone Burst)來測,見圖六十九,由輸出波形一看即知。喇叭的失真實在是太多了,有AIM失真,有DF失真,有CM失真。國外某些廠商在數年前已開始用雷射干涉儀觀察喇叭振膜振動情況,那種失真圖形才令人慘不忍睹!

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  五、聆聽環境

  上述各項規格都是在無響室中測試,因此亦有人大加反對,認為無響室完全不同於聆聽環境,故測試結果毫無意義。其實聆聽環境佔有極重要的地位,如果在小房間裡放一對24"的四音路大喇叭,那麼再好的喇叭都會被打折扣。聆聽環境第一要求是殘響時間(Reverberation Time)要短,最好在0.3~0.4秒內;第二要求是不能有駐波(Standing Wave)。

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(a)殘響時間

  所謂殘響時間是指當某個頻率發生並立刻停止後,其頻率之電平衰減到原電平-60dB所需的時間,圖七十即是殘響時間的解釋。大房間的殘響時間比小房間來得長,如果是音樂廳則可能長達2秒。殘響時間與房間的房頂、牆壁、地板都有關係,因此在房間四周應加上吸音材料。所謂吸音材料並非純指玻璃棉,只要是厚布幔、大沙發、地毯,都有吸音的效果,但千萬不可吸音太重。吸音效果是吸收高頻的諧波,如果房間裡一點布幔、地毯都沒有,而且地板又是大理石或磁磚,則高頻一定要略作衰減才行。

(b)駐波

  大部分的聽音環境,天花板和地板是平行的,而各種公寓的大小房間,若不是正方形就是長方形,如果房間有一邊的尺寸恰好是某個頻率波長的一半,那就容易產生駐波。設於40Hz,由於其波長為8.5公尺,而房間某邊長恰是4.25公尺時,房間內的空氣就會在40Hz產生共振。因此房間各邊長的比例非常重要,千萬不要一邊長度恰是另一邊長度的整倍數,當駐波發生時,不知情的人常會責怪喇叭的品質不好,其實有時只要改變書櫥或沙發的位置就能消除駐波。房間內長、寬、高之比,有下列幾種選擇:(1)是2:3:5,這是由交混迴響之父W.C. Sabine所提出的;(2)是1:1.6:2.5;(3)是(5-1):2:(5+1)的黃金比例;(4)是3:5:8的歐洲律;(5)是1:2:3的和音律。

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第五章 揚聲系統的規格

  在一份標準的揚聲器系統說明書上,它至少應包括有下列重要規格:

(a)系統設計方式

  它不但要說明是幾路分音,也要註明是密閉式還是低音反射式;更有些會加上是落地型抑或書架型。所謂書架型並不表示一定要放在書架上,而所謂落地型也並不絕對表示可以直接放在地板上;負責任廠商都會加註此喇叭系統之低音單體應距地板40或60公分等。像Celestion的622,在說明書上就明白表示622應距地板及背板40公分,否則低頻會模糊不清。放置喇叭時高音部份不宜過高,距離聽者耳朵水平軸應不超過20公分,否則因高頻指向性關係,會讓聽者覺得高頻響應不夠。某些喇叭的排列是低音單體在上而高音單體在下,這種喇叭不適宜家庭用,除非你把它倒裝在天花板上。

(b)頻率響應

  由0Hz~100KHz,當然是愈寬愈好,但這是不可能的,廠商的標示只能做參考,不可盡信。而有些說明書上或喇叭箱上還有該喇叭的頻率響應曲線圖,其可信度不超過60%!美國名廠JBL是不標明頻率響應這項規格的,愈是高價品愈是保留得多。

(c)系統標式阻抗

  這一點非常重要,因為與喇叭效率及和功率放大器之匹配有關。此項規格一般都有兩個數字,好比最高8Ω、最低6Ω。此毆姆數是測出來的,它不是代表直流阻抗,故以三用表量取8Ω的喇叭,所得數字往往是7Ω。另外在與功率放大器匹配時要注意,如果喇叭是4Ω,那就更要小心功率放大器是不是直流放大設計。雖然降低喇叭阻抗可使輸出功率增加,但輸出電流也提高一倍,晶體是否有承受能力,電壓變壓器是否有供應能力等,都要先考慮。喇叭系統的串聯與併聯完全同一般電阻,但當你要串聯或並聯兩對喇叭時,還得注意效率是否匹配。

(d)分頻點

  如果使用全音域單體那就沒有分頻點,兩音路的分頻點常在2K~4KHz間,也有低到1.3KHz;分頻點愈低表示高音單體要多負責中頻重播,分頻點高則表示由低音單體來負責中頻重播。三音路系統就有兩個分頻,低頻約在800Hz以下,高頻則在5KHz以上。由於分頻點與喇叭特性有關,故從數字上是看不出優劣的。如果分頻點與喇叭匹配不當(國外廠商也會設計不當),其高音單體在重播任何音樂時都只有「嘶──」聲,好像沒有作用一樣,英國喇叭常有這種現象。

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(e)分頻網路

  它不可能會將線路及元件數值公佈出來,但一定吹噓自己的元件都是最好的,電腦級的無極性電解電容、大功率無電感電阻等。

(f)效率

  或者是SPL,正如前文說過,此數值亦不可盡信,並且與音質無關。有些喇叭標明是90dB/2.1W/m,其效率就要比90dB/W/m低甚多,不可不察。

(g)承受功率

  此規格常會使消費者感到疑惑,事實上廠商的標示也含含混混。如果某喇叭的最大承受功率是100Wrms,那麼用250Wrms的大功率後級來推是一點問題也沒有。有些廠商是標示「建議擴大機輸出功率」,但不論如何,後級之輸出功率要比喇叭承受功率大些才好。

(h)驅動單體

  低音單體常是8吋、10吋或12吋,也有以20公分、25公分、30公分來標,也有少數廠商會加註磁通量,但較不常見。

第六章:耳機

  把喇叭縮小到能塞入耳朵裡就可當成耳機來用,耳機有幾個特色:(1)是僅需小功率即可推動,而且低頻的失真較低。(2)是因振膜面積小,故質量輕,暫態特性佳。(3)是耳機不影響別人,也不受別人影響。(4)它可以從前級放大器接出。(5)攜帶方便。當然他也有一些條件,如重量要輕、左右聲道感度要一致、耳墊要柔軟等。

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  人耳的響應是不規則的,由圖七十一可看出對低頻不甚敏感,而目前的耳機差不多都是動圈式,品質也愈來愈高,其振膜以多元脂膜製成,圖七十二是我們最常見的型式,耳墊(Ear Pad)不但要軟,戴久也不能累;有些耳機還開有小孔,免得戴久會熱。

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  圖七十三所示是全音域動圈式耳機結構圖,在振膜上印有導電線圈,也有兩音路設計。日本STAX曾推出Ear-Speaker,就是把兩個迷你喇叭掛在耳朵上聽。靜電式喇叭是另一種型式,它還要配合電源供應,而且價格也不便宜。放大器要接耳機時宜注意阻抗匹配,一般放大器接動圈式耳機皆可使用,靜電式耳機就要經過阻抗轉換。

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轉載音響技術第99期MAR. 1984 喇叭單體與揚聲器系統 下篇/宋長波 譯述

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