在Hi-Fi音響組件中,揚聲器是最弱也是最重要的一環。之所以是最重要,因為沒有它你就算有再好的金耳朵都不管用(耳機在此也列為揚聲器);之所以最弱,是它的特性根本無法與放大器、唱頭、錄音座等相比,不僅頻率響應標示得不夠確實,有些重要規範根本不予列出──在揚聲器的說明書上,你是找不到「失真」這一項的。
但是揚聲器也有它的特色,花色最多是其第一特點,有密閉式、有低音反射式、有同軸式,有兩音路、三音路,要不然弄個多路電子分音來唬唬人。揚聲器的價錢,高低差距甚大,A牌鑑聽級的要兩萬元,B牌的要十萬元,C牌的可能高達一百萬元！只要你有錢,四十萬一對的喇叭保證現貨供應。
當然揚聲器的最大特色還是個有個性的音色,非但不同的廠牌會有不同的音色,同公司產品音色也都大異其趣,因此同一位設計師所設計出來的喇叭也自然的具有不同的音色。揚聲器奧妙之處不僅在於音色不同,更在於沒有一定的標準,每家廠商都宣稱自己的揚聲器才能發出原音。
要使揚聲器發出「原音」是不可能的,因為揚聲器是換能器(將電能轉換成聲音),但所發出的聲音即使接近原音,也未必見得受人歡迎;反之某些刻意加強某幾段頻率的喇叭,因所發出的聲音較悅耳,故還受消費者歡迎。
第一章：聲和聲波
在上兩期的「立體調諧器」中,我們曾提到電波與聲波,電波的傳送速度快如閃電,但聲波就慢多了,在常溫下以空氣為傳送媒介,聲波的速度約是每秒330公尺。我們的耳朵是聽不到電波的,但聲波的頻率如果在20Hz~20KHz範圍內就是可以被耳朵聽到。事實上20Hz~20KHz是個大概值,大部分人的金耳朵是聽不到高於16KHz的頻率,如果年紀稍長(有錢的發燒友多在40歲以上)耳朵就更「背」,是否能聽到14KHz都有問題。
一˙聲波的基本型態
用耳朵來聽聲音,是人類五大感覺功能之一(聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺),聲音是經由空氣的振動而送到耳朵中;聲音也可以經由液體或固體傳送,可是在真空中就行不通。我們可以作個實驗：在平靜的水塘中投入一塊石頭,此時可見到自石球入口處會向外產生一圈圈的水波,這些水波自內向外擴散,力量由強至弱,最後終於消失。
聲波的傳送其實也是這樣,它的強弱能量和距離的平方成反比,距離愈遠能量愈弱。但聲波與水波之最大不同點是水波係以平面波方式進行,但聲波卻以球面波方式進行。聲波在空氣中是以定速傳播,其速度與空氣溫度、大氣壓力等有關,一般係以330公尺/秒計算,溫度每升高1.8度C,速度就會增加0.6公尺/秒。
如圖一只是對聲波的解釋而已,在實際環境裡是不存在的。該扭曲波形即是正弦波形,在一秒鐘內如果他能上下振動50次,它的頻率就是50Hz,振動100次就是100Hz。頻率愈低則波長愈大,頻率愈高則波長愈短。
二˙不同聲音的辨別
說起來人類的耳朵真是差勁,特別是高頻段,一般動物可聽到40KHz之頻率,海豚可聽到100KHz之超高頻,即令是我們最愛吃的豬──它的豬耳朵也比咱們靈光！但別洩氣,我們還是得探討下去,你知道為什麼我們不必張眼就知道是李艷秋這個小可愛在說話？而拿起電話來就知道對方是孫越這個大老粗？音色、音調和強度是聲音的三個物理要素,它決定了哪個是小可愛的聲音,哪個又是大老粗的聲音。
(a)音調(Pitch)
當我們以聲波或正弦波來解釋時,聲調就是頻率,頻率高則音調高。若以鋼琴為例,自左至右每個鍵的音調都會提高一些,到最右邊的鍵,那會比殺雞還要厲害(4.186Hz)。圖二是各樂器的頻率分佈狀況,最上層的人聲是在90Hz~1KHz間,頻率能夠低到40Hz的自上至下的豎琴、鋼琴和管風琴,頻率較高的則有小提琴、鋼琴、短笛、管風琴。
(b)音色(Timbre)
圖二所表示的頻率為單一音調,我們稱之為基本頻率(Funddamemtal Freq.),簡稱為基頻,音樂的音調除了其基頻外,尚包含該基頻一系列的諧波(Harmonic),諧波是基頻的高整倍數。見圖三,實線代表基頻,虛線代表二次諧波和三次諧波,當然還有四次、五次......諧波;基頻再加上高次諧波會合成複雜波形。
聲音的特性決定於所含諧波的成分,這就造成音色的不同,因此雖然鋼琴和小提琴都發出1KHz的頻率,我們還是很容易辨出兩種樂器的差異。所有的樂器,它們所能發出的基本頻率是16Hz~4.186Hz,沒有再高或再低了。這意義是否代表我們的音響器材只要有16Hz~4.186Hz +/-0dB之頻率響應就行了？
當然不是,因為還要考慮諧波,小提琴所能發出最高諧波頻率是16KHz,鐃鈸是17KHz,女高音可以到9.4KHz,薩克斯風則是14KHz;所以20Hz~20KHz還是必要的。
(c)強度(Intensity)
我們會常常說某某的嗓門很大、某歌星中氣很足等,這都表示他們的「聲音很大」,或者說他們「音量」很強。強度與響度略有不同,強度是指聲波在量(振幅)上的變化,而響度則是指人耳對聲波響應的變化;故強度是物理量的變化,而響度則與人耳特性有關。在我們居家環境中,我們可以聽到各種聲音,像人聲、狗叫聲、汽車按喇叭聲、飛機造成的音爆聲;這些聲音有的大有的小,上發條的鐘會發出很小的聲音,而飛機的引擎聲卻大的令人無法忍受。
要詳細說明響度和強度也十分不簡單,因為人耳對於頻率及振幅的變化是非線性的,而呈「對數響應」。聲音的響度是以某個聲音來和1KHz的純音相比較,而其數值的單位則是風(Phon),圖四就是著名的Fletcher-Munson等響特性曲線,這是在1930年時,Fletcher和Munson兩個人合力做人耳聽音反應試驗後所繪下來的,我們現在所看到的曲線則包含經過Charcher和King兩個人修正後的結果(實線與虛線之分)。
除Phon外,用來標示聲音強度的大小還有毫巴、達因和分貝(ubar、dyne、dB),前兩者是表示音壓強度,後者是貝爾(Bell)的十分之ㄧ,因為第一個發現人耳對聲音強度的反應呈現對數型式的是Alexander G. Bell,故我們就用Bell來紀念他。
人耳所能聽到聲音的強度大約在0~120dB之間,低於0dB則人耳根本無法感覺,而高於120dB則人耳無法忍受,必須用手摀著耳朵。0dB是以1KHz純音在音壓等於0.0002 ubar或0.0002 dyne/c㎡為標準。如果換算成聲強功率的話,0dB=10-12W,這是人耳聽不見的。
由0dB提升至20dB,雖然是20倍的變化,但就實際的聲音強度來說却是提升了100倍！30dB就是1.000倍！兩者的關係是：(dB)=20 logP,這個公式一定要記住(其中P為倍數)。我們在裝放大器時,常可由回授端電阻算出電壓放大倍數(電壓增益),如果45倍的話,(dB)=20 log 45=33dB。如果有兩台擴大器,一部的放大倍數是500,另一部是1.500,在感覺上是後者比前者高出2倍,但換算成對數型式時,前者是54dB,後者是63.5dB,僅差9.5dB而已！這種情況有些人曾碰到過：YAMAHA的CA-2010前後級,在AB類時是120W與30W固然有很大的差距(用儀表可量測出),但人耳根本無法分出。
前面所提到的純音(Pure Sound)是在自然界中不存在的,也不是任何樂器所能發出,它必須由人工來產生──音頻訊號產生器所產生的正弦波就是純音。在放大器上的響度控制則是針對人耳響應不夠平直而來,圖五是加上響度後的曲線,低於700Hz及高於4KHz的頻率都被提升;如果你的響度控制只加強低音,那就是設計有錯。
第二章：揚聲器的構造
還未進入正題前,讓我們先把字面的涵義肯定住,在本文中,揚聲器即是喇叭,而揚聲系統則表示是「完整的喇叭」,而在特定前提下我們會使用「喇叭單體」這個名詞;大抵來說,揚聲器就是指喇叭。
一˙揚聲器的歷史
我們不再提愛迪生了,以目前的喇叭論,百分之九十五都是採用動圈式(Moving Coil)單體,也就是電磁式喇叭。動圈式喇叭最早是在1887年由Cathoreus和Reading(美國人)以及Ernest Verner(德國人)所發明出來的,那些都是錐形喇叭。1925年時,美國奇異公司的兩位工程師Rice和Kerrog以製造出相當完美的動圈式喇叭,不過它的銷售量很低。
第一次世界大戰結束後,電影事業蓬勃發展,無聲電影(默片)時代逐漸過去,揚聲器的需求量因而大為增加。當時揚聲器製造業是以美國的西方電子公司為泰斗,它們的製品在許多美國鄉間小戲院裡現在還看得到。以目前的眼光來看,他們產品都只能列入PA系統(公共廣播),還未能進入Hi-Fi之林。
除動圈式喇叭外,還有其他種類的喇叭,像壓電式、靜電式、絲帶式等。在音質上或許靜電式並不比動圈式差,但較難設計,而且它還存在有低頻不夠、火花放電、承受功率低等問題,故一直到現在都無法成為氣候。壓電式和絲帶式也無法對動圈式造成任何威脅,故在未來十數年內,動圈式喇叭還是喇叭中的主流。
二˙揚聲器動作原理
本文的討論是以動圈式喇叭為主。動圈式喇叭的基本結構見圖六,它是由磁鐵、音圈、振模框架等組合而成,磁鐵(Magnitic)和音圈常被稱為驅動器(Driver)。它是以永久磁鐵產生強而有力的磁場,它圍繞著音圈(Voice Coil),而音圈又和振模(Diaphragm通常是紙盆)的頸部相連接。當電流(從放大器出來的音頻訊號)通過音圈,音圈即隨著電流的頻率移動,而和音圈相連的振模當然也就跟著移動。因此我們可以知道當喇叭在發音時,除振模(紙盆)在前後運動外,音圈也是在前後運動,而且完全同步於紙盆。
要再詳細說明,則必須提到佛萊明左手定則,如圖七所示,大拇指表運動方向,食指表磁場方向,中指表電流方向,這在初中時代就學過了。圖七右方是動作說明,在前面未提到的有軛鐵(Yoke)、中心磁極(Center Pole)和線軸(Bobbin)。軛鐵是支撐磁鐵及框架,線軸是用來繞音圈的,而中心磁極是磁鐵最重要的設計,它可以使音圈發揮最有效的運動。
三˙喇叭單體結構
錐形喇叭是最常見的,為了要重播20Hz~20KHz之音頻,喇叭的振膜最好能夠前後移動10~20公分;因為頻率是20KHz時,若振動幅度是1.7公分,而重播20Hz時就要振動17公尺才行！這是不可能的,只要是振膜前後振動擺幅超過2.5公分,在設計上就非常困難,振膜尺寸可能大道100吋！因此喇叭在製造時就依重播特性將之區分為高音、中音及低音單體,這裡是以低音單體做說明。
(a)振膜(Dinghragm)
振膜並不一定都是以紙纖維製成,也有用布、樹脂或其他纖維製成,KEF的Bextrene是膠質,PEERLESS的Peercone是PP質;但低音單體百分之八十都是以紙盆做振膜,我們亦習稱為Paper Cone。
當喇叭發音時,紙盆會前後的運動(振動),其振動幅度和速度與電流的頻率有關。如果是低頻,振動幅度就大而速度慢,如果是高頻,振膜就要急速的前後擺動,但幅度比較小。一般情況下,中高音單體在發音時,人眼是無法分辨振膜是否在振動,但由手觸摸就可感覺出來。
理想的振膜運動應如圖八之左圖,前後是非常均勻的,但實際上振膜幾乎是以扯裂的情況在振動,特別是在高頻時,振膜因振動速度跟不上而產生非線性失真。而且由於振膜的材料不夠均勻,喇叭極容易以固定的頻率產生諧振(Resonance),以低音喇叭言,諧振頻率當然是愈低愈好。而振膜的形狀也與頻率響應有些關係,見圖九,最上方是向內凸的拋物線(Parabolic)型振膜,他常用於全音域設計,對高頻響應尤佳;中間是直線式振膜,這是最常用的形式;下方是向外凸的拋物線性振膜,他對高頻響應有較多的限制。要想得到較好的高頻響應,振膜材料及形狀十分重要,所以著名的高音單體大多成半球型,振膜也很少用紙盆,而改用布或Mylar之類的低振動質量和高楊氏係數(Young's Ratio)的材料。
另外就是振膜並非是光滑的,它通常摸起來是皺皺的,或者塗有會沾手的膠,有的單體上面還有一圈圈的紋路;如圖十所示是三種皺紋處理情況,它可以防止振膜在振動時造成極大的扭曲(見圖八),也可以增加振膜的力量。
(b)雙紙盆(Dual Cone)
有些單體具有兩個紙盆,如圖十一所示,大的紙盆主要是重播中低音,而小的紙盆則重播中高音;某些單體的小紙盆是金屬製的。這種雙紙盆單體我們常稱為是「同軸式」單體(Coaxial)。但是英國TANNOY的同軸式單體則不是如此設計,它只有一個振膜,但具有兩個驅動器,高頻驅動器位於低頻驅動器之後,兩者置於同一軸線上,這種設計是TANNOY的專利。
不論是哪一種設計,同軸式單體一定是全音域單體(Full Range),因此它雖然也能算是兩音路設計,但可省掉分音器。而讀者不要以為全音域單體一定品質較差、價格較低,國外名廠同軸式全音域單體,每只蓋在一萬元以上,而且它通常需要100公升以上的大音箱！
(c)中心蓋(Center Cap)
面對喇叭單體,在振膜頸部一定可看到中心蓋(即防塵蓋),或許它看來只像防塵網,而不能說是蓋子,但它的設計對頻率響應卻有很大的影響。中心蓋最主要的目的還是防止灰塵進入磁鐵系統.但是在大口徑的低音喇叭裡,它還有削弱高頻響應的功用。圖十二是四種中心蓋的形式,如要消弱高音,則防塵蓋應像右上圖般的設計,即防塵蓋要大於振膜的頸部,並且預留適當的距離;如果要提升高頻響應,則防塵蓋緊貼著振膜頸部(左邊兩個圖),並且防塵蓋以鋁、鈦、鈹等金屬製作。而圖十二的右下圖則是以防塵蓋作為散熱器的實例,這種單體在設計上是中心磁極突出於振膜頸部,這通常在24英吋以上的大喇叭才可見到;美國HARTLEY就有很多這種單體。
(d)懸邊(Edge)
振膜的圓邊與框架不是直接接觸的,它們是經由懸邊與框架相連。懸邊的式樣和質料有很多種,對頻率響應也有不同的影響,它必須像是阻尼特性很好的彈簧。圖十三顯示三種常見的懸邊,A是皺紋懸邊,B是球型懸邊,C是平直懸邊。其中A與B較為常見,尤其是B。
懸邊的柔軟度一定要夠,它對低頻響應的失真影響甚大,因此除了有上述三種型式外,其材料還分橡皮、泡棉、布等。目前單體多使用泡棉懸邊,但泡棉的缺點是容易腐爛,特別是在氣候較潮濕的地方,橡皮懸邊就沒有這個缺點,而且它的阻尼特性也好,但橡皮懸邊的單體價格較高,這與橡皮懸邊的製造和膠沾(將振膜和懸邊以膠沾在一起,這是一門大學問)都有關聯。
(e)阻尼器(Damper)
阻尼器是避免音圈在移近磁隙時和外極磁片及軛鐵發生接觸,同時當音圈靜止時使它回復到原來位置。阻尼器通常是土黃色,我們很容易看出它通常是以摺紋阻尼形式出現,如圖十四所示,它通常以處理過的布或電木片製作,而高音單體則常以橡皮做阻尼。
(f)音圈(Voice Coil)
這裡包含兩項,一是音圈(即線圈),一是線軸(即纏繞線圈的圓筒)。由於音圈在喇叭發音時也是跟著前後移動,故線圈要非常的輕;但若要承受較大功率則又要多繞幾圈,這是互相矛盾的,所以音圈所慘用的線有很多種,如圖十五所示。早期都使用圓形漆包線,即在銅線上塗抹絕緣漆,後來將銅線改成鋁線以減輕質量。但圓形線在纏線時密度太低,於是又有六角形線,扁平線和方形線問市,目前較高級的低音單體都已不採用圓形線。
音圈繞在線軸上也分很多種型式,如圖十六,早期只繞一圈或二圈,後來則繞到四圈,但使用方形線以後,由於有效面積大為增加,故能大幅提升磁隙的空間佔有率;某些廠商還以方形線大作廣告,其實大多數單體都已採用方形線。
音圈的寬度也非常重要,如圖十七所示,一般說來音圈愈寬則前後振動範圍也就愈大,即表示它的衝程愈長。另外就是線軸(Bobbin),它大多係以散熱佳的材料製作而成,牛皮紙、樹脂、鋁等都常使用。
將線圈繞在繞軸上的動作看來簡單,但要做的好却也十分不容易,許多喇叭名廠也不自己做線圈而向國外訂購,甚至振膜都是買現成的。
(g)磁鐵系統(Magnetic)
喇叭的磁鐵系統常以磁路(Magnetic Circuit)做為說明,它包含中心磁極和外部磁極兩部份,外部磁極即是軛鐵。軛鐵不一定是圓的,而中心磁極則是圓的,音圈就在中心磁極的外面運動。圖十八和圖十九所示為兩種系統,圖十八是內磁式,圖十九是外磁式,其主要差別是由磁鐵不同而來。
中心磁極為主磁鐵,它是永久磁鐵,它的材料有鐵、鈷、鎳、釤、鋁......等;早期的喇叭都是使用ALNICO磁鐵(阿尼可),它是由鋁、鎳和鈷組合而成,但由於鎳和鈷的產量不是很大,而且又多用於其他方面,故價格愈來愈高,使得喇叭製造廠紛紛改用Ferrite鐵淦氧磁鐵。
事實上喇叭的永久磁鐵並不是一開始就帶有磁性的,因為如果已經有磁性,即音圈和線軸就很難放入正確位置,工作人員的操作程序也會受到妨礙,所以在磁鐵系統全部完成後再用「充磁機」使其充磁而帶有磁性。現在讓我們來看看圖二十的磁性特性曲線。
任何磁性材料在磁化時都會產生像圖二十般的圖形──磁滯曲線。圖中水平軸H代表磁力強度,單位奧斯特(Oersted);垂直軸B代表磁通密度(即磁通量),單位是高斯(Gauss)。由中心0點向上逐漸升起的虛線即代表初期磁化現象,曲線內部稱為磁滯環。
磁化開始時,當磁力強度逐漸增加,磁通密度並無顯著變化,這好比以9公斤的力量來提起10公斤的石頭。直到磁力強度克服了磁鐵的「磁慣量」後才起作用,磁通密度就會隨著磁力強度的增加而急速增加,這就是發生磁化現象。但磁通密度到達Bmax點後,雖然磁力強度仍然繼續增強,但磁通密度卻不再增加了,這個Bmax點就是「最大殘留磁通密度」。
當磁化強度開始減少,磁鐵的磁通密度就會逐漸降低;但即使磁化強度降到0,磁通密度也不會降到0,Br點就是H=0時的磁通密度,在喇叭單體說明書上註明的磁通密度或是磁通量就是指Br點而言。
如果我們要使磁通密度降回到0,那就要施加一個磁場方向相反的抗磁力即可,加強抗磁力可使磁通密度得到另一個飽和點(-Bmax),而-Br與Br點相同,只是磁極不同。在磁滯環中,由B到Hc點的距離叫做「去磁曲線」,它和「BH曲線」都是喇叭單體的重要參數,見圖二十一。
由圖二十中讀者可知Br點愈高愈好,而Hc之值則愈低愈好。當磁鐵是Alnico時,Br大於Hc,當磁鐵是Ferrite時,Hc大於Br;使得兩者的衝程不同,固有外磁式設計(適用於Ferrite)和內磁式設計(適用於Alnico)之分。圖二十二是Alnico和Ferrite以及真正永久天然磁鐵的比較(天然磁鐵以鈷代表),除磁通密度外,天然磁鐵都比較優秀,而Alnico特性普通說來是最佳,但目前的磁鐵(耳機用的除外)百分之九十都是Ferrite。
但即使採用真正的天然磁鐵,沒有好的軛鐵還是不行,圖二十三明白顯示中心磁極未能完全集中,軛鐵就是將磁通量導入磁隙中,其材料通常是生鐵或軟鐵,也有用不鏽鋼來做。另外就是如圖二十四般,在磁隙口另外加有高磁性塗料,也能有效的提高喇叭的特性。
(h)框架(Frame)
框架是用來支撐整個磁帶系統和振動部份,它的要求是質地堅硬並且不能產生諧振,其材料常以鋁合金或不銹鋼壓鑄而成,如圖二十五,也有用鋅(Zinc)壓鑄,或用特別的塑膠質製成。
四˙球型(DOME)喇叭
低音喇叭幾乎沒有用球型振膜的,但高音單體則以球型振膜居多,圖二十六是錐形喇叭和球形喇叭的結構比較,圖二十七則是球形單體的剖面圖。在說明書上我們常可看到軟球形與硬球形這些字樣,因為高音單體要求是振動速度快,而振幅較低,故振膜差異甚大。圖二十八所示,左邊兩個是硬球型,其振膜係以鈹或鋁製成;右邊是軟球型,其振膜係以布製成,軟球形的振膜用手壓後它會彈回原型,即使留有凹口也可以用嘴吸;而硬球型就不能隨便亂碰,按一下一個凹口可是無法回復成原狀的。
當然軟球型的振膜也不一定是布,用棉花纖維經過黏性處理也可以做成振膜,而它的懸邊通常以「正切式懸邊」為主,圖二十八右邊即是;高音單體不必用橡皮懸邊,因為振膜的振動範圍太小。球型喇叭也是有音圈的,如圖二十九所示,但其下圖則未使用線軸,某些超高音喇叭因音圈幾乎不運動(肉眼看不出),故線圈用膠沾住即可。
五˙號筒式(HORN)喇叭
號筒式喇叭給人的印象是聲音尖銳吵雜,它的最大特點是效率高,往往比錐盆式喇叭高3~5倍,換句話說它只要一點點的功率輸入就能發生很大的聲響,因此在大場面的地方,像電影院、飛機場或做室外演唱時就非要用到號筒式喇叭不可。
的確,號筒式喇叭也有它的缺點,最起碼他不適用於低頻重播,我們先看看圖三十之結構。其中Mouth為嘴,Throat為喉,Equalizer為等化單元;而整個喇叭則分成驅動單元和號筒兩部份。圖三十一為三種驅動單元構造,最左方是前載式,振膜朝前;中間是後載式,振膜朝後;而最右方則是以簧片作為振膜。
號筒式喇叭是以振膜來推動號筒喉部的空氣而工作,所以聲音以和號筒的軸垂直的相位傳送,而以和平面波相似的形式自嘴部發出。這些聲音在號筒工作的頻帶內有極烈的指向性,同時由於聲音未能擴散而被集中,故效率甚高。
號筒式喇叭的特性會因號筒長度及形狀的不同而有所不同,圖三十二所示為四種不同的號筒。英文字由上至下是雙曲線型、拋物線型、指數型和圓錐形,其中指數型(exponential)最為常用。圖三十二中,S=X處的截面積,S0=喉部的截面積,X=號筒長度,m=向外展開的常數,e=自然對數的底數,fc=截止頻率;則fc=mc/4π(其中c為音速),S=Soemx。如果號筒嘴部的半徑是a,則上式可化成:a=4πm=c/(π2×fc)。由此可看出,要想重播較低的頻率不外乎降低m之值或提高a之值。以重播50Hz為例,號筒嘴部的直徑要2公尺,而長度要大於5公尺才行！
由於號筒的效率過高,長在100dB以上,故與動圈式錐形喇叭合用時要注意效率的匹配。圖三十三為號筒式喇叭的頻率響應,其頻響範圍約在500Hz~16KHz間,而截止頻率則在400Hz左右。
號筒通常是以鐵、鋁和鋅壓鑄而成,也有用塑膠質和水泥質的,如果材料不正確或結構有誤,則會有吼聲效應,使得號筒式喇叭收到反效果。而有些號筒喇叭的前端還加掛有音響透鏡(Acoustic Lens),如圖三十四所示。由於號筒喇叭的發音指向性過強,使用音響透鏡則能增加擴散性。
號筒喇叭最重要的特點是它的電阻控制功用,故可藉增加喉部區域中振膜的面積來施加大負載,喉部面積和振膜面積的比較壓擠比;而振膜中心所產生的聲音是由外在環境所生聲音組合而成的,由於有相位的延遲,故這些聲音不能適當的組合在一起,而負責把這些相位協調成一致的單元就是前述的等化單元。如圖三十五所示,上邊各聲音的相位由於延遲而有所不同,但加上等化單元後,各聲音就被安排成同相(In Phase)。
六˙平面式(Flat Board)喇叭
傳統的低音喇叭都是錐形單體,故以振膜位置來說,它比高音和中音落後些,因此會有「線性相位失真」產生。有些廠商特別將低音單體往前裝,而有些廠商(例如SONY)則發展平面式喇叭,使高、中、低音單體的振膜都在同一平面上。
圖三十六是兩種平面式喇叭的結構圖,左邊是圓形,右邊是方形。所謂Honeycomb是指振膜採用蜂巢式結構,放大後同圖三十七,從單體表面上雖然看不出來,但因以六角型排列,故最省空間,因此六角形框內都佈滿空氣,其質量比同面積的普通紙盆振膜要輕很多。振膜採蜂巢式結構並非平面式喇叭獨有,多年前日本Diatone就有這種單體。平面型喇叭的效率比錐型喇叭略低,它的高頻響應也沒有空洞效應(Cavity Effect),故特性較佳。
七˙絲帶式(Ribbon)喇叭
絲帶式喇叭可說是綜合錐形、球型和號筒型的特點,其構造如圖三十八所示,它是沒有音圈的,其振膜係以薄的金屬帶(大都是鋁)製成,電流直接流進絲帶狀的導體使絲帶振動發音。絲帶式喇叭由於它的振膜就是音圈,固質量甚輕,暫態特性佳,重播高頻時能得到極佳的響應。但它的效率較低而且直流阻抗較低,免不了要使用匹配變壓器,並且使用時宜與號筒式喇叭共用。不過新型的絲帶式喇叭也做了不少改進,即在振膜上也加上音圈,但此音圈不是繞在線軸上,而是「印刷」在塑膠薄片上,如圖三十九,這樣就不用匹配變壓器;最近音技熱線上有笙隆公司的JVC絲帶式高音,它就是新一代的設計。
八˙海耳(Heil)揚聲器
海耳揚聲器是在1973年由Heil博士發明的,基本上它是絲帶式喇叭的改良,它也是沒有音圈,振膜則以多元酯塑膠薄膜製成,振膜上也覆有導電體(鋁膜)。將振膜褶曲成窗簾狀至於強磁場中,電流流經導體時,即產生一個既垂直於電流方向,又垂直於磁場方向的推動力;當兩相鄰褶紋被推而做相向運動時,即將空氣壓擠出來;反之當褶紋做相背運動時(在一個週期的另一半),即將空氣吸入,見圖四十。
海耳揚聲器的頻響範圍在500Hz~22KHz間,如果以一個海耳高音和10英吋紙盆型低音配用時,分頻點至少要高於2.4KHz。由於音圈即是振膜,故海耳揚聲器的暫態響應特佳,並且響應中的谷和峰都會抵消,因此可獲得最平坦的高頻響應。
九˙電容式(Condensor)喇叭
將兩片極板面對面放置,如果我們於其中一片加上正電流,那麼另一片就會感應出小電流,此兩片極片即互相吸引。當加上音頻訊號電流時,兩極片就會互相吸引及互相排斥而推動空氣發出聲音。
圖四十一即是電容式喇叭的結構,左邊是單片式,上述的兩極片在此一是固定電極(Fixed Pole),一是振膜;中間是推挽式,它以兩片固定電極置於振膜外側;右方是靜電式,與推挽式不同的是它於固定電極外側再加上電極板。電容式喇叭需要另外施加極化電壓──此電壓高達數百伏,而且會產生放電雜音並容易吸引灰塵;不過對一位室內樂(Chamber)愛好者來說,電容式喇叭很可能就是他的最佳選擇。
除此而外還有高聚合體式(Hi-Polymer)以及飛利浦公司的動性回授式(MFB)和電曇式(Ion)喇叭; 高聚合體式是壓電式喇叭的改進,高聚合體隨加在薄膜兩邊電壓極性的變化而能在軸向伸展或收縮,其不須另加極化電壓,效率也比電容式高些,線性佳失真低,目前日本Pioneer喇叭的高音單體都是高聚合式。
Philips的MFB是在喇叭箱內裝有放大器,但是與Bi-Amp不同的是該喇叭裝有動性回授元件,也就是將放大器的回授環路延伸到喇叭音圈的一種設計。電曇式即是離子放電式,高壓放電時使空氣分子電離,而交流電壓又會使這些游離的空氣分子振動因而發出聲音;但現在的離子放電式喇叭是以高頻交流電曇放電取代直流高壓放電以改善特性,美國著名的Nelson Pass最近又在設計這種喇叭。
（喇叭單體與揚聲器系統 上篇 完)
資料轉載自音響技術第98期FEB 1984 喇叭單體與揚聲器系統 上篇/宋長波 譯述
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