緒言
一般預料這種熱潮會再度來臨,果然,最近在歐美音響先進國家,重新又掀起電容式喇叭(Condenser Speaker)的熱潮。
以義大利的Quad為首,還有美國的KLH、Junsen,法國的Siktan、Jalrun,德國的Telefunken、Lorentz、Lenuworld等音響名廠,都競相以其優美又自然的音質媲美。
說起電容是高音喇叭(Condenser Tweeter)的特長,最值得推舉的大概就是可達到全面同相位驅動,不使用紙盆,制振器(Damper),紙盆邊緣之支持部(Edge),音圈等重的部份,而以質量小極薄塑膠膜(Plastic Film)作為振動板。在此僅就單向振動型(Single Type)電容式喇叭的構造加以說明,如第一圖所示,係在有無數小孔的固定電極板前面,使數Micron厚的塑膠薄膜經真空沾積有金屬的一面與之接觸,而形成電容器。其單位面積的動質量(Moving Mass),除了空氣直接驅動形式的Ionic Loudspeaker(註：及無振動板的喇叭,由法國所開發者。係利用電極間所產生的離子放電發出聲音,放電之強度隨聲音信號而變化。輸入信號係使用載波頻率為27MHz的AM調變波)外,在現有的喇叭之中算是最少。在此金屬沾積面與固定電極板之間供以電場,例用比例於其變化所得之振幅,即可產生音壓。此時對應於無數小孔的振動膜,全部都以同相位動作。
電容式喇叭最初之製品,其起源當追溯自1917年由貝爾(Bell)研究所的E.C.Wehte所發表的電容式(靜電式)微音器。嗣後在1927年,C. Kyle採用一種構想與現在不謀而合的可撓性振動膜,靜電性的引力即用作推動此薄膜之應力(Tension),其性能隨著柔順性(Compliance)增大而大獲改善。同年,21歲的法國人Ahdre Charlin發明了雙向振動型(Push-Pull Type)的電容式喇叭.接著在1931年相繼有H. Voigt發表圓形電容式喇叭,取名為Osziloplan,並完成製品化。其他尚有Edelman, Kellogg, Slepian等人之改良及發表。
日本則在1950年後半,纔掀起電容式高音喇叭之熱潮,分子化學與金屬的真空沾積技術,落伍得無法跟現在相比。製造薄又強韌的膜極感困難,而且形成可動電極的金屬沾積部的耐輸入小,很容易遭受破壞。加之,非可動部的靜電容量大而可動部的容量小,膜厚,剛性相輔相成以致性能劣化,耐溫亦必然的降低,又因溫度而引起的薄膜硬化現象,金屬的沾積不勻,薄膜的不均性等為因,導致諸性能的衰降,重重不利的因素使電容式喇叭的聲譽急速地一落千丈。簡言之,即需要大輸出的放大器。此外失真率大,稍微加入一點功率,電極就會破壞。溼度高的天氣聲響欠佳,而且指向性不好,動態範圍狹窄,升起不足等都是造成當時一厥不振的致命傷。
在這種處境下,要是各廠家能對電容式喇叭的技術加以鑽研,克服各項缺點就有挽回的餘地,可惜各廠家鑑於需要量日趨低落而毅然停止生產,現在日本此類之製品,僅僅只有兩家廠商從事生產。
從來品電容式喇叭的缺點解決對策
從理論上看來,毫無疑問地一定是以P.P型較符合理想。P.P方式的特長雖具魅力,但是若衡量P.P型之缺點與優點,總絕得缺點方面較多。當然與單向振動型相比,它具有低音的再顯能力,但是,特別以一體運動(Piston Motion)之作用而為人稱道的P.P型,由照片1可證明,很顯然的在全音域仍無法獲得均一的一體運動。照片上的E為P.P型高音用單體(喇叭),大小是22cm x 2.5cm。連頻率2780Hz尚且無法達到一體運動,卻可看到此數Micron的膜發生過激的振動。高大15KHz~20KHz時就不難想像了。這是P.P方式本身有問題所致。至於失真方面,P.P型電容式喇叭(以下稱C.S.P)與單向振動型(Single Type)相比,可說極微小,但是只能夠抵銷耳朵聽不到的偶數諧波,卻是P.P方式本身命中註定的問題。
第2圖是P.P型,第3圖是 Single型,由此即可看出Single型的高諧波失真率固然比P.P型稍多,不過據美國奧爾森(Olson)先生所發表的自然音研究結果相近的諧波特性者,此乃Single型與生俱來的優點。
P.P型的其他缺點,還有遮斷聲音的固定電極(約為面積的30%)與振動板之間的反射,由平面振動板所引起的指向性問題,以及防塵,防濕膜的使用,固定極本身的振動,效率的問題等等,既使與所有特長比較,結果適得其反。
可是,在新的特長發生的同時,經常亦會發現從未有的缺點伴生。只強調特長並無不可,除此之外,更需要徹底的調查各項缺點,並對各項缺點採取有效的解決對策,假如只抱著五分鐘熱情那種無常的作法,這種熱潮很快就會無聲無息的冷淡下來。
此處所要介紹的電容式喇叭就是CT-3A及CT-8B。
首先要說明的是何以只限定作為Tweeter及Super Sonic Tweeter(超高音用喇叭,再生頻率為5KHz以上數10KHz為止)使用,其理由是為了抑制振動膜的分割振動。如前述照片1上的E所示,為了抑制5KHz~20KHz間的分割振動起見,須依第4圖把膜的固定面積減為2~3m㎡,毫無疑問的這是使電容式喇叭只能做Tweeter和Super Sonic Tweeter使用的原因之ㄧ。但是,從來的Single Type Tweeter亦有許多缺點,尤以失真率,容許輸入的問題為甚,第5圖是從來Single型的構造而容易發生失真的型式,約有1/2~1/3的面積固定而持有無效電容,這是不能使用之電容量。
CT-3A,CT-8B則如第6圖所示,有效面積既大,菱形固定面積又少,雖屬Single Type但失真率少的型式。由於有效面積大,固有效電容量亦高達4400pF,效率又高,無論單向振動型與P.P型都具有前所未有的效率,電錶只是已超過100dB。
同時為了補救以往的C.S.P採用平面振動板造成八角金盤葉形的指向特性缺點,CT-3A特地採用角度擴散成60° 的彎曲型固定極。
如第7圖上所見,在60°上8KHz~15KHz之間全體的階度才下降,30°時的特性則與0°時大致相同。半面上下之指向特性雖然不好,但是,只要備有理想的聽音室,大致沒什麼問題。
至於第8圖的頻率特性,既使供作6KHz~20KHz之間使用,雖然特性不算怎麼理想,但是,絕不像照片2之喇叭(20cm的喇叭)那樣有不良的分割振動,只要7500個以上的微小面積1.8m㎡都具有同位性,一體運動(Piston Motion)的作用之特長,相信就無庸掛慮。
還有50W範圍內的大容許輸入,高耐濕性等,都是有賴於振動板的品質,電極的構造等可靠性。使用高價的振動膜(Semi-Electret),厚度僅9Micron,而鋁的外被層只有0.5Micron厚,所採用的方針恰與最近常見使用的近乎透明的膜完全相反。
膜與固定極被固定的部位達7500個以上,絕緣電組在完成時近乎4000M歐姆,此7500個部位之間饋以300~500V的偏壓,在其上加入50W的輸入時,縱然有失真發生電極膜亦不致破裂,依然要歸功於此Tweeter振動膜的可靠性所帶來的一大特長。而且膜亦經熟成處理(Aging),邊緣亦藉DC 2000V將A1 Coating緣約去掉1mm寬(參照照片3),用以提高可靠性。雖然這樣處理去極其結實,就是大男子和用雙手使勁拉,亦只能略為伸展而摩絕不會破裂。
振動板之更換極為簡單,大可不必為售後服務的問題擔心。
CT-3A只是一個單體(Unit),本身無法直接動作。因為在5KHz就有7.2K歐姆的高阻抗,所以直接連接於放大器的喇叭接端是不會動作。從而需要阻抗變換變壓器(Output-Trans 的一次,二次反過來使用亦可),成(作用)極電壓等。單體的正規使用方法不僅複雜,而且種類繁多,由於篇幅的關係留待以後有機會再詳述。茲就一般的人能夠馬上使用的系統CT-8B加以說明。詳如第8圖所示之電路圖,即在內部藏置有成極電源及換變壓器。成極電壓採用Cockcroft的三倍壓整流,屬於峯值整流型,輸入AC 100V以得DC 424V之成極電壓。這對於效率之提高與減低失真非常有利。變換變壓器亦已藏置在內部,無論是電晶體式放大器,或真空管式放大器只要連接於8歐姆～16歐姆端子即可動作。此外低音域的輸入將增加失真,故利用3.3uf以下的電容器予以截止。跨越特性約6KHz按6dB/Oct之斜率衰減。容許輸入為連續單純音3W,樂音功率(Music Power)則為15W,但使用單體本身的容許輸入在50W尚不致發生異常,加以過大輸入導致破壞的部位,只有併聯於變壓器二次側的電阻會燒損。
要是將Ｗ數再往上增,雖然可加至變壓器的限度,但這對Tweeter本來的目的毫無意義。蓋1W輸入效率即高達98~102dB,故使用非常方便。無論是擔負多聲路放大器系統(Multi-Amplifier System)的高音域亦好,或作為全音域喇叭(Full Range喇叭)的超高音域喇叭(Super-Sonic Tweeter)使用都深具效果。與全音域喇叭之組合,主喇叭(Main Spearker)不要把高音域截止而任令其鳴響,再並聯以CT-8B驅動,較能獲得更自然的再生效果。在此場合,假如主喇叭是屬於書櫃型(Book Shelf Type)等效率低的組合,音CT-8B的階度過高,使用時必須接上衰減器把階度降低,否則弄巧成拙,導致聲音的平衡崩潰。
就像日本的壽司摻入山芥末所形成的氣氛,只讓CT-8B微微響出才是最得要領的使用法。只要略加一點Super-Sonic Tweeter的音響,不僅中音部要比原來好甚至連低音域都獲得改善,全體的分解度皆顯著的提高。尤以弦、管樂器,Voice(震顫聲),鐃,疾馳等,聲響效果更顯著。
此外,主喇叭務必採取暫態響應對策,當此已採對策措置的喇叭與CT-8B合併使用之場合,由能收到宏效。
如上所述,構造本身可以說極為簡單。不過這是由KK日本技術的 清氏大約從十年前不斷地經過改良所得成果,與其外觀上的寒酸相相形之下,其所隱藏的實力與無數的技術卻切切實實地發揮了效果,加之成本低,相信是一件受期待的獨一無二永不損壞的製品。
轉載無線電界 民國65年3月號 第34卷第3期 電容式喇叭之簡介˙何中庸/
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