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喇叭的奥秘大公开

文章来源: 111
类型: 222
日期: 2014-06-30
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如何客观分析喇叭产品?这是许多音响迷想知道的。然而若单单只从某种角度来判定何种喇叭的设计是最好的,是非常的不恰当,因为各种的设计方式有各种不同的特性,为了达到设计者主要的要求,总会有其它地方的妥协,因此绝对没有一种方式是最好或是不好。如密闭式与反射式,各有不同的特性,单就型式而言则无法论定谁是谁非,因为喇叭的设计,不只是从结构或是单体的材质来论定,必须要先根据产品之用途,选择适用的单体,进而选择板材及适合之音箱结构,最后再依据单体的频率特性设计分音器。接下来我们将分成四项,来揭开喇叭的内部奥秘,使乐迷更了解喇叭的特性,进而选择自己适合的喇叭。 
壹、音箱板材的选择:

音箱板材必须要视其单体的特性,来选择适用的板材,例如单体本身在低频的能量较不足时,便必须采用『质轻而坚』之板材,使单体容易藉由音箱共鸣,发出较多量感的低频,来补足单体的缺点。因此不是板材『薄』的喇叭就一定差,硬的像石头的声音就会最好。这都必须根据单体的特性,来选用最适当的板材,使声音达到最佳的平衡点。

一般音箱板材可分为两类:

一、『原木(非合成木)』:未经处理的木板。其密度为非均衡的质材,简单来说,就是以手敲打原木板的每个部份,并无法获得相同的声音。因此在生产音箱时,每支喇叭在声音及品质上均较难掌握。除非原木能够在初始加工处理时即得到极为精密的控制与要求,否则还是只以其美丽的木纹做为外表装饰较为适合。
二、『合成木』:先将木材以化学药剂处理,使其有防水或防蛀等功效,再由高压处理完成。例如:甘蔗板(易因潮湿而损坏)、密集板(MDF)、夹板、防水夹板(具防潮处理)及钢琴用夹层响板(质坚且密度最高)。合成木本身的密度非常均匀,品质也相当一致,且在声音共鸣的特性上也非常的好,因此对喇叭系统的开发及量产较容易掌控。

此外,音箱板材也常因用途上的需求而有其特别的要求,例如演唱会的喇叭,由于大部份都在户外使用,因此为防止雨水的淋湿而造成喇叭的损坏,通常会采用具有防水功能的防水夹板。还有像是为了搬运方便,必须采质轻的塑料材料,以减轻时常搬移的工作量及碰撞时对喇叭的伤害。
贰、单体的特性:

单体是由纸盆、磁铁、线圈等材质组成,其各项材质零件对单体的特性曲线及品质好坏都有重要的影响,因此常听见有人光以外表的振膜材质及单体尺寸,就断定其音色的好坏,事实上这是非常错误的。例如,有两支皆采相同纸盆但尺寸不同的低音单体,其并非以尺寸较大的单体就能获得较多的低频特性,因为可能尺寸较小的单体,其内部采用较大的磁铁,拥有较高的磁数密度,因此能比尺寸大的单体有更好的低频特性。以下我们就单体的结构与种类加以分析:

一、 高音单体:

◎结构分类:
    ◆ 前振膜式:为一般喇叭所采用。将振膜直接置于前方,可看见振膜材质。其发声是将声音直接经振膜振荡后,释放至空气中。
    ◆ 后振膜压缩式号角单体:将振膜直接置于后方,无法看见振膜材质,其发声方式是将振膜振荡出的声音经由压缩导管将声音予以挤压,使声音能均匀扩散至空气中,聆听者能获得较佳的定位与较清晰的高解析音质。此外,其可将分频点分至较中频部份,因此采用压缩式高音号角的喇叭能获得较佳之中音,较厚实之人声。
◎内部材质:
    ◆振膜:藉由推动振膜的快慢,来产生高低频率。包括铝丝带、陶瓷、蚕丝、钛、铍。以铍的材质为最轻。
    ◆磁铁:包括Alnico(天然磁铁)、钕、Ferrite(铁)。以Alnico磁数密数(磁力)最高,钕其次,铁最低。磁数密数越高,控制力越佳,越能获得真实的声音。
    ◆线圈:以金属线依圆周方式缠绕,其经由电流的导通而产生极性,再藉由与磁铁的相吸与相斥,来推动振膜面,发出声音。其缠绕的方向会影响单体的相位;使用的金属线的粗细形状及材质则会影响单体的整体效率与耐热的程度(是否可承受大功率);线圈缠绕的长度则会影响喇叭的阻抗。一般采铝扁线、圆形线。以铝扁线较佳,其能使线圈与磁铁最密合,间隙最小,因此效率最高,但缺点为缠绕线圈时,制作较为不易。

二、 低音单体之内部材质:

◎振膜:藉由振膜的推动,来发出声音。以相同材质而言,较大尺寸的振膜能获得较佳的低频响应。其一般材质包括纸(纸与玻璃纤维混合)、PP、Kevlar、铝等。以纸的低频特性较佳,为百万级以上喇叭之单体所采用。但因生产速度较慢,因此渐渐被其它材质所取带。
◎悬边:将纸盆与框架相互接合,其使用的材质会影响单体的低频响应。一般材质包括海棉边、橡樛边、布边(W形及M形)。
    ◆ 海棉边虽能容易获得较多低频,但其速度慢、控制力差,且容易受气候潮湿而损坏,寿命较短。
    ◆ 橡樛边亦能获得较多低频,与海棉边一样速度感及控制力较差,但使用寿命较长。
    ◆ 布边能获得较佳的速度感与控制力,且使用W形布边会比M形布边的低频来的更好。此外,使用寿命最长。
◎T铁:主要在支撑磁铁与线圈的位置,其散热孔的设计影响单体散热的程度,磁铁与T铁的间隙则会影响单体的效率。
◎磁铁及线圈:使用材质和高音单体相近。
参、音箱结构的设计:

音箱结构的设计,对于喇叭的整体效率、音色取向皆有重大的影响。然而受到使用的用途所影响,在结构的设计上也就大为不同。例如在专业的演唱会里,便会有低音号角式喇叭,其藉由号角的形状,将低频输送至远的距离。接下来,我们将以家用与专业的角度来剖析一般常用的音箱结构。

一、 家用音箱结构:

    ◆反射式音箱:为最多的设计方式。当单体振膜发声时,其声音打到后板所反弹的声波,藉由反射导管将反相的声波传递出来。其反射孔的大小与导管的长度皆会影响低频的延伸,因此必须根据单体的特性,设计出适合的孔径与导管的长度,以取得最佳的速度感与良好的低频延伸。
    ◆密闭式音箱:其音箱完全采密闭式,虽然能获得不错的低频音色,可是此种设计方式会大大降低喇叭的效率,若要获得良好的控制力,就必须采用超大功率来推用,否则其低频的速度感会有迟顿的现象。
    ◆背辐式音箱:属于密闭式音箱,主要多增加一支只有振膜的单体(称背辐式低音单体),当低音振动发声时,其藉由空气来推动背辐式振膜,以增加低频的延伸。但有效率低及速度慢的缺点。
    ◆等压式音箱:能增加低频的能量,但密闭式的设计会造成效率较低,且当两支单体同时发声时,若声音有不同步的问题产生,也会影响喇叭的瞬时反应。
    ◆传输式音箱:藉由较长的传输管道来增加低频的延伸,但过长的管道会导致低频速度慢。

二、 专业用音箱结构:
    ◆反射式音箱:其设计原理同家用的反射式音箱。
    ◆号角式音箱:利用号角扩散性佳的特色,先将低音予以挤压,再经由号角的摆荡,能将声音传送较远处。在户外大型的演唱会上,一般的低频并无法传送较远处,因此必须藉由号角的挤压将低频传送出去,使后方的观众也能感受到低音。缺点为低频延伸较差。
    ◆被负载号筒式音箱:在音箱内部拥有传输管道,以增加低频延伸,再由号筒将声音打出去。其比号角式音箱能获得较多的低频,且亦能将声音传送至更远处。
    ◆耦合(压缩)式音箱:为两支单体面对面,当单体发声时,藉由互相挤压产生出更低频率。此外,由于两支单体皆锁在音箱里,因此必须有开口设计在两支单体的中间。
肆、分音器的设计:

分音器能完全决定喇叭声音的走向,因此分音器的设计相当重要。如何设计一个良好的分音器?首先要根据单体的特性曲线,选择最佳的频率段,进而决定喇叭的分频点,此外,还要依据高低音单体的效率与阻抗,来设计出最适合此音箱与单体的分音器。

在家用的领域上,分音器的设计是尽可能使喇叭拥有最平坦的频率曲线。但在专业的领域上则不然,例如在舞厅的喇叭,为了使喇叭能拥有强劲的力道,因此分音器在中低频段上会特别的加强。另外,分音器的设计也会影响喇叭的效率,当使用的零件越多,相对也会减少喇叭整体的效率。
除了认识喇叭的内部结构外,我们特别要提出的两点,当您在选择喇叭及安装系统时需特别注意。
壹、效率:

常有人以喇叭的承受功率来判定喇叭所能发出的音压,事实上这是非常错误的,应该是要先看喇叭的效率才对。何谓效率?简单来说,就是输入一瓦的能量,在距离喇叭一米处以麦克风测量其发出的音压(单位为dB)。例如,当两支不同效率的喇叭,输入相同的瓦数时,效率较高的能获得较大的音压。因此,就算低效率的喇叭拥有较大的承受功率,但其最大音压未必能大过高效率但承受功率较小的喇叭。

高效率喇叭有许多的好处,除了只需搭配小瓦数的扩大机,还有能拥有较多的细节,较宽广的动态。和低效率喇叭相比,高效率的喇叭在小音量时,依然能保有全频段的细节,相对于低效率喇叭可能只剩下中频段的声音,必须将音量开到某个音压才能获得较佳的解析。因此对于现今流行的家庭剧院系统,其特别强调高动态及高解析的音质,如果能选择效率较高喇叭,将会是最佳的选择。

贰、相位:

一支单体的相位决定在线圈的缠绕方式,以顺时钟缠绕和逆时钟缠绕两者相位相差一百八十度,简单的说就是两者的正负极性会相反。此外,分音器的设计也会影响相位,因此不同厂牌的喇叭可能会有不同的相位。在传统的两声道系统,一定是使用两支相同喇叭,所以根本不需要考虑相位问题。但在现今的多声道系统,如果您使用的多支喇叭是来自不同的厂牌,且当您依喇叭的正负极性连接,却觉得低频段非常的硬而不沉,这很可能是喇叭的相位不同,造成相同频率相互抵消,一般以低频段影响最大。解决的方法,可以利用相位测试器来检测喇叭相位,使所有的喇叭单体皆为同相,如此,必定能大大改善低频段的量感。

在此我们并不是狭义的探讨何种喇叭的设计是最好的,而是在告诉您何种设计有何种特殊的声音走向,以供您在选择喇叭时,有更多方面的考量。况且每个人对声音的喜好多少会有不同的认知,因此就算您没有接触过或对这方面学养有限时,那倒不如将声音的选择,放心的交给自已的耳朵。
 

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