喇叭


一種管樂器,上細下粗,多用銅制成,又可指一種電聲元件,作用是將電信號轉換為聲音,也叫揚聲器。 還可用來形容替人鼓吹、宣傳的人。

  喇叭

定義

管樂器

  一種管樂器,上細下粗,多用銅制成,俗稱號筒。
  管樂器,上細下粗,最下端的口部向四周張開,可以放大聲音。
  明 戚繼光 《紀效新書·號令》:“凡喇叭吹擺隊伍,是要各兵即于行次,每哨一聚。”《二十年目睹之怪現狀》第六八回:“忽然耳邊聽見哈打打,哈打打的一陣喇叭響。” 茅盾 《色盲》:“喇叭吹出嘹亮的音符,一個個飛來撞著 林白霜 的耳膜。”

電聲元件

  一種電聲元件。其作用是將電信號轉換為聲音。也叫揚聲器。 巴金 《滅亡》一:“﹝車夫﹞先按一下喇叭,接著就開起車走了。” 魏巍 《東方》第四部第十六章:“在這危急的時刻,忽然聽見前面左山腿上廣播喇叭一陣嗞嗞喇喇地怪響。”

比喻含義

  喻替人鼓吹、宣傳的人。 茅盾 《子夜》八:“虧你還說 韓孟翔 夠朋友,夠什么朋友呀!他是趙伯韜的喇叭。”

發展歷史

  早在1877年,德國西門子公司的Erenst Verner就根據佛萊明左手定律,獲得動圈喇叭式喇叭的專利。1898年,英國Oliver Lodge爵士進一步依照電話傳聲筒的原理發明了錐盆喇叭,與我們所熟悉的現代喇叭十分類似,Lodge爵士稱為「咆哮的電話」。不過這個發明卻無法運用,因為直到1906年Lee De Forest才發明了三極真空管,而制成可用的擴大機又是好幾年以后的事,所以錐盆喇叭要到1930年代才逐漸普及起來。另一個原因是1921年以電氣模式錄制的新唱片問世了,它比古早機械式刻制的唱片有更好的動態范圍(最大到30dB),逼得人們不得不設法改良喇叭特徵以為配合。1923年,貝爾實驗室決定要發展完善的音樂再生系統,包括新式的唱機與喇叭,身曆聲錄音與MC唱頭、身曆聲刻片模式等,就在這波行動中被發明出來。研發喇叭的重責大任,落在CW Rice與EW. Kellogg兩位工程師身上。他們所使用的設備都是當時人前所未見的,包括一臺200瓦的真空管擴大機、許多貝爾實驗室自己完成的錄音,以歷年來貝爾實驗室發展出來的各種喇叭 - 像是Lodge的錐盆喇叭雛形、用振膜瓣控制壓縮氣流的壓縮空氣喇叭、電暈放電式喇叭(今天叫電離子驅動器),以及靜電喇叭。
  沒多久Rice與Kellogg從眾多樣式中挑選出兩種設計 - 錐盆式與靜電式,這一個決定使喇叭發展方向從此一分而二:古早式與創新式。動圈式喇叭動圈式喇叭是從舌簧喇叭的基礎演變而來,在環狀磁鐵中間有一個圓筒型線圈,線圈前端直接固定紙盆或振膜上,但線圈中通過音樂電流,磁場受到變化,線圈就會前后移動而牽動紙盆發聲。動圈式喇叭問世之初由于永久磁鐵強度難以配合,所以多采用電磁式設計,在磁鐵中另外纏繞一個線圈來產生磁場,這種設計曾流行廿年之久。但電磁喇叭有它的問題,比如通過電磁線圈的直流脈沖容易產生60Hz與120Hz的交流聲干擾;而電磁線圈的電流強度隨音樂訊號而變動,造成新的不穩定因素。
  1930年代經濟大蕭條期間,愛迪生留聲機公司倒閉了,其它人也好不到哪去,需要擴大機驅動的喇叭因此推廣不順,老Victorla留聲機直到二次世界大戰前都還很流行。二次戰后經濟起飛,各種新型音響配件成為搶手貨,錐盆式喇叭再度受到嚴重考驗。這段時間由于強力合金磁鐵開發成功,動圈式喇叭由電磁式全部變成永久磁鐵式,過去的缺點一掃而空(常用的除了天然磁鐵鈷以外,還有Alnico與Ferrite磁鐵,除了磁通密度外,天然磁鐵的各種特徵都較優越,近年來高級喇叭則采用釹磁鐵)。為配合LP的問世,以及Hi-Fi系統的進展,錐盆喇叭于是在紙盆材料上尋求改革。常見的像是以較厚重材料制造低音單體,輕而硬的振膜當高音;或者把不同大小的喇叭組裝成同軸單體;也有在高音前面加號筒變成壓縮式號角高音喇叭;甚至有將高音號筒隱藏在低音紙盆后面的設計。1965年英國的Harbeth發明了真空成型(Bextrene)塑膠振膜,是材料上的一大進步,這種柔軟但阻尼系數高的產品,在KEF與一些英國喇叭上仍可見到。后來Harbeth還發明了聚丙烯塑膠振膜,這種新材料有更高的內部阻尼系數,質量更輕,目前仍被許多喇叭采用。工程師設計喇叭時變成有兩個思考方向:低音喇叭尋求音箱結構的突破;高音喇叭則進行單體的改良。所以這個時候出現的一些新設計,幾乎都是高音單體。比較成功的設計,就屬靜電喇叭了。靜電喇叭前面提到貝爾實驗室的Rice與Kellogg實驗喇叭,他們制造的靜電喇叭大得像扇門板,振膜由豬大腸外包金箔構成(塑膠還未為上市)。當真空管的光輝照耀,發亮的金色龐然大物具有催眠作用,加上實驗室空氣中充滿豬腸腐臭味與臭氧味,兩位科學家也許會想到「科學怪人」與利用死人耳朵制成的貝爾「記音器」。但開始發聲后,它光彩奪目的聲音與逼真的音色,簡直讓大家嚇呆了,他們明白一個嶄新的時代已經來臨了。不過Rice與Kellogg在設計靜電喇叭時遇到了無法克服的問題:需要有龐大的振膜才能再生完整的低音,在技術難以突破的情況下,貝爾實驗室只得轉向錐盆喇叭發展,這一停滯使得靜電喇叭沉寂了三十年。1947年一位年輕的海軍軍官Arthur Janszen受指派發展新的聲納探測設備,而這套設備需要很準確的喇叭。Janszen發現錐盆喇叭并不線性,于是他動手試做了靜電喇叭,在塑膠薄片上涂上導電漆當振膜,事后證明無論是相位或振幅表現都不同凡響。Janszen繼續研究,發現將定極板(Stator)絕緣可防止破壞作用的電弧效應。1952年,Janszen完成商業化生產的靜電高音單體,與AR的低音單體搭配,是當時音響迷夢寐以求的最佳組合。1955年,Peter Walker在英國的「無線電世界」一連發表多篇有關靜電喇叭設計的文章,他認為靜電喇叭與生俱來就有寬廣平直的回響,以及極低的失真,失真度比當時的擴大機還低得多。1956年,Peter Walker的理想在Quad ESL喇叭上實現了(Quad是以他早年一種擴大機Quality Unit Amplifier-Domestic的縮寫來命名),它的準確性被譽為鑒聽新標準,不過仍有一些問題待克服:音量不足、阻抗負載令某些擴大機望而生畏、擴散性不足、承載功率也有限。60年代初期Janszen加入KLH公司為KLH-9的上市而努力,由于KLH-9的大尺寸化,解決了Quad ESL的問題,一直到當1968年Infinity公司成立前,KLH-9靜電喇叭都是最Hi-End的產品。Janszen的成就不僅于此,在他協助下,Koss、Acoustech、Dennesen等靜電喇叭陸續問世,Janszen企業的首席設計師Roger West也自立創設了Sound Lab公司。
  當Janszen企業出售時,RTR公司買下生產設備,推出Servostatic靜電板,Infinity的第一對喇叭就使用RTR的產品。Janszen公司幾經轉手,卻始終沒有消失,今天喇叭王之一 - Dave Wilson的WAMM巨型系統,裡面就用了部分Janszen所設計的靜電板。靜電喇叭的設計吸引許多廠商投入,比較有名的包括Acoustat、Audio Static、Beverage、Dayton Wright、Sound Lab、Stax與Martin Logan等。Acoustat X本身附有真空管擴大機,可以輸出高壓訊號而不必使用升壓器;Beverage 2SW除了附有高電壓擴大機、控制器,還有一對超低音。由于Beverage 2SW兩公尺高的振膜裝在一個橢圓音箱中,利用聲波導板讓聲音由前方開口均勻傳出,可以形成非常立體的音像,它的建議擺位是放在兩側墻邊,然后面對面播放。Dayton Wright的設計也很特殊,振膜裝在以六氟化硫惰性氣體密封的塑膠袋內,用以增加喇叭的效率與輸出音壓。最貴的靜電喇叭,要屬Mark Levinson的HQD。每一聲道使用兩具Quad靜電喇叭,加上一個改良的帶狀高音與一個24吋的低音增加頻率兩端延伸,配上三臺Mark Levinson ML-2后級與電子分音器,要價15,000美金,當時真的是天價。Martin Logan為解決大片振膜產生低音的問題,近年來混和錐盆低音的一系列設計獲得很大成功,再加上延遲線、聲學透鏡、波浪狀振膜等新技術的引進,讓靜電喇叭越來越可親,相信它還會繼續的存在。

發聲原理

  喇叭其實是一種電能轉換成聲音的一種轉換設備,當不同的電子能量傳至線圈時,線圈產生一種能量與磁鐵的磁場互動,這種互動造成紙盤振動,因為電子能量隨時變化,喇叭的線圈會往前或往后運動,因此喇叭的紙盤就會跟著運動,這此動作使空氣的疏密程度產生變化而產生聲音。

電聲元件分類

帶狀喇叭

  1940年末,一位年輕的加拿大發明家Gilbert Hobrough使用擴大機時,一時大意在喇叭音樂播出中拆下喇叭線,并讓發熱的導線靠近電線的接地端。這是很危險的動作,但Hobrough驚訝的發現電線開始拌動,并發出音樂聲,這個「具有增益的金屬線」不久后才明白是靜電效果。Hobrough進一步研究,才知道1910年左右已經有人提出這個問題,1925年在磁場內使用導電金屬片的喇叭已經于德國取得專利,當時人說這是帶狀喇叭。1920年與1930年代分別有兩種帶狀喇叭上市,不過曇花一現很快就沉寂了。帶狀喇叭的原理是在兩塊磁鐵中裝設一條可以震動的金屬帶膜,當金屬帶通過電流,就會產生磁場變化而震動發聲。在Hobrough重新發現帶狀喇叭時,Quad創辦人Peter Walker也在英國推銷一種號角負載的帶狀高音,這個高音并不成功,反而是1960年左右英國Decca推出很成功的帶狀高音。另一種類似的帶狀喇叭Kelly Ribbon由Irving Fried引進美國,他將Kelly高音配上載輸線式低音而產生不錯的效果。1970年代,Dick Sequerra為金字塔(Pyramid)發展的帶狀喇叭,首次揚棄號角的設計。Hobrough發現帶狀喇叭后的三十年中,他以經營空中繪圖和靠著自動機械的專利貼補,持續進行研究,終于在1978年發展成功頻率回響低至400Hz仍然平直的帶狀單體(當時產品只能到600Hz),并且不會融化、破碎或變形,失真則只有1%。Hobrough與他的兒子Theodore Hobrough還獲得一項專利:與帶狀高音搭配的多丙烯低音所使用的無諧振特殊音箱。不過他們以Jumetite Lab為品牌所制造的喇叭,一心想以較低價格提供給大家使用,在市場上卻沒有紅起來。后來包括加州柏克萊的VMPS Audio、愛荷華市Gold Ribbon Concepts、麻州的Apogee Corporation,都發展出比Jumetite Lab頻寬更大的帶狀喇叭系統。
  Gold Ribbon制造了頻寬最大的帶狀驅動器(200Hz-30KHz),它們不是用鋁,而是以厚度僅1微米(百萬分之一公尺)的金制成振膜。不過最成功的,卻是Apogee公司。身兼藝術經紀人與音響玩家的Jason Bloom,加上他的岳父Leo Spiegel - 一個退休的航空工程師,共同組成Apogee。它們用古典帶狀驅動器負責中高音,100Hz以下使用另一種準帶狀驅動器,近年來也加入錐盆低音作混和設計,評估都相當的高。另外有一個帶狀喇叭家族的遠親 - BES(Bertagni Electroacoustic System)脈動振膜喇叭。BES跟典型的靜電喇叭或Magneplanar平面喇叭一樣,都有一個開放的架子與一塊平面振膜,聲音向前后輻射。不過BES不是很薄的金屬板,而是厚度不一的泡沫塑膠,外表有點像立體地圖。BES的設計使振膜表面有多種諧振模式,振膜的不同部分在不同的頻率部分振動,振動的模式不是機械活塞式,倒像隨著寬廣音樂而均勻振動的音叉。BES的設計引起很大爭議,最后當然就不了了之了。平面喇叭在帶狀喇叭演化的過程中,衍變出一種平面動態喇叭,也稱為假帶狀喇叭,它的問世要歸功于美國3M的工程師Jim Winey。Jim Winey原本是業余音響愛好者,他很喜歡靜電喇叭,但又覺得KLH-9太過昂貴,應該有辦法降低成本才對。有天他獲得靈感,他發現用于冰櫃門邊的軟性陶片磁鐵,質量輕、成本低、切割制造容易,很適于做磁性結構。這種磁鐵可均勻的驅動扁平、寬大的整個振膜表面,可用在雙極輻射型態的塑膠振膜喇叭。Jim Winey設計的喇叭振膜上有許多細小的金屬導線,金屬線接收來自擴大機的訊號,并配合永久磁鐵的磁場產生吸、推作用。1971年,Winey正式推出新型態的喇叭,起初命名「靜磁」(Magnestatic),后來改名為「平面磁」(Magneplanar)。Magneplanar上市后得到很大的回響,包括Strathearn、Wharfedale、JVC、Cerwin-Vega、Thorens等公司紛紛發展不同型態的平面動態喇叭,其中最有名的是Infinity。Infinity推出的Quantum Reference Standard附有雙擴大機與電子分音器,它不是用一整塊振膜,而是由許多小振膜組成。QRS高兩米,寬一米,一共有20個高音單體,其中13個向前,其余向后,垂直成一直線排列。中音則有三個單體,也是垂直排列。加上一只15吋低音,使得QRS可以發出極為震撼的音量,頻率也超出可聞范圍。后來的EMIT高音(Electro Magnetic Induction)與EMIM中音,也是一種平面振膜,與后來Genesis所用的高音已經不太一樣,Genesis的高音可以視為帶狀單體與平面單體的混合設計,而中音部分Genesis的大喇叭都采用帶狀單體,與Infinity分道揚鑣。不過我們可以看到Infinity從IRS所建立的巨型喇叭架構,這么多年來仍是Hi-End揚聲器的最高典范。平面喇叭也有其限制,它的磁結構使得只有磁場的邊緣通量能與振膜上分布的「音圈」相互作用,因此效率都不高,到目前這個現象能然存在。再一方面,平面喇叭所用的振膜比靜電喇叭或帶狀喇叭都來得重,因此會限制它的頻寬,過去只有Audire一家公司使用全音域的平面驅動器,連Magneplanar自己的喇叭后來都改采帶狀單體的中高音,加上平面振膜低音組合而成。Burwen與日本山葉曾利用平面振膜制成耳機,Pioneer則放棄磁性平板,改用高分子聚合物來制造耳機,但這些產品似乎都沒有獲得鐵定。海耳喇叭非古早式喇叭中最成功的要屬海爾式設計,就在Winey完成第一個平面動態喇叭后不久,德國物理學家海爾(Oskar Heil)研究出一種很高雅的帶狀喇叭變形物,他稱為氣動式變壓器(Air Motion Transformer)。
  海爾的發明與平面動態喇叭很像,使用一層很薄的塑膠振膜,上面覆以導電的鋁制「音圈」。不過海爾式喇叭的振膜不是拉緊的,而是打褶的、松松的掛在架子上,因此導線音圈位于一喇叭堆垂直磁鐵的間隙內,當磁力交替擠壓彎曲皺褶的振膜,再將它們推開,空氣就隨著音樂而擠壓發聲。這樣的設計有很高的效率,振膜上的強大磁力可降低有效質量電抗或音樂阻抗,這也是「氣動式變壓器」名稱的由來。事實上這種喇叭就是聲音變壓器,跟號角一樣,較低的有效質量使它的高頻可以往上延伸,普通的海爾驅動器有300Hz-25kHz的頻寬,完全不需要等化。雖然海爾博士對自己的設計信心滿滿,認為自己的喇叭才是合理,別人的喇叭都是奇特,但因為制造品質掌控不佳,低音單體的配合又過于簡陋,所以海爾喇叭逐漸淡出市場。會冒火的離子喇叭當貝爾實驗室的Rice與Kellogg面對許多未知時,稱為響弧(Singing Arc)或環形放電喇叭的怪物,大概是最令人敬畏的。早于1920年代,無線電技術員就發現,用來調變發射機的高壓電訊號有時會形成藍色的球狀發亮氣體,廣播的聲音會從發亮的球體傳出來,聲音不大但很清楚,有人形容:簡直很火舌一樣。Rice與Kellogg并沒有認真去研究這個現象,因為這種發音裝置頻寬不足,還會發出大量臭氧。1940年代,法國核物理學家Siegfried Klein再度發現此現象,并嘗試開發新的喇叭,1950年他替新產品命名為「離子喇叭」。這種設計沒有機械諧振,沒有質量,有無限的順服性,似乎是喇叭的一大突破。英國的Decca、法國Audax、德國Telefunken、英國Fane與日本Realon都紛紛投入離子喇叭的研究,但首先商業化上市的卻是美國Dukane(Electro Voice),它們在1962年推出名為Ionovac的新產品,后來改由AmericanAudioC om.生產,持續了很長一段時間。至于Siegfried Klein本身并未參與生產,他繼續研究,神奇的離子喇叭猶如燭光一樣,可以朝它用力吹氣而絲毫不損音樂播放。離子喇叭的另一優點是效率很高,105dB的音壓只需10瓦的擴大機即可達成,頻率回響也可降至1000Hz左右。Siegfried Klein的設計由德國Magant生產,但美國禁止出售,因為臭氧量超過標準,而且另一個Hill Plasmatronic的品牌也威脅Magant獨占地位。雷射物理學家Alan Hill所設計的Plasmatronic喇叭原理與Siegfried Klein的離子喇叭相同,使用一只裝有特殊氣體的石英管產生放電現象,使空氣電離而發出聲音,最簡單的說,它們的發聲過程好象是閃電過后的雷鳴現象。這種喇叭高頻特徵極佳,但石英管壽命有限(每隔幾個月就要補充氦氣),成本又高,使用上并不方便。Hill的離子喇叭頻率從700Hz-20kHz,在10呎外仍有90dB的音壓,低音則交給古早錐盆喇叭處理。這對喇叭有完美的相位與振幅線性,失真小于1%,可惜售價高達一萬美元(附贈A類擴大機一部推動高音,并且有電子分頻器),想當然的沒有幾個人購買。不過Hill與Magant的離子喇叭,仍在市場上存在許久。真正的錐型喇叭1985年由Ohm所推出的Walsh,其創意足以和BES相提并論,也是第一對真正的錐型喇叭,不但用錐型單體,喇叭本身就是個錐型。Walsh只用一個單體處理20Hz-20kHz的廣闊頻率,錐型驅動器放在音箱頂端,音圈和磁鐵在上面,振膜朝向音箱內部。Walsh以管制的分解模式工作,頻率上升時,對音圈起反應的紙盆范圍縮小;頻率較低時紙盆活動范圍增加。
  未達到此一目標,紙盆由數種不同材料的同心環組成,同心環的作用等于低音濾波器。環越大,處理的頻率越低,最低的頻率使整個紙盆運動;高頻則只用很輕的振膜維持,以阻尼的模式維持頻率回響平直。這種設計不論相位或振幅都有很好的線性,最主要是它能180度發聲。另一個錐型喇叭的典范,是德國mbl的101喇叭。1975年左右,一家電腦儀控公司老板Meletzky發現,球面單體最能符合他的理想,球型單體的振膜大于古早喇叭單體,更能仿真出自然樂器在空間中的表現。于是他結合柏林大學的兩位教授以鋁片作成百褶裙狀的圓形單體,這個稱為100的產品并沒有正式上市。1987年mbl以碳纖維當材料,制造了可以360度發聲的中高音單體,再加上許多鋁片黏合成的葫蘆狀低音,推出令人驚訝的101喇叭。還有一種Orthophase喇叭,在整片塑膠膜上黏附很輕的鋁帶,然后放在強磁場中,鋁帶通電而產生震動發聲。

號角喇叭

  1919年,美國物理學家Arthur G. Webster發明了指數型號角喇叭,由于高達50%的效率(一般的動圈式喇叭的效率只有1-10%,Klipsch的號角喇叭效率約為30%),很快就被普遍運用在劇院、體育場等需要大音量的場所。號角喇叭最大的特色就是效率高,一點點功率就能發出極大的聲響。它的缺點則是不利于低頻回放,如果要回放低頻,需要有很長的號角,以回放50Hz頻率為例,號角的開口直徑要兩公尺,長度則要大于五公尺才行。1940年美國工程師Paul W. Klipsch設計了一種體積較小適合家庭用的折疊式低音號角揚聲器,利用房間角落裝置驅動器,把房間的墻壁當成一個超大的號角,在Klipschorn慶祝五十歲生日時,這型喇叭仍然老當益壯的繼續生產中。1927年就創立的Altec Lansing公司是另一個號角喇叭的傳奇,1956年所推出的A7「劇院之聲」,到現在仍有人捧場。1932年成立的英國Vitavox,喇叭在1947年推出可媲美Klipschorn的CN191號角喇叭,頻率回響已經可達20Hz-20kHz,目前也仍在預約生產中。號角喇叭的特徵會因號角長度、形狀與使用的材料不同而有所差異。從早期的鐵制、鋁、鋅號角,逐漸演變而有塑膠、水泥、木頭號角、合成材料號角等多種材料。設計得當,可以把號角喇叭音質較不細致的問題做部分解決;設計不當,甚至會有吼聲效應出現。號角按照形狀可分為雙曲線型、拋物線型、指數型和圓錐型等,其中指數型號角最常被使用。有些號角的指向性過強,還必須在前端加掛音響透鏡(Acoustic Lens),以增加聲音擴散的角度。一些簡化的折疊號角陸續被提出,有些設計以短的號角和房間墻壁加強喇叭背面所發出的低頻,同時直接從錐盆前方發出中、高音,這種背后負載的折疊式號角喇叭通常都有不錯的效果。目前的號角喇叭多半搭配錐盆式低音使用,由于號角通常效率都在100dB以上,所以運用上并不是那么容易,比較成功的廠商有JBL、Electro-Voice、北歐的Einstein、法國Jadis(獨特的Eurythmie 11足可留名青史)、美國Westlake,以及義大利Zingali等。氣墊式喇叭除了單體本身的改良,從五○年代開始,工程師也在音箱上動腦筋,希望用同樣的單體就能表現出更好的效果。
  其中最著名的設計有兩種, 一種是氣墊式喇叭,一種是傳輸線式喇叭。

氣墊式喇叭

  1958年身曆聲唱片問世,音響進入立體世界,喇叭不像唱頭等需重新設計,消費者多買氣墊式喇叭一只同型喇叭就可以了。但也正因如此,體積龐大的喇叭不再受到青睞,大家需要小巧又有足夠低頻的新產品,氣墊喇叭應運而成。造成氣墊喇叭流行的背后功臣,應該是晶體擴大機,他提供了不發熱的大功率,來應付氣墊式設計帶來的低效率問題。氣墊喇叭同時也是大功率擴大機的幕后原兇,七○年代許多人都有這樣的觀念;不是大出力擴大機就不好,不是氣墊式喇叭就不夠高級。
  氣墊式也就是密閉式的一種設計。當單體運動時,如果背波傳到前方,會造成低頻訊號抵消,所以有無限障板的概念產生。一個密閉的箱子也可以當作無限大障板,使前、后波彼此作用的機會降到最低。低音反射式則是無限大障板的衍生設計,由于錐盆的尺寸大小與共振頻率會限制喇叭的低頻表現,所以在裝一個具有開口的音箱可延伸低頻回響。開口的大小由音箱體積和單體的共振頻率所決定,當音箱反射發聲相移,使開口和錐盆發出的低頻相同而產生加強效果。
  1954年AR的創辦人Edgar Villchur推出氣墊式喇叭,改善一般密閉式音箱的剛性空氣造成低頻快速衰減的問題。動圈式單體通常是由錐盆與音圈構成,錐盆邊緣由彈性物質支撐,這使得它無法有自由空氣振動頻率。如果在氣密式音箱中塞滿吸音材料,揚聲系統會產生有比單獨驅動器還高的振動頻率,Edgar Villchur把自由空氣振動頻率約10Hz的單體裝到1.7立方呎的氣密音箱中,揚聲器共振頻率提高為43Hz。這種設計一方面使系統的失真大為減少,一方面還能發出深沉的低頻,缺點則是效率大為降低。

傳輸線式喇叭

  傳輸線式喇叭最早稱為迷宮式設計,喇叭單體被裝在音箱的一端,透過一個復雜而且很長的調協信道,單體的背波從另一端的開口被擴散出來。第一個迷宮式設計是Banjamin Olney在1936年為Stromberg-Carson所設計的,他將一個共振頻率為50Hz的單體裝入迷宮式音箱中,結果其共振頻率降到40Hz,并且在40Hz的半波75-80Hz獲得增加,從而產生良好的低音。但他同時發現回響曲線產生不少峰值,這些峰值來自音箱信道本身的共鳴,于是他在信道裡鋪設吸音材料與導板,把150Hz以上的頻率在開口處截止。迷宮式設計可以獲得良好的低頻延伸,但它的制作麻煩,又比不上經濟的低音反射式獲致做簡單的密閉式有競爭力,所以五○年代Carson再度推銷迷宮式設計,仍然沒有成功。等到六○年代中期迷宮式喇叭重出江湖時,它有了新的名字 - 傳輸線式喇叭。
  傳輸線式可以說就是在信道中塞滿阻尼物的迷宮式,其理論是由英國布拉福特技術協會(Bradford Institute of Technology)的A.R. Bailey教授所提出來。他認為低音反射式音箱由于急遽的低頻衰減,容易造成鈴振,就像用電子模式突然的把低頻切掉。如果在揚聲器背后設計一個無限信道可以吸收背波的反射,就能消除擾人的駐波,所以他用長纖羊毛等吸音阻尼物來替代無限的信道,極低頻的音波波長較長而可以從信道口逸出,增強了喇叭的低頻效果。Bailey教授的設計一度被許多廠商采用,包括IMF、Infinity、ESS、Radford等,它們有的是把信道當成增強低音之用,有些則專做阻尼之用。迷宮式的出口截面積通常等于或大于單體振膜的面積;傳輸線式的信道是逐漸縮小,出口截面積小于振膜面積。
  英國Robert Fris曾推介一種傳輸線的變體設計,名為「分離耦合抗共鳴線」DaLine(Decoupled Anti-resonant Line),這種設計號稱沒有共鳴現象,而且可以使用小尺寸的單體而獲得良好的低音,也比大尺寸單體有更好的瞬時效果。目前并沒有標榜以DaLine設計的喇叭,不過一些低音反射式音箱卻從這裡得到靈感而進行改良。習慣于密閉式或低音反射式設計的人,對傳輸線式設計一直有意見,傳輸線式較大的體積、復雜的結構,以及難以預期的效果,也阻礙了他的發展。目前生產傳輸線式較有名氣的廠商,只剩英國TDL(前身就是IMF)與PMC,PMC以傳輸線式成功的設計了錄音室鑒聽喇叭,再度引起大家對傳輸線式的興趣。

全音域喇叭

  喇叭單體從單一的全音域設計,逐漸發展成多音路設計,工程師發現到不同頻率單體間有許多銜接的問題,包括分頻點、分頻斜率、靈敏度、相位等都可能產生誤差,于是有兩種新的思考喇叭方向被提出來,一種是全音域喇叭,一種是同軸喇叭。英國Goodmans曾請E.G. Jordan設計AXIOM80單體,是針對錄音鑒聽所設計的,也是全音域單體的長青樹。Jordan與另一位英國人Watts在1964年組成了Jordan Watts公司,當時所推出的Model Unit單體一直持續生產了20多年。這個單體采用十公分的金屬振膜,鈹青銅制的音圈,以及方形的架構,非常有特色。1975年Jordan Watts推出的Flagon花瓶狀全音域揚聲器,一直到今天還在生產,是少數像藝術品的喇叭。1932年創立的英國Wharfedale,在二次大戰前后也推出不錯的全音域單體,1958年老板換人后,開始往電腦等尖端科技發展,放棄了全音域單體的發展。英國另一家Lowther倒是始終堅持,60多年來一直浸淫于全音域單體領域中,它們單體的特色是白色獨立邊緣、中心均衡器等,現在臺灣仍可買到它們的產品。
  日本方面有多家全音域單體制造商,一度與Pioneer、Onkyo并稱為揚聲器三大老鋪的Coral,曾推出20公分大的全音域單體。Diatone在1946年成為戰后最早生產全音域喇叭的公司,它們采用OP磁鐵得到很大成功。1947年與NHK合作開發了P-62F單體,作為廣播鑒聽之用,之后改款為P-610,整個系列暢銷將近40年,成為日本音響史上的一個傳奇。在慶祝50周年前夕,Diatone曾推出限量紀念產品,造成一陣小小的轟動。1973年因石油危機而脫離Foster電機獨立的Fostex,曾推出許多有創意的產品,如雙錐盆全音域單體、生物振膜單體等,它們也推出全世界最大的低音單體EW800(80公分)。

同軸喇叭

  Guy. R. Foundtain于1926年成立Tannoy公司,1947年所設計的LSU/HF/15L單體,是38公分大的兩音路同軸設計,這顆單體開啟了同軸喇叭的新紀元。1953年Tannoy開始以同軸單體制造Monitor 15 Silver等錄音室用鑒聽喇叭,獲得許多大唱片公司采用,Decca的許多發燒天碟就是這個時代以Tannoy喇叭鑒聽錄制的。Tannoy的同軸概念來自三○年代全音域點音源設計,構造簡單,具有線性的對稱與方向性、失真低,音像準確等優點。為了得到足夠的低音,Tannoy不斷在尺寸上加碼,最后把38公分的同軸單體運用在Westminster Royal等頂級喇叭上,可產生相當深沉的低頻。近年來Tannoy除了設計雙音圈同軸單體外,也在高音單體裝置了郁金香型導波器,提高頻率回響的平順。在Tannoy 70周年慶時,它們推出新的旗艦Kingdom喇叭,中音部分仍采用同軸設計,另外加上超高音與超低音單體,這款喇叭也說明了同軸設計的限制。
  Tannoy的最大競爭對手是英國同胞KEF(Kent Engineering and Foundary),它們的動作比Tannoy積極,1984年推出空腔耦合技術(Coupled Caviy),104/2喇叭的獨特構思與豐富低頻引起許多討論,這一年它們加入同軸喇叭市場。 1989年KEF進一步改良,推出稱為Uni-Q的同軸技術,105/3喇叭同時使用空腔耦合技術與Uni-Q單體,表現更上層樓。KEF的Uni-Q單體是在同一個底盤上裝設大、小兩個磁鐵,發音時高音利用低音的振膜當作號角,達到同軸同時的目的;Tannoy的同軸單體并不在同一個平面上,所以并非真正同軸同時。
  各種仿同軸的設計紛紛出籠,美國洛杉磯專門制造PA與錄音室鑒聽用喇叭的Gauss,把高音套上一個碗狀的蓋子放在低音中間,有不錯的評估。德國Siemens也設計了一個同軸單體,把9公分高音單體放在25公分低音前面,再以聲學透鏡改善擴散角度,七○年代進軍劇院市場引起很大話題。

其它類型的喇叭

  壓電式單體,目前僅見于少數高音使用。所謂壓電材料(Piezo-electric),是指施加電壓后會伸展、收縮或彎曲的材料,像是酒石酸鉀鈉(Rochelle salt)、鈦酸鋇、鈦酸鹽、鋯酸鹽等合成物,它們曾被運用在唱頭、耳機等組件上。至于用在喇叭上,要等到能軸向伸展的多元氟化乙烯樹脂作成,并在兩邊加以真空氣化鋁處理過的高聚合體出現以后,才得以實現。這種單體有良好的線性、失真少、瞬時佳,也因為質量輕而能設計成各種形狀。它的缺點則是他具有電容性阻抗,有時需要特別設計的轉接放大器。
  此外還有氣閥式揚聲器(讓空氣由受壓縮的空氣槽流經號角而發聲)、感應型、熱摩擦型,以及正式商品化的薄膜型等設計。荷蘭Philips曾推出一種MFB喇叭,在喇叭箱內裝有擴大機與主動性回授組件,把擴大機的回授環路延伸到喇叭音圈。Philips的產品沒有成功,倒是讓Infinity、Genisis等廠商獲得靈感,在低音部分制造了伺服擴大機,降低低音的失真。

發聲模式

動圈式

  基本原理來自佛萊明左手定律,把一條有電流的導線與磁力線垂直的放進磁鐵南北極間,道線就會受磁力線與電流兩者的互相作用而移動,在把一片振膜依附在這根道線上,隨著電流變化振膜就產生前后的運動。目前百分之九十以上的錐盆單體都是動圈式的設計。

電磁式

  在一個U型的磁鐵的中間架設可移動斬鐵片(電樞),當電流流經線圈時電樞會受磁化與磁鐵產生吸斥現象,并同時帶動振膜運動。這種設計成本低廉但效果不佳,所以多用在電話筒與小型耳機上。

電感式

  與電磁式原理相近,不過電樞加倍,而磁鐵上的兩個音圈并不對稱,當訊號電流通過時兩個電樞為了不同的磁通量會互相推擠而運動。與電磁是不同處是電感是可以再生較低的頻率,不過效率卻非常的低。

靜電式

  基本原理是庫倫(Coulomb)定律,通常是以塑膠質的膜片加上鋁等電感性材料真空汽化處理,兩個膜片面對面擺放,當其中一片加上正電流高壓時另一片就會感應出小電流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推動空氣就能發出聲音。靜電單體由于質量輕且振動分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,對低音動力有未逮,而且它的效率不高,使用直流電原又容易聚集灰塵。目前如Martin-Logan等廠商已成功的發展出靜電與動圈混合式喇叭,解決了靜電體低音不足的問題,在耳機上靜電式的運用也很廣泛。

平面式

  最早由日本SONY開發出來的設計,音圈設計仍是動圈式為主題,不過將錐盆振膜改成蜂巢結構的平面振膜,因為少人空洞效應,特徵較佳,但效率也偏低。

絲帶式

  沒有古早的音圈設計,振膜是以非常薄的金屬制成,電流直接流進道體使其振動發音。由于它的振膜就是音圈,所以質量非常輕,瞬態回響極佳,高頻回響也很好。不過絲帶式喇叭的效率和低阻抗對擴大機一直是很大的挑戰,Apogee可為代表。另一種模式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑膠薄片上,這樣可以解決部分低阻抗的問題,Magnepang此類設計的佼佼者。

號角式

  振膜推動位于號筒底部的空氣而工作,因為聲音傳送時未被擴散所以效率非常高,但由于號角的形狀與長度都會影響音色,要重播低頻也不太容易,現在大多用在巨型PA系統或高音單體上,美國Klipsch就是老字號的號角喇叭生產商。

其他

  還有海耳博士在一九七三年發展出來的絲帶式改良設計,稱為海耳喇叭,理論上非常優秀,臺灣使用者卻很稀少。壓電式是利用鈦酸等壓電材料,加上電壓使其伸展或收縮而發音的設計,Pioneer曾以高聚合體改良壓電式設計,用在他們的高音單體上。離子喇叭(Ion)是利用高壓放電使空氣成為帶電的質止,施以交流電壓后這些遊離的帶電分子就會因振動而發聲,目前只能用在高頻以上的單體。飛利浦也曾發展主動回授式喇叭(MFB),在喇叭內裝有主動式回授線路,可以大幅降低失真。

故障原因

  1、長時間超負荷驅動喇叭,喇叭會因為過熱而把喇叭燒壞,因為線圈的溫度升高,使某些結構部分產生熔化,破裂或燒毀,正常使用下線圈的溫度就有180攝氏度,不正常使用之下就可想而知了!
  2、機械式故障,超負荷的驅動喇叭使得紙盤移動超出范圍并和線圈分離,或線圈和線圈座分離,紙盤折邊或喇叭支撐圈被扯破,以上任一種情形一旦發生,都可以使喇叭發生故障。當折邊或支撐圈被扯破,線圈將會和它們磨擦,因為紙盤組件已不能適當地在中心位置懸吊,小的破裂也許剛開始感覺不出來,但是經過一段時間,當裂縫變大時,喇叭就會跟著壞了。
  3、喇叭的故障也可能是以上兩種模式的結合,比如功放突然輸出一個很大的瞬間能量,這個能量可以是聲音突然開大,喇叭就會有一個強烈的振動,使得線圈脫離了磁力間隙,當它回去的時候可能偏心失誤就無法回到原位,這樣將使整個機械的動作被紙盤帶向前方,偏離原始停留的位置,結果紙盤已經不能發出聲音,但是能量還繼續傳送的喇叭的線圈上,線圈雙離開了磁力間隙,因為磁力間隙是線圈最好的散熱環境,但線圈已離開磁力間隙,那么線圈在繼續接收來自功放的信號時,線圈很快就會發熱造成燒毀線圈。

擺位基本法

耳平高音單元

  喇叭即揚聲器或音箱(國內用詞),人們大都將之概括地分成兩大類別。一是座地式,一是書架式,但無論書架或 座地的,擺位的方法都差別不大。首先,書架喇叭要『坐腳架』才靚聲,這個實屬必然,但也有些座地喇叭需要坐矮架;例如B&W的801及802等便 是。至于喇叭的高度,不管需要『坐架』與否,一般而言足以聆聽者坐著時耳平高音為準。然而,這不僅是喇叭的問題,座椅的高度亦需配合。舉例說:若一款二路 二單元喇叭指定要輔以27"高腳架,使用后其高音水準高度達37"的話,如閣下聆聽時所用的座椅令你坐下時耳朵的水準高度高于或低于37",那便會影響到 正常效果,這會令到高中低頻失卻平衡。而對于初哥們來說,最顯然易見的弊處則在于;若高音單元低過耳平,音場整體會變得低矮。若高于耳平,中低音與低音會 遮蓋高音,形成低音過多而高音不足,或會有音場較高的錯覺,但結像與定位會因低音對高音的遮蓋效應,變得模糊。
  然而,以上的并非金科玉律,仍 有許多非一般例子要視乎個別喇叭的設計來設定,好像Martin Logan、Magnepan等屏風喇叭,又或Bose的直接/反射技術喇叭,便不能套用上述的高度設定準則。此外,某些巨型座地大喇叭將高音單元放得高 高在上,例如Wilson Audio的Grand Slamm,又或像Dvnaudio Consequence將高音單元放在貼近地面者,便需根據設計者的指示下,以一個較遠的『沖程』聽音距離,才能合成出平衡的全頻頻率回響。所以,無論要 設定什么類型的喇叭都要先參閱說明書,看看有沒有廠方建議的高度指引實屬必須程式。
  喇叭放第一個1/3位,聆聽椅放在第二個1/3位
  當完成了高度設定指引的要求后,接著就要處理左/右聲道兩喇叭之間,喇叭與聆聽位之間,以及喇叭跟喇叭后墻與側墻等之距離。
  古早的說法,無 論要在一個新地方重新設定一對喇叭,抑或換了一對新喇叭,第一步;應將兩喇叭放在聆聽間長度的三分一之上。以本刊25尺長的大Hi-Fi房為例,喇叭要距 離喇叭的背墻8’4"(面板起計)。其次,左/右聲道兩喇叭的距離,以面板中軸線作準,至少6尺,這是有效呈現出一個立體音場的最短距離。太過接近的話, 會弄至最簡單的左/中/右定位效果也變得難以分辨。此外,兩喇叭的面板應完全平行后墻,并各與兩側墻形成90。(直角)及離墻數尺。至于聆聽位,則應設定 在另一個三分一之上,即喇叭與聆聽位就像兩個將聆聽間長度劃分成三等分的分界點。
  上述的古早手法,純粹就著如本刊那兩 間長方形的『理想型』Hi-Fi房,以及古早式樣的喇叭而論。若遇上香港常見的不規則鉆石形客廳,又或總面積百多尺的大細邊客飯廳,又只能用半邊來玩 Hi。Fi的情況,還有若使用NHT類面板向內側傾斜喇叭及特別要靠近后墻才靚聲的Naim Audio喇叭等,如以剛才的古早手法,根本不能得到應有的效果。因此以上及繼續下來要為初哥們提供的指引,同樣不應以金科玉律視之,只要就著情況做到盡 量接近便是!
  基本上,左右兩喇叭應與后墻平行,即左右兩聲道喇叭與喇叭背墻的距離完全相同,而左右兩聲道喇叭亦應跟聆聽位有著相同的距離,這 樣才可確保左右兩喇叭發出的直接聲同一時間到達聆聽位,所以左右喇叭與聆聽位理應構成一等邊或等腰三角形。若是等腰三角形,則兩喇叭一邊作為底邊跟聆聽 位,以構成一銳角三角形為佳。若呈鈍角三角型的話,即一是聆聽點與兩喇叭的距離太接近,又或兩喇叭之間的距離太遠、太寬,這兩種情況,都會很容易弄至音場 中央結像奇大。例如一獨唱者的口形,橫跨左右喇叭,更只能有極左及極右兩定位,此之為大耳筒效應!就像透過耳筒聆聽兩聲道身曆聲重播般,只有在頭顱中心的 一把人聲,以及極左極右的音樂聲,完全談不上三度空間舞臺感。所以務必先搞妥這個平行于喇叭背墻前的三角關系,否則難有正常靚聲。

調校 toe-in角度

  搞妥三角關系后,然后要處理的便是Toe-in問題。設定喇叭之初,應先作平擺。即不(*Toe-in或 Toe-out),這個應是不變的做法。繼而找些有一把人聲鐵定在中央的錄音;就好像近期大熱的“Voices”金碟,試試Track 2,聽聽Rebecca的聲音能否在中央結像,若不,則有兩個可能性,一是兩喇叭的距離太寬,那便先把喇叭向中央栘近。但,若然兩喇叭的距離不足六尺,這 樣則會是Toe-in角度的問題,我們可將兩喇叭逐少逐少向中央Toe-in,直至可營造出一個明顯的中央結像為止。同時間我們要留意音場兩側的樂器聲或 其他聲音,會否縮在兩喇叭之間,甚至縮成一團,若出現這情況,則表示Toe-in得太多,令音場過份收窄,故此我們要多用兩三個不同類形的錄音作準,最終 要做到音場左、中、右三部的能量盡量平均分布,若同時間音場能遠遠撐出兩外側,當然更好!*(Toe-in者,即兩喇叭在差不多原地上向內側轉動,令前障 板更面向兩喇叭之間的中線,而Toe-out則相反。)
  除了Toe-in/out角度外,兩喇叭的距離亦同樣對音場左、中、右的能量平均分 布,有著根本性的影響。假若環境容許兩左右兩聲道喇叭的距離逾6尺,我們應試試同時間將兩喇叭向外側等距地移出,看看能否拉寬音場而不影響能量的平均分 布。情況許可的話,可大膽些以尺計移出,拉到音場中央出現缺口才停下來。繼而再轉過來將兩喇叭拉近,直至音場再次接臺,及至平均。如是者拉寬收窄不斷反覆 試驗,并將每次來回的幅度收窄,直至找出一個音塲最寬而能量又平衡的距離來。事實上,許多發燒友都會為求音場更寬而將左右喇叭拉得太寬,引至音場中央斷裂 而不自知,因此以上來回地拉寬修窄的程式極為重要。
  然而,還有一事得注意,就是兩喇叭距離的改變跟Toe-in/out角度有著互相牽動的關 系,因此搞過任何一辦,另一辦很大機會需要再行調節,許多時更要來來回回多遍。沒法子,要靚聲便不能偷懶!

喇叭與后側墻關系

  接著要講講喇叭與喇叭后墻的關系。或許很多初哥都會聽聞過,喇叭擺得越貼近后墻,低音越豐滿,越強勁!的確,越近則越豐越強勁,但初哥們切勿因追求強勁 而略過平衡度,盲目地將喇叭推得太貼近后墻,這會使到低頻過份凸出,令高、中頻等被蓋過,失卻平衡度之余,那些低音還會變成只有量而無線條的混濁低音。因 此,市場除少數如Naim Audio指定要貼后墻擺外,絕大多數喇叭都應當與后墻保持一定的距離。至于這距離是多少,沒有一定準則,要根據不同喇叭跟不同環境的配合而定,如環境許 可的話,可由背板離后墻四尺作起點,但以香港現實的居住環境來說,由近至兩尺起也得接受。然后耐心點重覆將它們移前或拉后,直至找出音色最平衡的一點。當 然,若同時能取得立體感強的深度及層次感,誠然好事!
  最后,還要講的是喇叭與兩側墻的關系。這個很難一概而論,只要不過于貼近便是,至少相距 兩尺吧!若有五六尺當然更佳。此外,香港常見的以單邊客飯廳玩Hi-Fi的情況,使得一邊喇叭的兩三尺外便是墻壁之同時,另一邊卻要延展至八、九尺的飯廳 才到側墻。這也得妥協,惟有將離墻較遠的那邊喇叭,試試以較大的Toe-in角度去取得多一點直接聲來相就,看看能否調校出比較平衡的效果。

喇叭的尺寸

  測量喇叭(揚聲器,行話“單元”)按有效振動半徑計算尺寸。即按紙盆的外沿未壓入固定膠圈的直徑算,習慣上對喇叭的口徑用英 寸。
  一般人用的尺子多是公制,測量紙盆直徑后多少厘米,除以2.54(2.54厘米等于一英寸),就是英寸。
  4寸喇叭:螺絲孔 對角距離是11.5厘米,相鄰孔 距8厘米,喇叭口徑是10厘米;
  5寸喇叭:螺絲孔對角距離是13.5厘米,相鄰孔距9.5 厘米,口徑13厘米;
  6.5寸喇叭:螺絲孔對角距離是15.5厘米,相鄰孔距11厘米,口 徑16.5厘米;
  4X6寸相鄰螺絲孔 距離是12.3厘米和7.3厘米;
  6X9寸相鄰螺絲孔距離分 別是16.5厘米和11厘米.