喇叭發音的原理      

喇叭可用來發聲,日本雜誌稱為<揚聲器>,大致分類可分成『主動式喇叭』、

『被動式喇叭』,即含擴大機的稱主動式,不含擴大機的稱為被動式。

但若從設計原理來分的話,又分成『擴散式喇叭』、『號角式喇叭』、『同軸式喇叭』,我們一般常見的喇叭皆是第一種喇叭,號角式喇叭及同軸式較不多見。

 

喇叭材質的構成很簡單,由外表看到只是一個木箱及幾個單體而已,通常會有

保謢網罩,但其內部的發音原理呢?以電腦來說,當喇叭接受到由音效卡的輸

出端輸出訊號時,會啟動擴大機的電流,而電流的正負電會使喇叭單體上線圈

產生磁場反應,我們用兩片磁石來比喻,當正極和正極在一定的距離時會互相

排斥,而負極和正極會相吸引,這種原理連小學生都會,但喇叭單體的確是靠
這個原理來發音的。接下來我們來討論磁場是如何運用於聲音的,這必需先瞭
解到單體的相關名詞了,首先我們打開我們的音箱(喇叭)將網罩拿開,會看到
這個音箱中裝了幾個單體,最上面的單體通常很小,是高音喇叭,底部較大的
一個則負責中低部份---若閣下的喇叭是三個或多個單體的話,最底下最大的通
常是低音喇叭,而中等大小的則為中音喇叭。而單體表面會有一種類似橡膠的
圓型模,那是共振用來發聲用的,這種材質不一定全是橡膠,亦可是紙盆及金
屬製或陶磁製,但有一個要素即要輕、要硬、要薄,如此才可達到發音的目的。

電流給線圈的的電發生磁場效應,正極-正極時會排斥<此時會振膜會往內收>
負極-正極<此時振膜會往外擴>,這瞬間一收一擴的節奏會造成WAVE-聲波或氣流,而產生聲音,和我們講話的喉嚨振動是同樣的效果。

 

接下來談喇叭音箱內部的一些架構,由背部將音箱的背板拆下,可看到一些電線及分頻器---負責將高中低音往不同的單體送,若分頻器有二個的話,稱二音路喇叭、三個分頻器的話稱三音路喇叭,可能達到四音路或五音路設計嗎?只要你喜歡有什麼不可以,但不一定需要如此多音路設計。

除此之外還有會塞一些吸音綿,並看到音箱的隔間,有些會有一個圓孔---正面、背面都可能,稱擴散孔,而無擴散孔的稱密閉式喇叭。

 

簡易的的喇叭選擇方法,先看音箱材質,塑膠的最差,因我們由喇叭發音原理中知道單體靠共振來發音的,而塑膠外殼的共振聲最差。木質音箱會比較好些,若是甘蔗板作的音箱也不好,密集板的音箱會有較好的表現,原木木板是不太可用於低價喇叭的,否則會比以上都好些,簡單的說硬度要夠,用手指敲擊全部外殼聲音越平均的音箱越佳,那代表音箱的構造密度較平均,故共振干擾較少。

簡易的改善喇叭音質的方法,有人用吸音綿來改善聲音、有人用角椎來墊在喇叭下面、換較粗的喇叭線、更換內部配線---用較好的銅線來更換原來的配線、
換輸出入端子的插座為鍍金的、擺位的角度變化求出最佳角度、換被動式喇叭
加上一台擴大機,以上方法皆有效果。

但另有一個較少人知的方法是貼一元的硬幣,我大略的介紹方法,用手指敲喇叭音箱找出共振聲音最大聲的點,計左右背上下五個地方,用快乾將五個一元硬幣貼在點上【若貼在外側不好看,可貼在內部看不到的地方】,如此花二十元不到的施工,可以提升至少幾倍的效果,一對仟元左右的喇叭會比兩仟元的喇叭好上許多。

 

喇叭系統的組件:

一般喇叭系統可分成四大組件:()喇叭單體。 ()喇叭外箱。 ()分頻器。 ()線材及端子。以下我就要針對前三項做個簡述:

喇叭單體:

一、喇叭單體如果以它的”特性”來區分,大概可分為:全音域、同軸式、組合式(又稱  分離式)三大類。

全音域:顧名思義就是以一支單喇叭單體,可以涵蓋大部份的頻率(除了低頻及高頻)表現,故名全音域。

同軸式:喇叭的構成是在低音單體的軸心上,再加上一個高音或者再加上一個中音喇叭而型成,所謂的同軸二音路或同軸三音路喇叭即是。

組合式:喇叭是透過幾個大小不同的單體,在配合上由電容器、電阻、電感等電子零件,所構成的被動式分音器,來分配不同的頻率範圍,讓大小不同的單體,接受不同的頻率各司其職,稱之組合式或分離式喇叭(ND-100即是)。

二、 喇叭單體如果以它”發聲方式”的不同來區分,大概可分為下面幾種:

動圈式:基本原理來自" 佛萊明左手定律 " ,把一條有電流的道線與磁力線,垂直放進磁鐵南北極間,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,振膜就會產生前後的運動。目前百分之九十以上的錐盆單體,都是動圈式的設計。市面上絕大多數的單體,都還是用傳統錐盆式單體的前後運動發聲,如果以較學術性的說法,這些單體叫電動式( Electrokinetic Dynamic)或動圈式(Moving Coil)。

電磁式:在一個U型磁鐵的中間,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,並同時帶動振膜運動。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並不對稱,當訊號以電流的方式通過時,兩個電樞因為不同的磁通量,會互相推擠而運動。與電磁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氣化處理,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。靜電單體由於質量輕且振動分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,對低音動態力有未逮,而且它的效率不高,使用直流電源又容易聚集灰塵。目前如Martin-Logan等廠商,已成功的發展出靜電與動圈混合式單體,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,因為少了空洞效應,所以特性較佳.但效率也是偏低。

絲帶式:沒有傳統的音圈設計,振膜是以非常薄的金屬製成,電流直接流進道體使其振動發音。由於它的振膜就是音圈,所以質量非常輕,暫能反應極佳,高頻響應也很好。不過絲帶式單體的效率和低阻抗,對擴大機一直是很大的挑戰,Apogee可為代表。另一種方式是有音圈的,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 是此類設計的佼佼者。

號角式:振膜推動位於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,但由於號角的形狀與長度都會影響音色,要播放低頻也不太容易,現在大多用在巨型廣播系統,或高音單體上。美國 Klipsch 就是老字號的號角喇叭生產商。

喇叭外箱:
  喇叭外箱的最基本作用,是將喇叭的前後聲場進行隔離,以防止所謂【聲短路】的現象。但音箱箱體決不是一個簡單的”盒子”,雖說它本身不發聲,但它的材質、尺寸和結構,對於聲音的還原,起到了舉足輕重的作用。早期的低檔音箱,常採用塑料箱體,這種箱體在工作時,因為塑料殼的剛性不夠,而極易產生箱體諧振,放音時有嚴重的音染,尤其是在大動態時更為明顯。箱體材料採用木質,則明顯優於塑料箱,而且,板材的密度和厚度越大越好。現在,一般的中低檔音箱,都採用 10mm 左右厚度的中密度纖維板,剛性較好且箱體穩重;一些高檔音箱甚至採用原木製作,更顯出對箱體材質的重視。箱體的尺寸也不是隨意的,它往往要受所用喇叭單體的尺寸和等效容積的制約,只有當箱體的尺寸(容積)與揚聲器性能參數相對應時,才能獲得更好的諧振頻率。相比之下,箱體的結構則更有主觀性,可根據個人喜好,製成密閉式或倒相式。以下就以這兩種箱體設計來做介紹。

密閉式音箱:

即在封閉的箱體上裝上單體,也就是將箱體內部與外部的聲波,完全隔絕起來,相當於在一個無限大障板的一面聽音。(雖說是密閉的,但實際上一般在音箱的某個部位還是有一個很小的漏氣孔,它的作用是使音箱內、外的大氣壓均衡)。對於密閉箱而言,箱體內的聲波是不被利用的,但是為了減少箱體內無用的聲波(駐波)對揚聲器振動的干擾,一般要在箱內放一些具有較高效率的聲阻尼材料,如多孔棉等。這些阻尼材料不但可以吸收聲波,還可以降低空氣分子傳播聲音的速度,等效於加大了箱體的體積、降低了在諧振頻率處的阻抗峰,另外還可使箱內的空氣處於等溫壓縮狀態,從而使箱體的有效容積增大。但相對的,密閉箱的效率較低,比起倒相箱來,其靈敏度要小 5db 左右。密閉箱好在低頻有力度、瞬態好、反應迅速、低頻清晰,聽古典樂、室內樂效果極佳,但下潛深度有限,低頻量感不足。

倒相式音箱:

倒相式音箱其箱體通過一隻倒相管(裝在前面板或者後面板)與外界相連,這只倒相管與箱內空腔構成所謂"亥姆霍茲共振腔",在共振頻率上產生逆共振,使得低音揚聲器背向輻射聲的相位被倒轉過來,與前向輻射聲同相疊加。倒相箱的這一特點決定它有較高的靈敏度和低頻特性。倒相式音箱是按照”亥姆霍茲共振器”的原理工作的。它與密閉式音箱的不同之處,就是在音箱的前面裝上筒形的倒相孔,使箱體內外的空氣溝通。如果合理的設計倒相管的尺寸和位置,可以使原來喇叭盆體後面發出的聲波,再通過倒相孔在某一頻段倒相,使其和喇叭前面發出的聲波迭加起來,變成同相輻射,說的詳細些,就是倒相箱要借助音箱中的空氣,以及倒相孔中空氣柱的振動,並且依靠音箱後板的反射作用,將揚聲器後面的聲波反相 180 度,再由倒相孔將這部分聲波傳送出來,以使這部分聲波與揚聲器直接發出的聲波同相,這就增加了低頻的輻射能量。

 

倒相式音箱和封閉式音箱相比,具有以下優點:它進一步擴展了音箱的低頻下限,一般可達到 20Hz ,並減少了其下限處聲波的非線性失真。同時,由於倒相管的使用,還增加了箱內的體積,提高了效率。不但如此,同一隻單體裝在合適的倒相箱中,會比裝在同體積的密閉箱中,所得到的低頻聲壓要高出 3db,就是更有益於低頻部分的表現。但是,倒相箱對於聲學設計的要求,遠比密閉箱高得多,因為倒相箱存在一個固有的問題,就是在回放頻率接近箱體的固有頻率時,倒相聲波會與揚聲器正面聲波相抵消,從而導致聲壓急劇下降。以具體表現而言,倒相箱儘管低頻下限較低,但接近下限時聲壓下降極快,而且倒相箱的瞬態即反應速度,往往要比密閉箱差,這就導致倒相箱設計不好時,低音雖然比較低,但很容易混濁,音質很差。此外,還必須保證箱體不能有非常規的聲洩漏,比如螺絲不緊、揚聲器螺絲孔或板間的縫隙處有噗噗的漏氣聲等。倒箱孔的截面積必須與振動錐體的有效面積相等或略小一些,開口直徑太小,在倒相管中的空氣流速就會加大,增加了摩擦損失。

 

簡易的的揚聲器選擇方法,首先要看音箱材質,塑膠的最差,由喇叭發音原理中,了解單體是靠共振來發音的,而塑膠外殼的共振聲最差。木質音箱會比較好些,若是甘蔗板作的音箱也不好,密集板的音箱會有較好的表現;密集板又分為二、四及六分,越厚共振干擾越小,但相對的成本也越高。一般書架型喇叭都採用四分,而 ND-100 卻採用六分密集板,因此,在選揚聲器時,可用手敲擊全部外殼,聲音越平均的音箱越佳,那代表音箱的構造密度較平均,故共振干擾較少。

分頻器:
  其實分頻器對整個音響設備來說,是一個很不得已的情況下,所採用的一項設備,因為到目前為止,還沒有一家喇叭單體的製造廠,能生產製造一個完美的全音域的喇叭,來完整詮釋一個完整的音頻信號,所以不得不採用分頻器,將信號分成高、中、低頻信號,再傳遞給高、中、低音單體,雖然分音的目的達到了,但分頻器內部的被動原件,卻也消耗掉擴大機的輸出功率。所以,如果一個喇叭單體,能做到完美的全音域,也就是說它能包辦全部頻率,那根本就不需要分頻器,可惜目前好像還沒有這種技術,可以做出理想的全音域單體,所以市面上看得到的揚聲器幾乎都是兩音路、三音路及三音路以上的系統。

  由於高、低音單體間,必須有兩者皆可工作的頻率,但又不希望實際發聲時,同一個頻率兩者都一齊「全力」發音,所以就有了分音器的存在。如果拆開喇叭箱,您會看到一些電線及一些被動式零件,例如電容、電阻及電感,而這些零件就是組成這個揚聲器的分頻網路,俗稱分頻器的主要元件。有些製造商是將這些零件焊在電路板上,有些是直接焊在喇叭單體上,兩種方式各有優缺點, ND-100 經多方審慎評估後,決定採用後者,其實不管用何種方式組合,它們的功能就是分頻。所謂分頻器,顧名思義就是把" 20~20KHz " 的聲音分成幾個頻段,分別送往對應的高、中、低音不同的單體。由於音頻信號的頻譜範圍很寬,所以要使用同一個喇叭單體,來詮釋 20 ~ 20KHz 的整段頻率響應信號是不可能的,因為一般 12寸以上大口徑喇叭單體,低音特性很好,失真不大,但超過 1.5KHz 的信號,它的表現就很差了;1 ~ 2 寸的高音喇叭單體,播放 3KHz 以上的信號性能很好,但無法播放中音和低音信號。分頻網路就是利用電容電阻及電感,將擴大機發出的信號,在某一頻率以上過濾掉(Low PASS俗稱低通),或以下過濾掉(HI-PASS俗稱高通 ),或上下過濾掉(BAND PASS俗稱帶通),再傳送到揚聲器每一支喇叭單體,在最佳特性範圍內工作,發揮整體分工組合效果。有人稱呼這些不需外加電源之分音器謂之被動分音器。

何謂分頻點?
  分頻點是多少 HZ ?這關係著揚聲器計的命脈,二音路揚聲器只要一個分頻點,用以區分低音與中高音的界限;也就是當揚聲器接收擴大機的電流時,所得到的電流量有大有小,如何將之用來啟動低音單體或高音單體,要有一個可依據的數據,這個數據就是分頻點,而決定這組數據的就是分頻器,而由分頻器的數量,可決定揚聲器是多少音路設計,故分頻器設計的優劣,可直接影響揚聲器的性能。例如三音路喇叭,有二個分頻器,控制低音、中音及高音輸出,喇叭假設標示分頻點是【400~4000HZ】,即400Hz以下的低音,由低音單體發音,400~4000Hz 的部份,由中音單體發音,4000Hz 以上屬高音,由高音單體發音,在精良的控制下,我們才可容易分辨聲音的高低,故分頻點的標示很重要。其實人聲和各種樂器聲,是一種隨機信號,其波形十分複雜;可聽聲音的頻率範圍,一般可達20Hz~20KHz,其中語言的頻譜範圍約在 150HZ ~ 4KHZ 左右;而各種音樂的頻譜範圍,可達 40Hz~18KHz 左右。其平均頻譜的能量分布為:低音和中低音部分最大,中高音部分次之,高音部分最小 ( 約為中、低音部分能量的1/10 ) ; 人聲的能量主要集中在 200Hz~35KHz 頻率範圍,這些可聽隨機信號幅度的峰值,比它的平均值皆大 10 ~ 15db (甚至更高一點)。因此,揚聲器要能正確地播放出這些隨機信號,保證播放的音質優美動聽,揚聲器必須具 有寬廣的頻率響應特性,足夠的聲壓級和大的信號動態範圍。我們希望能用相對較小的信號功率輸入,獲得足夠大的聲壓級,就需要求揚聲器具有高效率的電功率轉換成聲的靈敏度。此外我們還要求揚聲器系統,在輸入信號適量過載的情況下,不會受到損壞,即是要有較高的可靠性。

 

何謂主動式喇叭及被動式喇叭?
主動式(active)喇叭:

主動式(active)喇叭,是將喇叭和驅動它的擴大機電路做在一起,驅動其喇叭單體是靠內建擴大機,而非外接擴大機。一般常見的主動式喇叭有:超低音喇叭、多媒體喇叭、和落地型喇叭的低音部份。消費者在比較各家擴大機時,應注意音響店在展示時所推動的大型喇叭,是否為主動式的?若是,此主動式喇叭表現很好時,並不是外接擴大機的功勞。至於要如何判斷喇叭是主動或是被動的,可檢查喇叭後面接線,只接一條喇叭線的,它就是被動喇叭;相反的如果喇叭後面除了接喇叭線外,還接了AC電源線,那它就是主動的.
被動式(passive)喇叭:

被動式的喇叭,是將喇叭和分頻線路做在一起,內部沒有擴大機,因此它需要一部外接的擴大機。一般市面上看到的喇叭,多屬於被動式的分音(包括 ND-100 ),被動分音網路是由電阻、電容、電感 ( R,C,L )等擔任,這些都是被動元件,被動式分音器除了分音外,還要考慮單體間的阻抗和效率,還有喇叭單體因頻率改變而變動的阻抗。

結論
  揚聲器大多具有個性,也就是說每種揚聲器都有某種特殊的音色,這在選擇購買時是一定要加以注意的。不少製作良好的揚聲器之間,往往只存在個人喜好問題,而非優劣之分,而且在刻意佈置出來的試聽室的聆聽環境下,對音響器材的音樂性、聲像定位和立體感的差別,又很難聽得出來。不同揚聲器的表現,會有不同特質的美,可說各有所長,聲音之美與其它藝術般,隨著擁有者的美感認知,而展現不同的美感。

您知道環繞音響器材用聲音和聆聽者「溝通」的工具是什麼嗎?沒錯,它就是喇叭。從物理的角度來看,喇叭是一個把電能轉為機械振動再擾動空氣變成聲音的「換能器」,也是整套音響系統最接近耳朵的器材,它的重要性不言可喻。至於這個「換能器」的性能,是不是能夠把原有的信號原原本本地轉換成聲音,中間會不會漏失一些信號,轉換的過程中會產生失真的多寡就決定了喇叭的性能。即使您前面的器材用得再好,信號處理得再完善,最後還要看喇叭「答應不答應」,您才能確定能不能享受美好的聲音。
AV喇叭包括哪些東西?

環繞音響系統和兩聲道音響系統,最大的差別就在於喇叭數量的多寡。從音響發展的歷史來看,從單聲道、立體聲(二聲道)到多聲道(環繞音響),對「音場」的描述是愈來愈具體。單聲道系統,聲音就是在前方中央,沒有左右之分;而演進到立體聲之後,音場就有左右之分,您可以聽得到吹薩克司風的樂手站在中央、Double Bass在右邊、爵士鼓在左邊,確實比起單聲道系統已經改進了不少,但在正常的情況下,立體聲系統所呈現出的音場僅止於「聆聽者座位的前方」,而環繞音響系統還加入了環繞喇叭,使整個音場再向後延伸,包覆聆聽者的座位,您不只可以聽到前方樂手的演奏,您還可以聽到聽眾在您的後方、側方的喝采歡呼聲,讓您完全進入演奏的現場,這就是環繞音響系統的魅力。
環繞音響系統要包含哪些喇叭才算完整?一套完整的環繞音響喇叭系統通常包括兩支主聲道喇叭、一支中央聲道喇叭、兩支環繞喇叭和一支超低音喇叭,我們就先從各聲道喇叭負責的區域開始說起。

環繞系統的喇叭如何分工
就兩聲道音響來說,左、右聲道喇叭負責全部的聲音,然而對環繞系統而言,左右聲道所表現的只是「音場的一部分」而已。我先舉左聲道喇叭為例,不論是Dolby Pro-LogicDolby DigitalAC-3)、dts或是THX系統,左聲道喇叭所負責的區域是從音場的左側到前方中央偏左的部分,而右聲道喇叭所負責的區域是從音場的右側到前方中央偏右的部分,我這麼說,您搞糊塗了嗎?沒關係,我再講明白一點:在兩聲道系統中,兩支喇叭之間的音場靠的是它們之間的「結像」,因此不論是音場中央、中央偏左或是中央偏右的音像,都必須由兩支喇叭共同負責;相對於環繞系統,左聲道喇叭不負責前方音場中央偏右的部份,右聲道喇叭也不負責前方音場中央偏左的部份,這全都是因為環繞系統中有中央聲道喇叭的緣故。

中央聲道喇叭負責的區域又是哪裡呢?讓我這麼說好了,只要是左右聲道喇叭之間的聲音都有它的份,假使您已經在用投影機,打到80吋以上的銀幕,左右聲道喇叭的位置分踞銀幕的左右兩側,這個時候,只要是出現在銀幕上的東西所發出的聲音,中央聲道喇叭都要負責其中的一部份,不是只有對白而已。我再強調一次:凡是出現在銀幕上的東西中央聲道喇叭都要參一腳,不是只有對白,就是爆炸、撞車也有它的份。中央聲道喇叭有多重要?只要您是用Dolby Pro-LogicDolby Digitaldts或是THX等等電影環繞模式,中央聲道所負責的部份就佔了所有電影音效的百分之六十以上,是整個環繞系統所有的喇叭之中工作最吃重、也是最重要的一支喇叭。不過,在某些非電影用途所使用的音樂環繞模式中(音樂DSP),中央聲道的工作就不是那麼吃重了。比如像Yamaha的音樂DSP模式在運作時,就乾脆把中央聲道「廢去武功」,由左右聲道喇叭來負責前方所有的聲音成分,當然,在這個時候左右聲道喇叭才是整個環繞系統中的要角。
「上方音場」怎麼來的?

環繞音響系統之所以能夠營造出完全覆蓋聆聽座位的音場,最主要的原因就是因為有環繞喇叭這項配備。您或許會覺得有些奇怪,不過就是座位後面多了一對喇叭嗎?應該也就是前面和後面有聲音罷了,你說「覆蓋」是什麼意思?通常環繞喇叭我們建議高度高於頭部至少2英呎,而環繞系統中我們所謂的「上方音場」實際上是兩支環繞喇叭和前方三聲道喇叭同時發聲,結像在聆聽座位頭頂上的結果;而左側方的音場則是由左聲道喇叭與左環繞喇叭同時發聲而結像;右側方的音場則是由右聲道喇叭與右環繞喇叭同時發聲而結像,後方的音場則是由左環繞喇叭與右環繞喇叭發聲結像而成。


在兩聲道系統上,或許您用了很好的器材、很好的喇叭,加上您替喇叭擺位的功力與經驗,或許您可以聽到的不只是音像左右的差異,就連音像的深淺、高度都能夠表現X來,但是,這也儘止於「聆聽座位前方的音場」,音場最多只能到您的側方,永遠不會完全覆蓋聆聽座位,更別說是座位的後方有音場了。環繞音響系統正是因為有環繞喇叭這項配備,才可以完整地創造出一個三度空間的音場,只要您具備調整環繞音響系統的知識,您可以不必用到高價的器材、高價的喇叭,一樣可以營造出完整的三度空間音場,這是兩聲道系統很難辦得到的。

 

所有的喇叭都有一個共同點,那就是低音單體比高音單體大,想要得到足夠的低音,就必須能推得動更多的空氣才行,相對地,低音單體所消耗的電能也遠較中高音單體來得高,想必擴大機推動起來會較為吃力。家用環繞系統裡,為了不使中央聲道喇叭擋到銀幕,通常中央聲道喇叭的體積都不大,因此中央聲道喇叭不能夠裝上更大的低音單體、箱內的容積也受到限制,而不能夠有良好的超低頻延伸,這個時候就需要由主聲道喇叭來負擔原先中央聲道的極低頻,如果主聲道喇叭的體積也不大,整套環繞系統的極低頻就不理想。然而只要主聲道喇叭低頻延伸夠好就行了嗎?這個問題並沒有想像中的單純,其中關連到推動主聲道的功率擴大機是不是能夠把主聲道駕馭得很好,是否能夠負荷的了主聲道喇叭低音單體所需要的大量電能,而大多數的AV玩家所使用的AV中心功率與電流輸出能力都有限,能否把極低頻推得好值得懷疑。

 

為什麼要有超低音?

其次,低頻的波長遠較中高頻的波長長了非常多倍,相對地低音單體相對於空間的影響也更為敏感,因此您為了顧及音場寬度與音像的定位,將主聲道喇叭擺好時,事實上可能只是對中高音有利而已,對低頻的響應可能是很糟糕的狀況;相反地,如果您只是顧及低頻的響應來調整喇叭的擺位,其結果可能是音像的定位變得一蹋糊塗。在這樣的使用條件之下,您就必須在音場表現與低頻表現之間取得一個「妥協」的平衡點。或許您想要問:我不要妥協,兩者我都要最好!有解決的辦法嗎?答案是肯定的。
最徹底的解決方法,就是把超低音的部份與其他部份分離開來,自己獨立做成一個喇叭,這就是超低音喇叭。這個概念並不是只有用在環繞音響系統而已,實際上像兩聲道音響系統中也有這樣的產品,例如著名的Genersis 1就把超低音的部份獨立出來做成超低音柱,用特製的伺服擴大機來推動,不但可以將音場調好,還可以個別調整超低音喇叭的位置,以求得超低音與空間的最佳響應。獨立的超低音喇叭除了克服了一部份擺位上的難題之外,更重大的意義是「讓低音更有效率」,這怎麼說呢?您還記得在環繞處理機或AV中心上面的超低音信號輸出端子(Subwoofer Out)吧?在超低音信號輸出之前,除了要將各聲道的信號匯集起來之外,它還要通過一個重要的電路,那就是「低通濾波器(LPF,Low Pass Filter)」,把極低頻以上頻段給過濾掉,只保留超低音信號輸出,這相當於是替超低音喇叭作「主動式電子分音」的動作,這麼一來,推動超低音的放大電路等於「直接」驅動超低音單體,中間沒有經過被動式的分音網路而使放大電路的功率消耗在被動式分音器上。

從另一方面來看,在環繞音響系統之中,如果您配備了超低音喇叭,主聲道、中央聲道及環繞喇叭的體積都不需要做得太大,低頻響應只要能延伸到60Hz左右就已經夠用了,對空間大小受限的居家空間來說,能夠縮小這「一堆」喇叭的體積,在裝設、擺位上能夠更具有彈性;況且,主聲道、中央聲道及環繞喇叭的極低頻信號已經在環繞音效處理器中已經先被過濾掉了,推動這些喇叭的功率放大電路無須再去負擔超低音的功率需求,只需要把低頻上段和中高頻推好就行了,工作自然輕鬆了許多。因此我們常說超低音喇叭是環繞音響系統中不可缺少的配備,特別是使用AV中心的玩家更是如此。
AV喇叭和Hi-Fi喇叭的差異,主聲道喇叭、中央聲道喇叭、環繞喇叭與超低音喇叭的結構有何不同?

從前面的敘述,您應該能夠了解各聲道喇叭在環繞音響系統中所扮演的角色,各聲道喇叭都有其功能上的必然性,它們的裝設位置與負責的範圍皆不相同,在喇叭結構的設計上也必須依照各自不同的需要,做出不同的設計來符合要求。整體上來看,一個理想的家庭電影院所使用的喇叭就像是「電影院專業系統的縮小版」,因此這些喇叭的設計概念,只要是以電影播放為第一考量因素的話,它們的設計概念事實上是與電影院的專業系統相同的。


前方三聲道喇叭(包括主聲道與中央聲道喇叭)的設計重點主要是在於喇叭聲音擴散角度的控制,主要的目的是希望能夠減少前方三聲道喇叭對地板與天花板的一次反射音,讓聆聽者可以聽到最多的直接音,在一次反射音的成分降低之後,聆聽者就可以清晰地聽到前方音像精準的定位。在另一方面,環繞音響系統本來就是適合「眾人共賞」的娛樂,因此它還必須能夠涵蓋更大的聆聽範圍,讓座位偏右的觀眾可以聽得清楚左聲道喇叭的聲音,座位偏左的觀眾也可以聽得清楚右聲道喇叭的聲音,而為了配合前述的兩項要求,只要是針對電影用途所設計的前方各聲道喇叭,都會嚴格地限制高音的垂直擴散角,並且盡力地使水平擴散角度更為寬廣,像THX認證的家庭劇院喇叭,我們就經常看到它前方三聲道喇叭在高音的部份使用號角,以控制擴散角度,或是以三支高音單體緊靠垂直排列的方式,藉由高音單體間的相互干涉來限制垂直擴散角。正是因為THX的前方三聲道喇叭是限制垂直擴散角並使水平擴散角更寬的「單向擴散」特性,所以您不應該把喇叭橫過來擺,筆者知道有許多THX喇叭用戶為了不使中央聲道擋到銀幕,把喇叭橫過來擺,這是絕對錯誤的作法,除非您的以把三隻高音單體轉向90度,否則您得到的將會是非常糟糕的效果。

 

除了THX喇叭之外,其他的喇叭又是怎麼設計的呢?有些對AV喇叭內行的廠商它們知道該怎麼做,其中的重點就在於如何使前方三聲道有精準的定位,要達到這樣的目的,使用的手法不只一種,其中的一種方法是在設計上盡量減少音箱正面障板的面積以減少高音繞射所造成的影響,同時各單體的距離較為靠近也更接近點音源發音的情況。另外還有的設計是採用同軸單體或是仿同軸點音源的設計,採用同軸單體的例子像大家耳熟能詳的TannoyKEF就是。而仿同軸點音源的例子各位也不會陌生,您可以看看自己家裡的中央聲道喇叭是不是中間一顆高音單體,對稱的兩側各有一顆中低音單體呢?沒錯,這就是仿同軸點音源的設計。仿同軸點音源的設計並不是只有使用在AV喇叭上,在錄音室監聽喇叭和Hi-end喇叭之中也有相同的設計,像是WestlakeDynaudio AccousticsDonlavyDontech……等等也有非常多的例子,它們共通的特性就是音像的定位極為精確。

環繞喇叭的責任何在?
環繞喇叭的設計方式和前方三聲道喇叭有著極大的不同,在電影院裡,都是使用許許多多的環繞喇叭把整個戲院「包圍起來」,如果府上的視聽空間夠大,您當然也可以這麼做,然而顧慮到現實的問題,大多數的家庭環境只能使用一對環繞喇叭。如果只使用一對環繞喇叭,環繞喇叭就必須具備良好的擴散性,否則您聽到的環繞音場可能是「有前、有後,中間空空的,前後連貫不起來」。為了使喇叭本身具有良好的擴散性,有許多了環繞喇叭作成雙面發聲的設計:既然一個發聲面擴散性有限,就作成兩個發聲面吧!雙面發聲喇叭又分為BipolarDipolar兩種,也有的喇叭可以切換這兩種模式的(如Polk AudioLS f/x),兩者之間的原理所代表的意義與擺位方式說起來又是一串長篇大論,您如果想要更多了解一些,請參照本刊第十四期「AV實驗室」裡面有完整的解說。

如果您使用的那一對環繞喇叭並不是雙面發聲,而是傳統喇叭的單面發聲設計,想要營造良好的包圍感與前後音場的連貫性就完全無望了嗎?這也未必!以前我曾經在本刊的「AV實驗室」專欄裡提供給各位兩種利用牆面的反射,來營造包圍感的環繞喇叭擺位方式,一種是「側方後向擺位法」,另外一種則是「後方側向擺位法」,這兩種擺位方式都非常有效,唯一需要顧慮的,就是您視聽室後方的牆面必須對稱。在環繞喇叭架設的高度方面,喇叭至少必須高於聆聽者(坐著的時候)頭頂二英呎以上、還必須低於天花板1.5英呎以上,視您實際的裝設位置,在這個範圍之內選擇最適當的高度。


主動式超低音較好用
把超低音喇叭做個簡單的分類,大致可分為主動式超低音與被動式超低音兩種。主動式超低音喇叭內部已經包含主動式的低通濾波器(有些廠牌的沒有)和推動超低音單體所需的功率放大電路,因此它只需要環繞音效處理機或AV中心送超低音信號過來,使用主動式超低音自己內部的功率放大器就可以推動超低音單體,完全不需要「吃」到多聲道後級或AV中心的功率,因此,為了節約預算和讓主聲道擴大機輕鬆工作的理由,我通常建議買主動式超低音比較好用。

 

被動式超低音有兩種接法,第一種接法是取出環繞音效處理機或AV中心超低音信號,用額外的後級擴大機來推超低音喇叭,這種接法也不會吃主聲道擴大機的功率;另外一種接法則是俗稱的「3D接法」,先在環繞處理機上把主喇叭設定成「Large」(或是SW設在「None」),此時主聲道擴大機是全頻段輸出(包括100Hz以下的極低頻),喇叭線經由擴大機先送進被動式超低音喇叭,再由超低音喇叭的衛星喇叭接續端子連接到主聲道喇叭,這種接續方式大多數用在較為廉價的喇叭系統,它有以下的兩項缺點:第一、主聲道擴大機必須負擔推動被動式超低音所需的能量,推動上較為吃力。第二、主聲道喇叭與主聲道擴大機之間還要經過被動式超低音喇叭,難免會損失一部份的音質與細節。
喇叭的聲音可以「看」得出來?
嘿!你們雜誌不是說要「耳聽為憑」嗎?如果喇叭的聲音可以「看得出來」,那麼你們這些寫評論的不是都要失業了?

經驗老道的評論員只要看一看這一款喇叭用什麼喇叭單體、採用哪一種音箱結構,這款喇叭的設計者以前開發過那些產品,再看一看數據規格,這個評論員可能在試聽之前早就已經心裡有數了,大概已經猜到這款喇叭好幾成的表現了,甚至於連設計者的心裡怎麼想都還可以略知一二,實際試聽喇叭的時候可能只是再次印證而已。關於這些判斷的「經驗法則」,如果就我所知道的把它講完,只怕主編會告訴我:乾脆整本雜誌都給你寫算了!既然不能告訴您經驗法則,但是我要在這兒告訴您的是--怎麼看懂喇叭的性能規格表中幾個重要的項目。
頻率響應:35Hz-20kHz±2dB
這項數據可能是您最關心的,前面的數字(35Hz)表示的是低頻的延伸,數字愈小,低頻的延伸愈好,能夠發出愈低沈的低音。後面的數字(20kHz)表示的是高頻的延伸,數字愈大,高頻的延伸愈好,能夠表現的高頻泛音也就愈充分。後面的±?dB表示頻率響應的偏差值,數字愈小愈好。這個數據還有一個可以投機取巧的地方,比如說我寫頻率響應:35Hz-20kHz,後面的±多少dB不寫,事實上在35Hz的時候響應可能是-3dB,可能是-6dB,甚至於還有可能是-12dB!到底在35Hz的時候低音的衰減是什麼樣的情況?除了儀器測試之外,只有你猜、我猜、大家一起猜了。
至於低頻響應的數字,對AV用途的主喇叭、中央聲道和環繞喇叭來說,並不是絕對重要的,我會這麼說的理由主要是因為在AV系統中絕大多數的情況下,100Hz以下的低頻都已經交超低音喇叭去處理了,因此除了超低音之外,其他各聲道喇叭的低頻響應不需要太苛求,一般書架式喇叭大小的產品,低頻也都能夠延伸到60Hz左右,已經是很夠用了,反正極低頻都交由超低音喇叭去負責,如果您是基於低頻延伸的理由而買了落地式喇叭,在環繞音響系統中的意義並不大。相反地,以小喇叭來組成系統,再配合性能優異的超低音喇叭,也是可以表現強大的震撼力。
喇叭阻抗是什麼?

喇叭的阻抗標示是您購買擴大機(或AV中心)的重要參考數據。一般來說,四歐姆以下的喇叭我們把它稱為低阻抗喇叭,對電流輸出有限的AV中心來說,除非這款低阻抗喇叭的效率很高、您的視聽環境不大,再加上您用的AV中心過載保護電路做得很好,否則當系統以大音量輸出時將有可能燒掉您的機器!有些AV中心或擴大機在機器的後面(喇叭端子的旁邊)會清楚寫著「喇叭阻抗必須高於多少歐姆」,就是因為顧及機器的電流輸出能力的緣故,您硬要接更低阻抗的喇叭,還是會有聲音發出來,只是您有可能在大音量的時候發生以下三種狀況:第一種狀況是聽到嚴重的失真;第二種狀況是保險絲燒掉或是保護電路暫時跳開,您聽到的是聲音忽然不見了;最不幸的一種狀況是機器燒掉了,還跑出直流「順便」把喇叭也給燒了,乾脆「同歸於盡」,夠慘烈吧!
效率:95dB/w/m
這項規格可以告訴您喇叭好推不好推,以上的數據顯示:這支喇叭當擴大機以一瓦功率推動時,在一公尺的地方可以測得95分貝的音壓,數字愈高,表示愈好推,擴大機的輸出功率即使不大,也能推出很大的聲響。通常我們習慣把90dB以上的喇叭稱為「高效率喇叭」。另外您還有可能看到一種喇叭效率的標示方式:95dB2.83v/m),這是表示當擴大機輸出2.83伏特的交流信號推動這支喇叭時,在一公尺的地方可以測得95分貝的音壓;如果以這種方式標示您還必須參考喇叭的阻抗是幾歐姆,您才能知道這個數字是在幾瓦功率時測得,如果喇叭的阻抗是八歐姆,表示是在擴大機輸出功率為一瓦時測得,假使喇叭的阻抗是四歐姆,表示是在擴大機輸出功率為二瓦時測得。


喇叭箱的結構、幾路分音、幾階分音、分音器的零件選用、單體的材質與結構、單體的排列方式……等等,對實際的聲音有什麼影響,往往要看設計是否完善與製作是否精良而定,光從資料上來看是可以「知其然」,還是無法窺得全貌,想要「知其所以然」,這就要看評論員的功力和文字表達能力能讓讀者們了解多少,當然最後您到底喜歡不喜歡這些喇叭的聲音,我還是那句老話--耳聽為憑。
先從喇叭開始選起
當您決定要買一套環繞音響系統之前,您必須先確定AV空間,在確認環境的因素之後,開始挑選器材的時候,我通常會建議您先從喇叭選起,先決定您要哪一組喇叭之後,您知道它的效率與阻抗,您才能夠知道哪一種AV中心或擴大機可以駕馭這一套喇叭。倘若您的預算很緊,應該避免選低效率、低阻抗的喇叭,以免在買擴大機的時候預算爆炸,或是妥協之後買來的機器根本推不動喇叭,日後還要添加或更換機器,都是既麻煩又浪費錢的一件事。在本篇的最後,筆者還是提醒您:如果您不是一位相當具有玩音響經驗的高手,請儘可能選用同一廠牌最好是同一系列的中央聲道、主聲道與環繞喇叭,這樣整個系統的音色才能夠有最佳的協調性;最後再加上您對機器的調整、空間的掌握與喇叭的擺位功夫,就能夠將環繞系統的音場與音色真正地融合為一體。不論您的器材多貴、多便宜,調整搭配得宜才是高手!在AV的世界裡「以小吃大」小兵立大功的例子不在少數,這也是筆者經常拿來「嚇唬人」的把戲,請大家多加油!

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