Hi Fi 基礎談 三十六:揚聲器篇‧電動式揚聲器(二)

一般流行的電動揚聲器,樣子很似喇叭口。圓錐形聲盆,背部孭餅磁鐵。中國人幾十年都把 Loudspeaker 稱為喇叭,其實除了像形之外,又是沿用了留聲機時代的 Horn 之稱呼。不過,我們若將屏風、靜電揚聲器也一併叫做“喇叭",就將詞彙的運用過了界,但言語的表現力則保持。反為,經常在報章雜誌上看見有人把“揚聲器"寫成“擴音器",就覺得有點不自然。

其實,電動揚聲器的聲盆形狀,已發展至不止圓錐形一種。常見的平價全音域喇叭,有橢圓盆形,據說兼具大小口徑的優點。其實是將聲盤面積在同一空間中儘量擴大的幾何圖形。此外,專家又聲稱平面振動板式(flat diaphragm)電動揚聲器(也不再是喇叭),能更有效地控制盆分裂(cone break-up)失真,令音盆的活塞動作(piston movement)更統一。

早在 1924 年註冊

自有收音機以來,由電能轉換成音波的揚聲器,已是電磁氣原理。初時的結構,是把一個耳筒振膜連結在一個 horn(喇叭)的尖端。我們現在仍然採用的電磁/音圈/聲盆揚聲器結構,最早是由兩位在美國 GE 工作的人 Rice & Kellogg 在 1924 年註冊在案(Rice & Kellogg 現已拓展成為企業集團)。同年,英國的揚聲器之父 Paul Voig t拿着相同的理論去申請專利,才知道有人捷足先登。Voigt是 位英國電聲界偉大發明家,他的號角承載(Horn Loading)方程式及其他貢獻,是英國揚聲器稱霸武林(Wharfedale, Goodmans, Tannoy, KEF, B&W…)之啟蒙人。

Tannoy 是倡導一個單元重播全音域的人,他的雙同心(Dual Concentric)設計,發展至今,成績優異。

其他上述三大英國喇叭廠,以 Wharfedale 為起源,都是走多路多單元路綫。

美國揚聲器專科廠家,以 JBL、Bozak、Altec、Klipsch、EV等歷史悠久。其中,Bozak 走的路綫與 Wharfedale 接近,其他製造廠初時都在號角(Horn)負載方面各出奇謀。

揚聲器的磁鐵,一般認為愈大愈好,其實並不盡然。早期的電動式喇叭更依靠電磁鐵通電產生的巨大磁通量密度(Flux density),不能採用永久磁鐵。1932 年一隻電磁喇叭要採用直徑 9",重 5 磅的電磁芯,才能產生與 1944 年 2½"重 4 安士的 Alnico 磁芯同等磁通量密度。

Alnico 是鋁、鎳及鈷(Aluminium, Nickel, Cobalt)合金製成的永久磁鐵。到目前為止,它仍被認為是造喇叭芯的最佳材料之一,除非 Hi End 廠家創出其他稀有金屬的招數。但,鈷本身已是一件稀有金屬。

非洲鈷鑛產量驚人

30 年代,磁力專家們終於發現了鋁、鎳、鈷合金所擁有的高效率磁化特性。揚聲器設計的理想,是使用體積細小的金屬,提供密度最強的磁通量。以 Alnico 為註冊專有名字的鋁鎳鈷合金,被公認為製造揚聲器磁芯的絕佳原料。鈷合金磁鐵不但效率高,而且,當它被密封在一個鋼筒裏時,它會自動構成一個閉路磁場,把磁力線集中在應用範圍裏,毫不外洩。

漏磁的揚聲器,對 Hi Fi 系統並無顯著的不良影響。我們從未證實過揚聲器漏磁會誘發擴大電路的哼聲,也不至於使錄了音的磁帶產生消磁作用。但肯定錄了音的磁帶長久放近漏磁的揚聲器會顯著地增加噪音。同時,漏出的磁場會嚴重改變電視顯像管電子束放射的方向。最常見的現象,是當我們把一隻漏磁的揚聲器移近電視機時,畫面不但變形,彩色也會出現瘀藍色。所以,一般 Hi Fi 用的揚聲器未必經過閉路磁場的處理,電視機內的揚聲器就一定要採用「密封磁場」的形式。最高級的揚聲器單元,也多數採用密封磁場,取其強勁的磁力集射特性。一些貴價的巨型磁鐵單元,它的屁股連大頭針都吸不起一枝,致令初哥們以為是假嘢。賣 JBL 的專家最頭痛這類發燒友。

另一方面,揚聲器的屁股大也未必好,不錯大屁股有商業價值,不過實用上大屁股對音盆背面所發出的音波有一定的反射作用,在音箱裏造成某種程度的不良影響。這一點更增加了鈷合金的價值,因為在已知的各類金屬中,鈷合金磁鐵的效率最高,體積縮小 20%。

西方國家所消費的鈷,約有 60% 來自扎伊爾(Zaire,即從前的比屬剛果),鈷是扎伊爾最大礦產銅的副產金屬。在非洲其他地區雖然亦有鈷礦,不過美國及歐洲包括英聯邦所用的鈷幾乎由扎伊爾獨家供應。

鈷成為搶手貨

不幸的是,鈷的用途在軍事及工業上還較 Hi Fi 來得重要。製造耐高熱機械例如噴射引擎及軍事武器等不能缺鈷。西方國家在韓戰時初嘗鈷源短缺的苦頭。各國的主要揚聲器設計者遂急謀對策,企圖找出一種適當的代用品,擔任鈷的角色。

最接近的是鐵氧陶瓷體(Ferrite Ceramic),本質上它是鐵與鋇混合燒結而成的氧化粉狀物質裝為固體塊。這東西效率比鈷合金低 20%,但原料的取給絕無困難,價錢當然便宜了很多。

如果鈷礦在巿場上有期貨買賣的話,你就開心了。一九七八年扎伊爾爆發內戰,全國礦場作業陷於停頓,所有外籍技術顧問人員爭相離境,礦坑在戰火蹂躪或沒有保養的情形下遭受嚴重破壞。佔了全國總收入達 70% 的銅礦及副產品開採提煉設備,慘蒙巨創。直至目前為止,扎伊爾年產鈷量仍然未能追上一萬二千噸的電建指標。而戰前的平均年產量是一萬五千噸。

既然鈷已成為極具重要性的軍用罕有金屬,當然是先給阿公取去,有剩才輪到發燒友。但在供不應求的情況下,如何會有剩餘?世界每年耗鈷量不斷遞增,訂貨額比產量超出 25%。揚聲器廠家在不得已之下唯有轉用鐵氧陶瓷體。堅持鈷金屬效果不能取代的廠家,在日本有新力,該廠不惜鉅金在巿場上大量搜購鈷。在美國有 JBL,他們有太多的証據証明鐵氧陶瓷體製成的揚聲器有「未能克服」的失真。在英國亦有非鈷不行的死硬派,英政府不能不同情他們的痛苦遭遇,每年在國庫中撥出少量存倉貨,以維持他們的生計。

經過多年的研究,JBL 終於成功地推出「克服了傳統陶瓷體磁鐵所產生的失真」的陶瓷體磁鐵。JBL 的陶瓷體磁鐵,在「極靴」的外圍加上一圈鋁質環。JBL 工程師稱它為「磁通量穩定器」,它消滅了一般鐵氧陶瓷體結構所產生的不對稱磁場,不對稱磁場是大量二次諧波失真的來源。JBL 宣稱他們的新概念的二次諧波失真比一般鐵氧體低 15dB,甚至比鈷體低 5dB 云。

釤(Samarium)鈷是一種比鈷貴 50 至 60 倍的非常稀有金屬,但釤鈷磁鐵的效率就比鋁鈷更高,而且含鈷量可以達至最低。大家當然知道釤鈷磁鐵目前已被發燒級唱頭及揚聲器採用。

最近的磁鐵原料,已發展至釹(Neodymium)合金。如所周知,Infinity 在他們的 Hi End 系中,已普遍採用釹合金磁鐵。 此外,還有松下(樂聲)發明的極高效率磁鐵合金,成份是鋁、錳和炭(MnAeC)。這種不含鈷的新合金,效率據說比鋁鈷高 30%。

(未完) (原文刊於 1991 年 4 月號《Hi Fi Review》,作者 雷明 先生)