雷明專欄:揚聲器睇真 D(6)
揚聲器在重播低頻時,其震膜動作最為接近真正活塞形態。任何設計人,只要擁有全盤有關該低音單元的特性資料 — 活動質重、懸掛系統依從性等等 — 都不難度身訂造出一個完全的聲箱。一份畫在紙上的圖則,能提供絕對符合規格的聲箱結構。假若全部資料正確而製作物料及工序均無出錯的話,聲箱跟有關單元配合的演出效果是可保證。基本上,今日電聲學所運用的聲箱,可分為:1)密封式;2)反射式;3)號角式;和 4)傳輸線式四大類。
聲箱四大類
「聲箱」四大類是電聲界積近百年經驗怎樣令電動式(Dynamic)低音單元有效地產生低音的承載(Load)方式,在先前的討論裡,凡講及要用聲箱承載的「揚聲器」,均指電動式低音單元。理論上,中、高音電動式單元除了有引用「號角」承載的品種之外,可以不要聲箱。中、高音單元,只要適當地安裝在一塊能將聲盤前後聲波分隔開的障板上,便可正常操作。當然,在發音面背後實施各種控制,將聲盆背面(反方向)的音波有效地吸收甚至消滅,是正路的辦法。
其實,承載低音單元的基本道理,也是將聲盤前後聲波分隔開而已,但技術上一塊能將低音聲盤前後分隔開的障板,面積需要8平方呎。否則,聲盤前後互作反相,而半波長度又超乎障板闊度的低頻便在板邊碰撞,產生抵消作用,條數好易計,低頻衰減周率由相等於障板闊度的半波開始,每倍頻(即波長增加 1 倍)衰減 6dB。要避免上述損失,而又不欲將聲盤加以承載的「無箱聲」障隔方式,是無限障隔(Infinite baffle),聲盤背後和前方的空間均屬無限,殊不切實際。事實上,揚聲器就算安裝在兩間相連房間當中的牆壁上,也不能臻達理論上 100% 無限障隔效應。因為,前後聲波仍被兩個有限空間的房間所「承載」。所以,真正的「無限障隔」安裝方式並不存在,代之者是體積大小各異的「密封式」(Closed-box)。「密封式」是發燒友非常歡迎的聲箱設計,它似乎是箱細細、聲大大的絕佳選擇。把揚聲器放進一隻密不透氣體積細小的箱子中,箱內空氣的反彈力對聲盤之震動構成一股「氣墊」緩衝力(Damping),控制了聲盤的震盪形態,提高活塞動作質素,降低「盤分裂」失真,此為人所共知的「氣墊式」承載優點,老生常談矣。但另一方面,氣墊式聲箱效率低,動態範圍亦相應地較低。這個特性,在需求強大動態的數碼時代便呈現美中不足,比方說,氣墊式揚聲器是要在一個較高的輸入功率電平驅策之下才「開聲」的話,並不代表它在承受更大功率時能開更大聲。數據顯示,一台以3%二次諧波失真為上限,40H z截止,而需在典型 60m³ 體積(約 14.1 呎 X 17 呎 X 9 呎)之聽音室裡提供 105dB 聲壓的密封式聲箱,體積不應小於 65 公升,一般 10 公升左右的氣墊箱,低頻載止點就算設於 60Hz,最大聲壓很難超越 96dB 而不大破特破 3% 失真率者!這些數據,並非發表於八三年,而是早在七三年已被披露。當年的音響重播水平,則認為高至 10% 的低頻失真率仍可接受。電聲史上,A.N. Thiele(與 Thiel 喇叭的 Jim Thiel 無關)和 R.H. Small 兩位大師的揚聲器天書,俱發表於 70 至 75 年之間。
乜 Q 最靚聲
密封式聲箱由於效率低,箱內的空氣阻抗率微不足道,它理論上是個單一諧振系統(只有音圈諧振,無聲箱諧振)。氣墊式聲箱的 Q 值可由 2 開始至 0.5,Q 值愈低,阻尼愈大,平價氣墊箱一般取 Q = 2,以便獲得較高效率和諧振點之前更高(達 6dB)的中低頻波峰(約 100Hz 附近)。標準氣墊箱的 Q = 0.7 曲線,諧振點之前的波峰可控制至 2dB 以下,線性頗為優異。
氣墊式箱的高緩衝特性,需要高阻尼(Damping factor)的放大器去驅策。故此,鮮有配膽機而會靚聲的情況發生。
聲箱內加填的墊料,調制作用都是一樣。適當的運用墊料,能增大箱身的有效體積達 15%,故氣墊式聲箱頗借重於處理得宜的填料。但填料所產生的空氣摩擦損失影響緩衝率,故必須與聲箱設計一起運算。再者,填料在聲波穿插中移動,使有效聲盤質重增加多至 20%,而且填料移動的響應屬非線性,不能控制。
號角 – 最原始助聲器
將揚聲器(指重播低頻而要用聲箱承載的電動式單元)安裝在密封式聲箱內,而棄用聲盤背面音波,謀取較均衡播音特性的做法,通稱為 2π 理論,或 180 度擴散圖形理論,這一派認為,重播音響的發聲體只宜以 2π 形態操作。超過 2π 的擴散圖形只會增加揚聲器背壁的不必要反射,把「莫須有」的聲音混雜於重播裡。
當然,另一派 360 度發聲的 4π 擁躉,則堅持發聲體應該四面(或最低限度成 8 字形的兩面)擴散,才能獲得近似於音樂廳的聆聽效果。
號角(horn)承載聲箱,是 2π 理論其中之一個實踐途徑。七十年代至八十年代間,horn loading 聲箱一度不受重視,專家說,按足 Thiele & Small 的手冊,任何人都可以輕易造出 100 分的調諧聲箱(Tuned Box),而毋須費心去鑽研其他得不償失的設計。但是,自從純 A 類 3 極管膽機熱復辟之後,近五六年來發燒友又再積極關注高效率低失真的 horn loaded 揚聲體系。Hi Fi 潮流也像時裝一樣會復古的,九十年代 3 極純 A 膽機的額定輸出失真率,據 Audio Note 的 Peter Qvortrup 宣稱:「大概是 5% THD 吧!」但,聽過 Kagu-on(細於 30W)膽機推 Audio Note 揚聲器發出過百 dB 大包圍音響的人,無不震撼於 3 極純 A 加高效率 horn 所帶來的滿瀉音場。
Horn 即號角,是人類最原始的樂器之一,古代維京民族,採用巨獸角作為通訊器材。電影上常見的場面,那人站在臨海的峰頂上,鼓氣吹號,一時間整個大地充滿了號角長鳴的豪邁迴響。再者,華格納歌劇 Siegfried 男主角隨身攜帶的物體,是神劍與號角。此外,人類在向對方傳話時為使聲音變得較響走得更遠,一早就懂得以雙手圍成錐形套在嘴邊助聲,可見 horn 是神奇、浪漫、豪情,及至為實用的東西。貝多芬聽音樂也要用 horn 助聽器。最早期的電力揚聲器也是 horn loaded,中國人乾脆叫它喇叭。
原文刊於 1998 年 11 月《Hi Fi Review》
作者:雷明 先生