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喇叭原理和发展历


1、一种管乐器,上细下粗,多用铜制成,俗称号筒。 管乐器,上细下粗,最下端的口部向四周张开,可以放大声音。 明 戚继光 《纪效新书号令》:“凡喇叭吹摆队伍,是要各兵即于行次,每哨一聚。”《二十年目睹之怪现状》第六八回:“忽 然耳边听见哈打打,哈打打的一阵喇叭响。” 茅盾 《色盲》:“喇叭吹出嘹亮的音符,一个个飞来撞着 林白霜 的耳膜。” 2、一种电声元件。其作用是将电信号转换为声

音。也叫扬声器。 巴金 《灭亡》一:“﹝车夫﹞先按一下喇叭,接着就开 起车走了。” 魏巍 《东方》第四部第十六章:“在这危急的时刻,忽然听见前面左山腿上广播喇叭一阵嗞嗞喇喇地怪响。” 3、喻替人鼓吹、宣传的人。 茅盾 《子夜》八:“亏你还说 韩孟翔 够朋友,够什么朋友呀!他是赵伯韬的喇叭。” [编辑本段 编辑本段] 编辑本段

发展历史
早在 1877 年,德国西门子公司的 Erenst Verner 就根据佛莱明左手定律,获得动圈式喇叭的专利。1898 年,英国 Oliver Lodge 爵士进一步依照电话传声筒的原理发明了锥盆喇叭, 与我们所熟悉的现代喇叭十分类似, Lodge 爵士称为 「咆哮的电话」 。 不过这个发明却无法运用,因为直到 1906 年 Lee De Forest 才发明了三极真空管,而制成可用的扩大机又是好几年以后的事, 所以锥盆喇叭要到 1930 年代才逐渐普及起来。另一个原因是 1921 年以电气方式录制的新唱片问世了,它比传统机械式刻制的 唱片有更好的动态范围(最大到 30dB),逼得人们不得不设法改良喇叭特性以为配合。1923 年,贝尔实验室决定要发展完善 的音乐再生系统,包括新式的唱机与喇叭,立体声录音与 MC 唱头、立体声刻片方式等,就在这波行动中被发明出来。研发喇 叭的重责大任,落在 C.W. Rice 与 E.W. Kellogg 两位工程师身上。他们所使用的设备都是当时人前所未见的,包括一台 200 瓦的真空管扩大机、许多贝尔实验室自己完成的录音,以历年来贝尔实验室发展出来的各种喇叭 - 像是 Lodge 的锥盆喇叭雏 形、用振膜瓣控制压缩气流的压缩空气喇叭、电晕放电式喇叭(今天叫电离子驱动器),以及静电喇叭。 没多久 Rice 与 Kellogg 从众多样式中挑选出两种设计 - 锥盆式与静电式,这一个决定使喇叭发展方向从此一分而二:传 统式与创新式。动圈式喇叭动圈式喇叭是从舌簧喇叭的基础演变而来,在环状磁铁中间有一个圆筒型线圈,线圈前端直接固定 纸盆或振膜上,但线圈中通过音频电流,磁场受到变化,线圈就会前后移动而牵动纸盆发声。动圈式喇叭问世之初由于永久磁 铁强度难以配合,所以多采用电磁式设计,在磁铁中另外缠绕一个线圈来产生磁场,这种设计曾流行廿年之久。但电磁喇叭有 它的问题,比如通过电磁线圈的直流脉冲容易产生 60Hz 与 120Hz 的交流声干扰;而电磁线圈的电流强度随音频讯号而变动, 造成新的不稳定因素。 1930 年代经济大萧条期间,爱迪生留声机公司倒闭了,其它人也好不到哪去,需要扩大机驱动的喇叭因此推广不顺,老 Vi ctorla 留声机直到二次世界大战前都还很流行。二次战后经济起飞,各种新型音响配件成为抢手货,锥盆式喇叭再度受到严重考 验。这段时间由于强力合金磁铁开发成功,动圈式喇叭由电磁式全部变成永久磁铁式,过去的缺点一扫而空(常用的除了天然 磁铁钴以外,还有 Alnico 与 Ferrite 磁铁,除了磁通密度外,天然磁铁的各种特性都较优越,近年来高级喇叭则采用钕磁铁)。 为配合 LP 的问世,以及 Hi-Fi 系统的进展,锥盆喇叭于是在纸盆材料上寻求改革。常见的像是以较厚重材料制造低音单体,轻 而硬的振膜当高音;或者把不同大小的喇叭组装成同轴单体;也有在高音前面加号筒变成压缩式号角高音喇叭;甚至有将高音 号筒隐藏在低音纸盆后面的设计。1965 年英国的 Harbeth 发明了真空成型(Bextrene)塑料振膜,是材料上的一大进步,这种 柔软但阻尼系数高的产品,在 KEF 与一些英国喇叭上仍可见到。后来 Harbeth 还发明了聚丙烯塑料振膜,这种新材料有更高的 内部阻尼系数,质量更轻,目前仍被许多喇叭采用。工程师设计喇叭时变成有两个思考方向:低音喇叭寻求音箱结构的突破; 高音喇叭则进行单体的改良。所以这个时候出现的一些新设计,几乎都是高音单体。比较成功的设计,就属静电喇叭了。静电 喇叭前面提到贝尔实验室的 Rice 与 Kellogg 实验喇叭,他们制造的静电喇叭大得像扇门板,振膜由猪大肠外包金箔构成(塑料 还未为上市)。当真空管的光辉照耀,发亮的金色庞然大物具有催眠作用,加上实验室空气中充满猪肠腐臭味与臭氧味,两位 科学家也许会想到「科学怪人」与利用死人耳朵制成的贝尔「记音器」。但开始发声后,它光彩夺目的声音与逼真的音色,简 直让大家吓呆了,他们明白一个崭新的时代已经来临了。不过 Rice 与 Kellogg 在设计静电喇叭时遇到了无法克服的问题:需要 有庞大的振膜才能再生完整的低音,在技术难以突破的情况下,贝尔实验室只得转向锥盆喇叭发展,这一停滞使得静电喇叭沉 寂了三十年。1947 年一位年轻的海军军官 Arthur Janszen 受指派发展新的声纳探测设备,而这套设备需要很准确的喇叭。Jan szen 发现锥盆喇叭并不线性,于是他动手试做了静电喇叭,在塑料薄片上涂上导电漆当振膜,事后证明无论是相位或振幅表现 都不同凡响。Janszen 继续研究,发现将定极板(Stator)绝缘可防止破坏作用的电弧效应。1952 年,Janszen 完成商业化生 产的静电高音单体,与 AR 的低音单体搭配,是当时音响迷梦寐以求的最佳组合。1955 年,Peter Walker 在英国的「无线电世

界」一连发表多篇有关静电喇叭设计的文章,他认为静电喇叭与生俱来就有宽广平直的响应,以及极低的失真,失真度比当时 的扩大机还低得多。1956 年,Peter Walker 的理想在 Quad ESL 喇叭上实现了(Quad 是以他早年一种扩大机 Quality Unit A mplifier-Domestic 的缩写来命名),它的准确性被誉为鉴听新标准,不过仍有一些问题待克服:音量不足、阻抗负载令某些扩 大机望而生畏、扩散性不足、承载功率也有限。60 年代初期 Janszen 加入 KLH 公司为 KLH-9 的上市而努力,由于 KLH-9 的大 尺寸化,解决了 Quad ESL 的问题,一直到当 1968 年 Infinity 公司成立前,KLH-9 静电喇叭都是最 Hi-End 的产品。Janszen 的成就不仅于此,在他协助下,Koss、Acoustech、Dennesen 等静电喇叭陆续问世,Janszen 企业的首席设计师 Roger West 也自立创设了 Sound Lab 公司。 当 Janszen 企业出售时,RTR 公司买下生产设备,推出 Servostatic 静电板,Infinity 的第一对喇叭就使用 RTR 的产品。J anszen 公司几经转手,却始终没有消失,今天喇叭王之一 - Dave Wilson 的 WAMM 巨型系统,里面就用了部份 Janszen 所 设计的静电板。静电喇叭的设计吸引许多厂商投入,比较有名的包括 Acoustat、Audio Static、Beverage、Dayton Wright、S ound Lab、Stax 与 Martin Logan 等。Acoustat X 本身附有真空管扩大机,可以输出高压讯号而不必使用升压器;Beverage 2SW 除了附有高电压扩大机、控制器,还有一对超低音。由于 Beverage 2SW 两公尺高的振膜装在一个椭圆音箱中,利用声波 导板让声音由前方开口均匀传出,可以形成非常立体的音像,它的建议摆位是放在两侧墙边,然后面对面播放。Dayton Wright 的设计也很特殊,振膜装在以六氟化硫惰性气体密封的塑料袋内,用以增加喇叭的效率与输出音压。最贵的静电喇叭,要属 Ma rk Levinson 的 HQD。每一声道使用两具 Quad 静电喇叭,加上一个改良的带状高音与一个 24 吋的低音增加频率两端延伸,配 上三台 Mark Levinson ML-2 后级与电子分音器,要价 15,000 美金,当时真的是天价。Martin Logan 为解决大片振膜产生低 音的问题,近年来混和锥盆低音的一系列设计获得很大成功,再加上延迟线、声学透镜、波浪状振膜等新技术的引进,让静电 喇叭越来越可亲,相信它还会继续的存在。 带状喇叭 1940 年末,一位年轻的加拿大发明家 Gilbert Hobrough 使用扩大机时,一时大意在音乐播出中拆下喇叭线,并让发热的导 线靠近电线的接地端。这是很危险的动作,但 Hobrough 惊讶的发现电线开始拌动,并发出音乐声,这个「具有增益的金属线」 不久后才明白是静电效果。Hobrough 进一步研究,才知道 1910 年左右已经有人提出这个问题,1925 年在磁场内使用导电金属 片的喇叭已经于德国取得专利,当时人说这是带状喇叭。1920 年与 1930 年代分别有两种带状喇叭上市,不过昙花一现很快就 沉寂了。带状喇叭的原理是在两块磁铁中装设一条可以震动的金属带膜,当金属带通过电流,就会产生磁场变化而震动发声。 在 Hobrough 重新发现带状喇叭时,Quad 创办人 Peter Walker 也在英国推销一种号角负载的带状高音,这个高音并不成功, 反而是 1960 年左右英国 Decca 推出很成功的带状高音。另一种类似的带状喇叭 Kelly Ribbon 由 Irving Fried 引进美国,他将 Kelly 高音配上传输线式低音而产生不错的效果。1970 年代,Dick Sequerra 为金字塔(Pyramid)发展的带状喇叭,首次扬弃 号角的设计。Hobrough 发现带状喇叭后的三十年中,他以经营空中绘图和靠着自动机械的专利贴补,持续进行研究,终于在 1 978 年发展成功频率响应低至 400Hz 仍然平直的带状单体(当时产品只能到 600Hz),并且不会融化、破碎或变形,失真则只 有 1%。Hobrough 与他的儿子 Theodore Hobrough 还获得一项专利:与带状高音搭配的多丙烯低音所使用的无谐振特殊音箱。 不过他们以 Jumetite Lab 为品牌所制造的喇叭,一心想以较低价格提供给大家使用,在市场上却没有红起来。后来包括加州柏 克莱的 VMPS Audio、爱荷华市 Gold Ribbon Concepts、麻州的 Apogee Corporation,都发展出比 Jumetite Lab 频宽更大的 带状喇叭系统。 Gold Ribbon 制造了频宽最大的带状驱动器(200Hz-30KHz),它们不是用铝,而是以厚度仅 1 微米(百万分之一公尺) 的金制成振膜。不过最成功的,却是 Apogee 公司。身兼艺术经纪人与音响玩家的 Jason Bloom,加上他的岳父 Leo Spiegel - 一个退休的航空工程师,共同组成 Apogee。它们用古典带状驱动器负责中高音,100Hz 以下使用另一种准带状驱动器,近 年来也加入锥盆低音作混和设计,评价都相当的高。另外有一个带状喇叭家族的远亲 - BES(Bertagni Electroacoustic Syst em)脉动振膜喇叭。BES 跟典型的静电喇叭或 Magneplanar 平面喇叭一样,都有一个开放的架子与一块平面振膜,声音向前 后辐射。不过 BES 不是很薄的金属板,而是厚度不一的泡沫塑料,外表有点像立体地图。BES 的设计使振膜表面有多种谐振模 式,振膜的不同部份在不同的频率部份振动,振动的方式不是机械活塞式,倒像随着宽广音频而均匀振动的音叉。BES 的设计 引起很大争议,最后当然就不了了之了。平面喇叭在带状喇叭演化的过程中,衍变出一种平面动态喇叭,也称为假带状喇叭, 它的问世要归功于美国 3M 的工程师 Jim Winey。Jim Winey 原本是业余音响爱好者,他很喜欢静电喇叭,但又觉得 KLH-9 太 过昂贵,应该有办法降低成本才对。有天他获得灵感,他发现用于冰箱门边的软性陶片磁铁,质量轻、成本低、切割制造容易, 很适于做磁性结构。这种磁铁可均匀的驱动扁平、宽大的整个振膜表面,可用在双极辐射型态的塑料振膜喇叭。Jim Winey 设

计的喇叭振膜上有许多细小的金属导线,金属线接收来自扩大机的讯号,并配合永久磁铁的磁场产生吸、推作用。1971 年,W iney 正式推出新型态的喇叭,起初命名「静磁」(Magnestatic),后来改名为「平面磁」(Magneplanar)。Magneplanar 上 市后得到很大的回响,包括 Strathearn、Wharfedale、JVC、Cerwin-Vega、Thorens 等公司纷纷发展不同型态的平面动态喇叭, 其中最有名的是 Infinity。Infinity 推出的 Quantum Reference Standard 附有双扩大机与电子分音器,它不是用一整块振膜,而 是由许多小振膜组成。QRS 高两米,宽一米,一共有 20 个高音单体,其中 13 个向前,其余向后,垂直成一直线排列。中音则 有三个单体,也是垂直排列。加上一只 15 吋低音,使得 QRS 可以发出极为震撼的音量,频率也超出可闻范围。后来的 EMIT 高音(Electro Magnetic Induction)与 EMIM 中音,也是一种平面振膜,与后来 Genesis 所用的高音已经不太一样,Genesis 的高音可以视为带状单体与平面单体的混合设计,而中音部份 Genesis 的大喇叭都采用带状单体,与 Infinity 分道扬镳。不过我 们可以看到 Infinity 从 IRS 所建立的巨型喇叭架构,这么多年来仍是 Hi-End 扬声器的最高典范。平面喇叭也有其限制,它的磁 结构使得只有磁场的边缘通量能与振膜上分布的「音圈」相互作用,因此效率都不高,到目前这个现象能然存在。再一方面, 平面喇叭所用的振膜比静电喇叭或带状喇叭都来得重,因此会限制它的频宽,过去只有 Audire 一家公司使用全音域的平面驱动 器,连 Magneplanar 自己的喇叭后来都改采带状单体的中高音,加上平面振膜低音组合而成。Burwen 与日本山叶曾利用平面 振膜制成耳机,Pioneer 则放弃磁性平板,改用高分子聚合物来制造耳机,但这些产品似乎都没有获得肯定。海耳喇叭非传统式 喇叭中最成功的要属海尔式设计,就在 Winey 完成第一个平面动态喇叭后不久,德国物理学家海尔(Oskar Heil)研究出一种 很高雅的带状喇叭变形物,他称为气动式变压器(Air Motion Transformer)。 海尔的发明与平面动态喇叭很像,使用一层很薄的塑料振膜,上面覆以导电的铝制「音圈」。不过海尔式喇叭的振膜不是 拉紧的,而是打褶的、松松的挂在架子上,因此导线音圈位于一堆垂直磁铁的间隙内,当磁力交替挤压弯曲皱褶的振膜,再将 它们推开,空气就随着音频而挤压发声。这样的设计有很高的效率,振膜上的强大磁力可降低有效质量电抗或音频阻抗,这也 是「气动式变压器」名称的由来。事实上这种喇叭就是声音变压器,跟号角一样,较低的有效质量使它的高频可以往上延伸, 普通的海尔驱动器有 300Hz-25kHz 的频宽,完全不需要等化。虽然海尔博士对自己的设计信心满满,认为自己的喇叭才是合 理,别人的喇叭都是奇特,但因为制造品质掌控不佳,低音单体的配合又过于简陋,所以海尔喇叭逐渐淡出市场。会冒火的离 子喇叭当贝尔实验室的 Rice 与 Kellogg 面对许多未知时,称为响弧(Singing Arc)或环形放电喇叭的怪物,大概是最令人敬畏 的。早于 1920 年代,无线电技术员就发现,用来调变发射机的高压电讯号有时会形成蓝色的球状发亮气体,广播的声音会从发 亮的球体传出来,声音不大但很清楚,有人形容:简直很火舌一样。Rice 与 Kellogg 并没有认真去研究这个现象,因为这种发 音装置频宽不足,还会发出大量臭氧。1940 年代,法国核物理学家 Siegfried Klein 再度发现此现象,并尝试开发新的喇叭,1 950 年他替新产品命名为「离子喇叭」。这种设计没有机械谐振,没有质量,有无限的顺服性,似乎是喇叭的一大突破。英国 的 Decca、法国 Audax、德国 Telefunken、英国 Fane 与日本 Realon 都纷纷投入离子喇叭的研究,但首先商业化上市的却是美 国 Dukane(Electro Voice),它们在 1962 年推出名为 Ionovac 的新产品,后来改由 American Audio Com.生产,持续了很 长一段时间。至于 Siegfried Klein 本身并未参与生产,他继续研究,神奇的离子喇叭犹如烛光一样,可以朝它用力吹气而丝毫 不损音乐播放。 离子喇叭的另一优点是效率很高,105dB 的音压只需 10 瓦的扩大机即可达成,频率响应也可降至 1000Hz 左右。 Siegfried Klein 的设计由德国 Magant 生产,但美国禁止出售,因为臭氧量超过标准,而且另一个 Hill Plasmatronic 的品牌也 威胁 Magant 独占地位。雷射物理学家 Alan Hill 所设计的 Plasmatronic 喇叭原理与 Siegfried Klein 的离子喇叭相同,使用一只 装有特殊气体的石英管产生放电现象,使空气电离而发出声音,最简单的说,它们的发声过程好象是闪电过后的雷鸣现象。这 种喇叭高频特性极佳,但石英管寿命有限(每隔几个月就要补充氦气),成本又高,使用上并不方便。Hill 的离子喇叭频率从 7 00Hz-20kHz, 10 呎外仍有 90dB 的音压, 在 低音则交给传统锥盆喇叭处理。 这对喇叭有完美的相位与振幅线性, 失真小于 1%, 可惜售价高达一万美元(附赠 A 类扩大机一部推动高音,并且有电子分频器),想当然的没有几个人购买。不过 Hill 与 Magant 的离子喇叭,仍在市场上存在许久。真正的锥型喇叭 1985 年由 Ohm 所推出的 Walsh,其创意足以和 BES 相提并论,也是第一 对真正的锥型喇叭,不但用锥型单体,喇叭本身就是个锥型。Walsh 只用一个单体处理 20Hz-20kHz 的广阔频率,锥型驱动器 放在音箱顶端,音圈和磁铁在上面,振膜朝向音箱内部。Walsh 以管制的分解方式工作,频率上升时,对音圈起反应的纸盆范 围缩小;频率较低时纸盆活动范围增加。 未达到此一目标,纸盆由数种不同材料的同心环组成,同心环的作用等于低音滤波器。环越大,处理的频率越低,最低的 频率使整个纸盆运动;高频则只用很轻的振膜维持,以阻尼的方式维持频率响应平直。这种设计不论相位或振幅都有很好的线 性,最主要是它能 180 度发声。另一个锥型喇叭的典范,是德国 mbl 的 101 喇叭。1975 年左右,一家计算机仪控公司老板 Me letzky 发现,球面单体最能符合他的理想,球型单体的振膜大于传统喇叭单体,更能仿真出自然乐器在空间中的表现。于是他结

合柏林大学的两位教授以铝片作成百褶裙状的圆形单体,这个称为 100 的产品并没有正式上市。1987 年 mbl 以碳纤维当材料, 制造了可以 360 度发声的中高音单体,再加上许多铝片黏合成的葫芦状低音,推出令人惊讶的 101 喇叭。还有一种 Orthophas e 喇叭,在整片塑料膜上黏附很轻的铝带,然后放在强磁场中,铝带通电而产生震动发声。 号角喇叭 1919 年,美国物理学家 Arthur G. Webster 发明了指数型号角喇叭,由于高达 50%的效率(一般的动圈式喇叭的效率只 有 1-10%,Klipsch 的号角喇叭效率约为 30%),很快就被普遍运用在剧院、体育场等需要大音量的场所。号角喇叭最大的特 色就是效率高,一点点功率就能发出极大的声响。它的缺点则是不利于低频回放,如果要回放低频,需要有很长的号角,以回 放 50Hz 频率为例,号角的开口直径要两公尺,长度则要大于五公尺才行。1940 年美国工程师 Paul W. Klipsch 设计了一种体 积较小适合家庭用的折叠式低音号角扬声器,利用房间角落装置驱动器,把房间的墙壁当成一个超大的号角,在 Klipschorn 庆 祝五十岁生日时,这型喇叭仍然老当益壮的继续生产中。1927 年就创立的 Altec Lansing 公司是另一个号角喇叭的传奇,1956 年所推出的 A7「剧院之声」,到现在仍有人捧场。1932 年成立的英国 Vitavox,在 1947 年推出可媲美 Klipschorn 的 CN191 号角喇叭,频率响应已经可达 20Hz-20kHz,目前也仍在预约生产中。号角喇叭的特性会因号角长度、形状与使用的材料不同 而有所差异。从早期的铁制、铝、锌号角,逐渐演变而有塑料、水泥、木头号角、合成材料号角等多种材料。设计得当,可以 把号角喇叭音质较不细致的问题做部份解决;设计不当,甚至会有吼声效应出现。号角按照形状可分为双曲线型、抛物线型、 指数型和圆锥型等,其中指数型号角最常被使用。有些号角的指向性过强,还必须在前端加挂音响透镜(Acoustic Lens),以 增加声音扩散的角度。一些简化的折叠号角陆续被提出,有些设计以短的号角和房间墙壁加强喇叭背面所发出的低频,同时直 接从锥盆前方发出中、高音,这种背后负载的折叠式号角喇叭通常都有不错的效果。目前的号角喇叭多半搭配锥盆式低音使用, 由于号角通常效率都在 100dB 以上,所以运用上并不是那么容易,比较成功的厂商有 JBL、Electro-Voice、北欧的 Einstein、 法国 Jadis(独特的 Eurythmie 11 足可留名青史)、美国 Westlake,以及意大利 Zingali 等。气垫式喇叭除了单体本身的改良, 从五○年代开始,工程师也在音箱上动脑筋,希望用同样的单体就能表现出更好的效果。 其中最著名的设计有两种, 一种是气垫式喇叭,一种是传输线式喇叭。 气垫式喇叭 1958 年立体声唱片问世,音响进入立体世界,喇叭不像唱头等需重新设计,消费者多买一只同型喇叭就可以了。但也正因 如此,体积庞大的喇叭不再受到青睐,大家需要小巧又有足够低频的新产品,气垫喇叭应运而成。造成气垫喇叭流行的背后功 臣,应该是晶体扩大机,他提供了不发热的大功率,来应付气垫式设计带来的低效率问题。气垫喇叭同时也是大功率扩大机的 幕后原凶,七○年代许多人都有这样的观念;不是大出力扩大机就不好,不是气垫式喇叭就不够高级。 气垫式也就是密闭式的一种设计。当单体运动时,如果背波传到前方,会造成低频讯号抵消,所以有无限障板的概念产生。 一个密闭的箱子也可以当作无限大障板,使前、后波彼此作用的机会降到最低。低音反射式则是无限大障板的衍生设计,由于 锥盆的尺寸大小与共振频率会限制喇叭的低频表现,所以在装一个具有开口的音箱可延伸低频响应。开口的大小由音箱体积和 单体的共振频率所决定,当音箱反射发声相移,使开口和锥盆发出的低频相同而产生加强效果。 1954 年 AR 的创办人 Edgar Villchur 推出气垫式喇叭,改善一般密闭式音箱的刚性空气导致低频快速衰减的问题。动圈式 单体通常是由锥盆与音圈构成,锥盆边缘由弹性物质支撑,这使得它无法有自由空气振动频率。如果在气密式音箱中塞满吸音 材料,扬声系统会产生有比单独驱动器还高的振动频率,Edgar Villchur 把自由空气振动频率约 10Hz 的单体装到 1.7 立方呎的 气密音箱中,扬声器共振频率提高为 43Hz。这种设计一方面使系统的失真大为减少,一方面还能发出深沉的低频,缺点则是效 率大为降低。 传输线式喇叭 传输线式喇叭最早称为迷宫式设计,喇叭单体被装在音箱的一端,透过一个复杂而且很长的调协信道,单体的背波从另一 端的开口被扩散出来。第一个迷宫式设计是 Banjamin Olney 在 1936 年为 Stromberg-Carson 所设计的,他将一个共振频率为 50Hz 的单体装入迷宫式音箱中,结果其共振频率降到 40Hz,并且在 40Hz 的半波 75-80Hz 获得增加,从而产生良好的低音。 但他同时发现响应曲线产生不少峰值,这些峰值来自音箱信道本身的共鸣,于是他在信道里铺设吸音材料与导板,把 150Hz 以 上的频率在开口处截止。迷宫式设计可以获得良好的低频延伸,但它的制作麻烦,又比不上经济的低音反射式获致做简单的密 闭式有竞争力,所以五○年代 Carson 再度推销迷宫式设计,仍然没有成功。等到六○年代中期迷宫式喇叭重出江湖时,它有了 新的名字 - 传输线式喇叭。

传输线式可以说就是在信道中塞满阻尼物的迷宫式,其理论是由英国布拉福特技术协会(Bradford Institute of Technolog y)的 A.R. Bailey 教授所提出来。他认为低音反射式音箱由于急遽的低频衰减,容易导致铃振,就像用电子方式突然的把低频 切掉。如果在扬声器背后设计一个无限信道可以吸收背波的反射,就能消除扰人的驻波,所以他用长纤羊毛等吸音阻尼物来替 代无限的信道,极低频的音波波长较长而可以从信道口逸出,增强了喇叭的低频效果。Bailey 教授的设计一度被许多厂商采用, 包括 IMF、Infinity、ESS、Radford 等,它们有的是把信道当成增强低音之用,有些则专做阻尼之用。迷宫式的出口截面积通常 等于或大于单体振膜的面积;传输线式的信道是逐渐缩小,出口截面积小于振膜面积。 英国 Robert Fris 曾推介一种传输线的变体设计,名为「分离耦合抗共鸣线」DaLine(Decoupled Anti-resonant Line), 这种设计号称没有共鸣现象,而且可以使用小尺寸的单体而获得良好的低音,也比大尺寸单体有更好的瞬时效果。目前并没有 标榜以 DaLine 设计的喇叭,不过一些低音反射式音箱却从这里得到灵感而进行改良。习惯于密闭式或低音反射式设计的人,对 传输线式设计一直有意见,传输线式较大的体积、复杂的结构,以及难以预期的效果,也阻碍了他的发展。目前生产传输线式 较有名气的厂商,只剩英国 TDL(前身就是 IMF)与 PMC,PMC 以传输线式成功的设计了录音室鉴听喇叭,再度引起大家对 传输线式的兴趣。 全音域喇叭 喇叭单体从单一的全音域设计,逐渐发展成多音路设计,工程师发现到不同频率单体间有许多衔接的问题,包括分频点、 分频斜率、灵敏度、相位等都可能产生误差,于是有两种新的思考方向被提出来,一种是全音域喇叭,一种是同轴喇叭。英国 Goodmans 曾请 E.G. Jordan 设计 AXIOM80 单体,是针对录音鉴听所设计的,也是全音域单体的长青树。Jordan 与另一位英 国人 Watts 在 1964 年组成了 Jordan Watts 公司,当时所推出的 Model Unit 单体一直持续生产了 20 多年。这个单体采用十公 分的金属振膜,铍青铜制的音圈,以及方形的框架,非常有特色。1975 年 Jordan Watts 推出的 Flagon 花瓶状全音域扬声器, 一直到今天还在生产,是少数像艺术品的喇叭。1932 年创立的英国 Wharfedale,在二次大战前后也推出不错的全音域单体,1 958 年老板换人后,开始往计算机等尖端科技发展,放弃了全音域单体的发展。英国另一家 Lowther 倒是始终坚持,60 多年来 一直浸淫于全音域单体领域中,它们单体的特色是白色独立边缘、中心均衡器等,现在台湾仍可买到它们的产品。 日本方面有多家全音域单体制造商,一度与 Pioneer、Onkyo 并称为扬声器三大老铺的 Coral,曾推出 20 公分大的全音域 单体。Diatone 在 1946 年成为战后最早生产全音域喇叭的公司,它们采用 OP 磁铁得到很大成功。1947 年与 NHK 合作开发了 P-62F 单体,作为广播鉴听之用,之后改款为 P-610,整个系列畅销将近 40 年,成为日本音响史上的一个传奇。在庆祝 50 周 年前夕,Diatone 曾推出限量纪念产品,造成一阵小小的轰动。1973 年因石油危机而脱离 Foster 电机独立的 Fostex,曾推出许 多有创意的产品,如双锥盆全音域单体、生物振膜单体等,它们也推出全世界最大的低音单体 EW800(80 公分)。 同轴喇叭 Guy. R. Foundtain 于 1926 年成立 Tannoy 公司,1947 年所设计的 LSU/HF/15L 单体,是 38 公分大的两音路同轴设计, 这颗单体开启了同轴喇叭的新纪元。1953 年 Tannoy 开始以同轴单体制造 Monitor 15 Silver 等录音室用鉴听喇叭,获得许多大 唱片公司采用,Decca 的许多发烧天碟就是这个时代以 Tannoy 喇叭鉴听录制的。Tannoy 的同轴概念来自三○年代全音域点音 源设计,构造简单,具有线性的对称与方向性、失真低,音像准确等优点。为了得到足够的低音,Tannoy 不 断在尺寸上加码, 最后把 38 公分的同轴单体运用在 Westminster Royal 等顶级喇叭上,可产生相当深沉的低频。近年来 Tannoy 除了设计双音圈 同轴单体外,也在高音单体装置了郁金香型导波器,提高频率响应的平顺。在 Tannoy 70 周年庆时,它们推出新的旗舰 Kingd om 喇叭,中音部份仍采用同轴设计,另外加上超高音与超低音单体,这款喇叭也说明了同轴设计的限制。 Tannoy 的最大竞争对手是英国同胞 KEF(Kent Engineering and Foundary),它们的动作比 Tannoy 积 极,1984 年推出 空腔耦合技术(Coupled Caviy),104/2 喇叭的独特构思与丰富低频引起许多讨论,这一年它们加入同轴喇叭市场。 1989 年 KEF 进一步改良,推出称为 Uni-Q 的同轴技术,105/3 喇叭同时使用空腔耦合技术与 Uni-Q 单体,表现更上层楼。KEF 的 UniQ 单体是在同一个底盘上装设大、小两个磁铁,发音时高音利用低音的振膜当作号角,达到同轴同时的目的;Tannoy 的同轴单 体并不在同一个平面上,所以并非真正同轴同时。 各种仿同轴的设计纷纷出笼,美国洛杉矶专门制造 PA 与录音室鉴听用喇叭的 Gauss,把高音套上一个碗状的盖子放在低 音中间,有不错的评价。德国 Siemens 也设计了一个同轴单体,把 9 公分高音单体放在 25 公分低音前面,再以声学透镜改善 扩散角度,七○年代进军剧院市场引起很大话题。 其它类型的喇叭

压电式单体,目前仅见于少数高音使用。所谓压电材料(Piezo-electric),是指施加电压后会伸展、收缩或弯曲的材料, 像是酒石酸钾钠(Rochelle salt)、钛酸钡、钛酸盐、锆酸盐等合成物,它们曾被运用在唱头、耳机等组件上。至于用在喇叭 上,要等到能轴向伸展的多元氟化乙烯树脂作成,并在两边加以真空气化铝处理过的高聚合体出现以后,才得以实现。这种单 体有良好的线性、失真少、瞬时佳,也因为质量轻而能设计成各种形状。它的缺点则是他具有电容性阻抗,有时需要特别设计 的转接放大器。 此外还有气阀式扬声器(让空气由受压缩的空气槽流经号角而发声)、感应型、热摩擦型,以及正式商品化的薄膜型等设 计。荷兰 Philips 曾推出一种 MFB 喇叭,在喇叭箱内装有扩大机与主动性回授组件,把扩大机的回授环路延伸到喇叭音圈。Phi lips 的产品没有成功,倒是让 Infinity、Genisis 等厂商获得灵感,在低音部份制造了伺服扩大机,降低低音的失真。 [编辑本段 编辑本段] 编辑本段

发声原理
喇叭其实是一种电能转换成声音的一种转换设备,当不同的电子能量传至线圈时,线圈产生一种能量与磁铁的磁场互动, 这种互动造成纸盘振动,因为电子能量随时变化,喇叭的线圈会往前或往后运动,因此喇叭的纸盘就会跟着运动,这此动作使 空气的疏密程度产生变化而产生声音。 [编辑本段 编辑本段] 编辑本段

发声方式
1、动圈式。基本原理来自佛莱明左手定律,把一条有电流的导线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间,道线就会受磁力线与 电流两者的互相作用而移动,在把一片振膜依附在这根道线上,随著电流变化振膜就产生前后的运动。目前百分之九十以上的 锥盆单体都是动圈式的设计。 2、电磁式。在一个 U 型的磁铁的中间架设可移动斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象, 并同时带动振膜运动。这种设计成本低廉但效果不佳,所以多用在电话筒与小型耳机上。 3、电感式。与电磁式原理相近,不过电枢加倍,而磁铁上的两个音圈并不对称,当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁 通量会互相推挤而运动。与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率,不过效率却非常的低。 4、静电式。基本原理是库伦(Coulomb)定律,通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理,两个膜片面对 面摆放,当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。静电 单体由于质量轻且振动分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,对低音动力有未逮,而且它的效率不高,使用直流电原又 容易聚集灰尘。目前如 Martin-Logan 等厂商已成功的发展出静电与动圈混合式喇叭,解决了静电体低音不足的问题,在耳机上 静电式的运用也很广泛。 5、平面式。最早由日本 SONY 开发出来的设计,音圈设计仍是动圈式为主题,不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜, 因为少人空洞效应,特性较佳,但效率也偏低。 6、丝带式。没有传统的音圈设计,振膜是以非常薄的金属制成,电流直接流进道体使其振动发音。由于它的振膜就是音圈, 所以质量非常轻,瞬态响应极佳,高频响应也很好。不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战,Apogee 可为 代表。另一种方式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑胶薄片上,这样可以解决部分低阻抗的问题,Magnepang 此类设计的佼 佼者。 7、号角式。振膜推动位于号筒底部的空气而工作,因为声音传送时未被扩散所以效率非常高,但由于号角的形状与长度都 会影响音色,要重播低频也不太容易,现在大多用在巨型 PA 系统或高音单体上,美国 Klipsch 就是老字号的号角喇叭生产商。 8、其他还有海耳博士在一九七三年发展出来的丝带式改良设计,称为海耳喇叭,理论上非常优秀,台湾使用者却很稀少。 压电式是利用钛酸等压电材料,加上电压使其伸展或收缩而发音的设计,Pioneer 曾以高聚合体改良压电式设计,用在他们的高 音单体上。离子喇叭(Ion)是利用高压放电使空气成为带电的质止,施以交流电压后这些游离的带电分子就会因振动而发声, 目前只能用在高频以上的单体。飞利浦也曾发展主动回授式喇叭(MFB),在喇叭内装有主动式回授线路,可以大幅降低失真。

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故障原因
1、长时间超负荷驱动喇叭,喇叭会因为过热而把喇叭烧坏,因为线圈的温度升高,使某些结构部份产生熔化,破裂或烧毁, 正常使用下线圈的温度就有 180 摄氏度,不正常使用之下就可想而知了! 2、机械式故障,超负荷的驱动喇叭使得纸盘移动超出范围并和线圈分离,或线圈和线圈座分离,纸盘折边或喇叭支撑圈被 扯破,以上任一种情形一旦发生,都可以使喇叭发生故障。当折边或支撑圈被扯破,线圈将会和它们磨擦,因为纸盘组件已不 能适当地在中心位置悬吊,小的破裂也许刚开始感觉不出来,但是经过一段时间,当裂缝变大时,喇叭就会跟着坏了。 3、喇叭的故障也可能是以上两种方式的结合,比如功放突然输出一个很大的瞬间能量,这个能量可以是声音突然开大,喇 叭就会有一个强烈的振动,使得线圈脱离了磁力间隙,当它回去的时候可能偏心失误就无法回到原位,这样将使整个机械的动 作被纸盘带向前方,偏离原始停留的位置,结果纸盘已经不能发出声音,但是能量还继续传送的喇叭的线圈上,线圈双离开了 磁力间隙,因为磁力间隙是线圈最好的散热环境,但线圈已离开磁力间隙,那么线圈在继续接收来自功放的信号时,线圈很快 就会发热导致烧毁线圈。 喇叭摆位基本法 首先要做到耳平高音单元 喇叭即扬声器或音箱(国内用词),人们大都将之概括地分成两大类别。一是座地式,一是书架式,但无论书架或座地的,摆 位的方法都差别不大。首先,书架喇叭要『坐脚架』才靓声,这个实属必然,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』与否,一般而言足以聆听者坐着时耳平高音为准。然而,这不仅是喇叭的 问题,座椅的高度亦需配合。举例说:若一款二路二单元喇叭指定要辅以 27"高脚架,使用後其高音水平高度达 37"的话,如阁 下聆听时所用的座椅令你坐下时耳朵的水平高度高于或低于 37",那便会影响到正常效果,这会令到高中低频失却平衡。而对于 初哥们来说,最显然易见的弊处则在于;若高音单元低过耳平,音场整体会变得低矮。若高于耳平,中低音与低音会遮盖高音, 形成低音过多而高音不足,或会有音场较高的错觉,但结像与定位会因低音对高音的遮盖效应,变得模糊。 然而,以上的并非金科玉律,仍有许多非一般例子要视乎个别喇叭的设计来设定,好像 Martin Logan、Magnepan 等屏风 喇叭,又或 Bose 的直接/反射技术喇叭,便不能套用上述的高度设定准则。此外,某些巨型座地大喇叭将高音单元放得高高在 上,例如 Wilson Audio 的 Grand Slamm,又或像 Dvnaudio Consequence 将高音单元放在贴近地面者,便需根据设计者的指 示下,以一个较远的『冲程』听音距离,才能合成出平衡的全频频率响应。所以,无论要设定什么类型的喇叭都要先参阅说明 书,看看有没有厂方建议的高度指引实属必须程序。 喇叭放第一个 1/3 位,聆听椅放在第二个 1/3 位 好了!当完成了高度设定指引的要求後,接着就要处理左/右声道两喇叭之间,喇叭与聆听位之间,以及喇叭跟喇叭後墙与 侧墙等之距离。 传统的说法,无论要在一个新地方重新设定一对喇叭,抑或换了一对新喇叭,第一步;应将两喇叭放在聆听间长度的三分 一之上。以本刊 25 尺长的大 Hi-Fi 房为例,喇叭要距离喇叭的背墙 8'4"(面板起计)。其次,左/右声道两喇叭的距离,以面板中 轴线作准,至少 6 尺,这是有效呈现出一个立体音场的最短距离。太过接近的话,会弄至最简单的左/中/右定位效果也变得 难以分辨。此外,两喇叭的面板应完全平行後墙,并各与两侧墙形成 90。(直角)及离墙数尺。至于聆听位,则应设定在另一个 三分一之上,即喇叭与聆听位就像两个将聆听间长度划分成三等分的分界点。 上述的传统手法,纯粹就着如本刊那两间长方形的『理想型』Hi-Fi 房,以及传统式样的喇叭而论。若遇上香港常见的不规 则钻石形客厅,又或总面积百多尺的大细边客饭厅,又只能用半边来玩 Hi。Fi 的情况,还有若使用 NHT 类面板向内侧倾斜喇叭 及特别要靠近後墙才靓声的 Naim Audio 喇叭等,如以刚才的传统手法,根本不能得到应有的效果。因此以上及继续下来要为 初哥们提供的指引,同样不应以金科玉律视之,只要就着情况做到尽量接近便是! 基本上,左右两喇叭应与後墙平行,即左右两声道喇叭与喇叭背墙的距离完全相同,而左右两声道喇叭亦应跟聆听位有着 相同的距离,这样才可确保左右两喇叭发出的直接声同一时间到达聆听位,所以左右喇叭与聆听位理应构成一等边或等腰三角 形。若是等腰三角形,则两喇叭一边作为底边跟聆听位,以构成一锐角三角形为佳。若呈钝角三角型的话,即一是聆听点与两 喇叭的距离太接近,又或两喇叭之间的距离太远、太宽,这两种情况,都会很容易弄至音场中央结像奇大。例如一独唱者的口 形,横跨左右喇叭,更只能有极左及极右两定位,此之为大耳筒效应!就像透过耳筒聆听两声道立体声重播般,只有在头颅中心

的一把人声,以及极左极右的音乐声,完全谈不上三度空间舞台感。所以务必先搞妥这个平行于喇叭背墙前的三角关系,否则 难有正常靓声! 调校 toe-in 角度至中间人声结像立体 搞妥三角关系後,然後要处理的便是 Toe-in 问题。设定喇叭之初,应先作平摆。即不(*Toe-in 或 Toe-out),这个应是不变 的做法。继而找些有一把人声肯定在中央的录音;就好像近期大热的“Voices”金碟,试试 Track 2,听听 Rebecca 的声音能否 在中央结像,若不,则有两个可能性,一是两喇叭的距离太宽,那便先把喇叭向中央栘近。但,若然两喇叭的距离不足六尺, 这样则会是 Toe-in 角度的问题,我们可将两喇叭逐少逐少向中央 Toe-in,直至可营造出一个明显的中央结像为止。同时间我们 要留意音场两侧的乐器声或其他声音,会否缩在两喇叭之间,甚至缩成一团,若出现这情况,则表示 Toe-in 得太多,令音场过 份收窄,故此我们要多用两三个不同类形的录音作准,最终要做到音场左、中、右三部的能量尽量平均分布,若同时间音场能 远远撑出两外侧,当然更好!*(Toe-in 者,即两喇叭在差不多原地上向内侧转动,令前障板更面向两喇叭之间的中线,而 Toe-ou t 则相反。) 除了 Toe-in/out 角度外,两喇叭的距离亦同样对音场左、中、右的能量平均分布,有着根本性的影响。假若环境容许两 左右两声道喇叭的距离逾 6 尺,我们应试试同时间将两喇叭向外侧等距地移出,看看能否拉宽音场而不影响能量的平均分布。 情况许可的话,可大胆些以尺计移出,拉到音场中央出现缺口才停下来。继而再转过来将两喇叭拉近,直至音场再次接台,及 至平均。如是者拉宽收窄不断反覆试验,并将每次来回的幅度收窄,直至找出一个音塲最宽而能量又平衡的距离来。事实上, 许多发烧友都会为求音场更宽而将左右喇叭拉得太宽,引至音场中央断裂而不自知,因此以上来回地拉宽修窄的程序极为重要。 然而,还有一事得注意,就是两喇叭距离的改变跟 Toe-in/out 角度有着互相牵动的关系,因此搞过任何一办,另一办很大 机会需要再行调节,许多时更要来来回回多遍。没法子,要靓声便不能偷懒! 喇叭与后墙及侧墙的关系 接着要讲讲喇叭与喇叭後墙的关系。或许很多初哥都会听闻过,喇叭摆得越贴近後墙,低音越丰满,越强劲!的确,越近则 越丰越强劲,但初哥们切勿因追求强劲而忽略平衡度,盲目地将喇叭推得太贴近後墙,这会使到低频过份凸出,令高、中频等 被盖过,失却平衡度之余,那些低音还会变成只有量而无线条的混浊低音。因此,市场除少数如 Naim Audio 指定要贴後墙摆 外,绝大多数喇叭都应当与後墙保持一定的距离。至于这距离是多少,没有一定准则,要根据不同喇叭跟不同环境的配合而定, 如环境许可的话,可由背板离後墙四尺作起点,但以香港现实的居住环境来说,由近至两尺起也得接受。然後耐心点重覆将它 们移前或拉後,直至找出音色最平衡的一点。当然,若同时能取得立体感强的深度及层次感,诚然好事! 最後,还要讲的是喇叭与两侧墙的关系。这个很难一概而论,只要不过于贴近便是,至少相距两尺吧!若有五六尺当然更佳。 此外,香港常见的以单边客饭厅玩 Hi-Fi 的情况,使得一边喇叭的两三尺外便是墙壁之同时,另一边却要延展至八、九尺的饭厅 才到侧墙。这也得妥协,惟有将离墙较远的那边喇叭,试试以较大的 Toe-in 角度去取得多一点直接声来相就,看看能否调校出 比较平衡的效果。


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