在音响的世界里面,扬声器是最重要的因素,因为他决定大部分发出声音的音质跟音色,但通常是规格资料最少的一块,且有趣的是差不多的规格资料,但不同家厂牌会有不同的音色,不同设计师也大异其趣,这是扬声器的奥妙之处,但藉由了解其喇叭单体发声的原理、构造与种类,还是可以知道不同设计的喇叭单体的大致音色走向跟其极限的地方 !
扬声器如何发声 ?
扬声器构造:每一个扬声器(喇叭)中必有内含单体,单体是扬声器作动的最重要元件,而根据单体「发声方式」的不同,可分为动圈式、电感式、静电式、平面式、丝带式、号角式等等。目前市面上所看到的扬声器,95%都是采用「动圈式」。
- 振膜Diaphragm :振膜是用来直接推动空气,进而产生声音。
- 防尘盖Dust Cap :防止灰尘进入
- 音圈Voice Coil:环绕在音圈上的线圈组。音圈和磁铁组成了扬声器的驱动部分
- 磁铁Magnet :通常由铁氧体或强力钕制成
- 定心支片Spider :连接振膜和音圈为振模震动提供恢复力
- 框架basket :框架为单体的骨架,其他元件都安装在这上面。
- 悬边Suspension :振膜边缘外的橡胶称为悬边。
现在大多数的喇叭都是动圈式单体,而它的发声原理,当喇叭接收由音源设备输出的电子信号后,电流通过单元上的线圈,电流的正负电使单体上的线圈产上磁场反应,且通过线圈的是交变电流,正负极是不断变化的,由于++排斥振膜往内收,+-振膜往外扩,一收一扩之间产生的声波和气流,就会发出声音了。
纸盆(cone)材料的种类与声音特性
单元中用到的磁铁、音圈线材、振膜、还有悬边等的材料随着多年发展变得非常多样化,但其实目都是希望可以更准确重现音乐原本的声响效果。以振膜为例,就需要选用坚韧、变形少的物料,常见的材料有纸盆振膜、塑胶振膜、金属振膜和合成纤维振膜这几种,还有如其他石墨纤维、玻璃纤维、碳纤维等材料。
- 纸盆振膜:常见的振膜材质,技术最为成熟,声音特性平滑自然,不带有个性鲜明的刺激部分。纸盆重量轻,能量转化效率高,且由于内部纤维的相互交织,传输过程中的能量可以被很快吸收,因此纸盆的阻尼特性也比较理想,不过缺点由于材质的特点,纸盆对温度和湿度变化比较敏感,环境变化会对声音造成影响。
- 塑胶振膜:一般由聚丙烯材料制成,简称PP音盆。相对于纸盆,PP音盆在防潮防水效果方面胜过许多。PP音盆同样具备出色的阻尼特性,听感上柔顺自然,而缺点方面,PP音盆的刚性相对一般,表现高频较丰富的音乐并不适合,容易产生失真现象。
- 金属振膜:一般金属材质给予高贵、喧哗个性的感觉,在声音方面的特点鲜明。一般由铝或者其合金材质制成,相对其它金属稳定,重量轻。金属振膜刚性出色,因此在动态和解析力方面表现出众,但金属振膜偏重,而且阻尼特性并不算好,因此对单元的驱动与控制并不简单。
- 合成纤维振膜:合成纤维振膜能够聚集各类特性优点的振膜材质,这种材质从航空军用材料移植过来,拥有很高的强度和刚性,而且自身重量轻盈,这些优点极为适合作为单元振膜。由于制造成本偏高,常用于一般在高级扬声器,如知名Focal常使用的Kevlar人造纤维振膜。
扬声器喇叭单元与配置
喇叭单体分类
扬声器内的喇叭单元设计的种类很多,最简单的一种就是一个单元就负责所有音频范围,也就是「全音域」单元的设计,多见于超小型喇叭、蓝牙喇叭,无分音器。但是目前的技术而言,没有一个单体可以完美的负责所有频率。
另外一种是「同轴式」单元,使用两颗以上的单体分工负责全频段的声音,且两颗单体的开口都在同一直线上,通常低音单体的轴心上再加上中音、高音单体,有分音器。
而要求较高的的喇叭就普遍至少是「二音路」分音的设计,喇叭前面有两组单元,分别是「高音单元」及「中低音单元」出声。市面上多数书架喇叭多采用这种设计,部分落地型喇叭虽然都是二路分音,不过就会配备两组或以上的中低音单元。如下图所示,而「三音路」分音、配备高、中、低音单元的设计在落地喇叭上也很常见。
而多音路设计运作过程,由扩大机驱动的电流讯号,会先经过分音器,将高、中、低频音讯分配到对应的高、中、低音单元上发声,然后「混合成」成我们听到的声音。
多音路喇叭单体
高音单元Tweeter:高音单元通常位于喇叭最上面的单元,这样的摆位主要是因为高频音波的扩散性较低,稍为偏离单元指向的方位就会衰减得厉害,所以通常都会设计水平接近于耳朵的位置。
高音单元通常负责重现2,000Hz至5,000Hz以上,直到20kHz的高频音效,当然,视乎单元、分音设计的不同,另外研究显示,虽然人耳的听力范围是20Hz至20kHz,不过20kHz以上的超高频普通人其实仍可感受得到,可以扩大聆听者对于音乐音场跟气氛感觉,所以有部分高阶喇叭的高音单元可以重现30kHz甚至更高频率的音乐,高音单元多数采用球顶形(Soft Dome)设计。
中音单体Mid range:中音单元常负责的200Hz–5,000Hz频段,正好是人耳日常听到最多的频响范围,包括大部分的乐器,例如钢琴、结他等,此外,最重要是人声也大部分落在这个频段。所以人耳对于中音最为敏感,一旦出现一点点的失真,都很容易被察觉到。
低音单体Woofer:低频对于看电影跟游戏来说更为重要,甚至独立出来一个超重低音来负责更低频率的声音部分,低音单元多数会负责200Hz至80Hz以下,直到20Hz甚至更低的频段。通常愈大尺寸的单元,就愈有能力展现更低频的频段,5吋、6吋都是常见的尺寸,甚至大到10吋都有。
而通常扬声器会有低音反射孔,以增加低音单元的效率,低音反射孔比较常置于喇叭后方,不过也会有前置的设计,另外因低频较无方向性的关系,超低音喇叭的摆位并不太需要费心。