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中音单元的设计(三)           ★★★
中音单元的设计(三)
发布者:imefan 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2008-3-13 17:35:45

 

难解的两难和矛盾

振膜质量

  先前提到,要降低系统共振频率最简单的就是增加振膜质量;当然,这是很容易做到的。但是,为了高频响应和发声效率,这样又算不上是好方法。那么,我们不要硬碰硬,让单体在低频时“看到”较重的音盆,而在高频时就只看到较轻的音盆。
听起来有点诡异?

  这是全音域单体的设计中非常巧妙的一招,也就是“机械性”分频。实际操作时的情况是,低音时,整个音盆一起动作,渐往高频时,利用盆分裂特性使得音盆较重且声阻较大的外围“来不及”跟着一起动。此时,真正随着音圈动的只剩下较内圈部分,相对上这个“局部”区域的音盆比起整个面积当然就轻得多了。所以,这样一来,随着频率的不同,音盆“实际有效”的运动质量就不同。如此,高频到低频的响应就可以同时达到。

  刚刚提到的“盆分裂”,说来轻描淡写,但稍微想想就可以体会到其中的重重困难。如何在某个频率以上使得一部分的振膜“来不及”跟着音圈动就很难控制了,再者,要让这些部分“既然跟不上就干脆别动”也不简单,因为,最怕的是跟不上音圈的驱动而自己乱动,徒然增加音染。而且要注意的是,单体实际在播放音乐时其中包含的频率很广,且时时刻刻在变。所以一旦这样的盆分裂不在控制之内就可以想见其失真之恐怖!

驱动力

  先前有提到,若要让高频延伸,势必要有很强的驱动力来使音盆的加速度达到高频的需要。而驱动力的来源有二:音圈及磁力系统。把音圈的圈数绕多些就能产生较大的磁力,以便和磁力系统相互作用而产生较大的驱动力,但圈数多就意味着电感量的提高和质量的增加,这二者又都不利于高频,所以此路不通,音圈的设计仍要取一妥协。在此,“小而美”显然比“大而不当”要好得多。

  再来,我们只好增加磁力了。虽然先前提过,强大的磁路系统会造成很强的阻尼而使得自由共振频率不易降低,但是为了要达到高频发声所需的振膜加速度,磁力的强度还是要比一般单体强上许多,才有办法将“不轻”的音盆(注4)推出那种级数的加速度值,否则就和一般的中音单体没多大分别了。至于阻尼过度的问题,只好由放松机械性阻尼来做补偿了。

系统整合问题

  不就只有一只单体,何来的“系统”整合?这里的系统整合指二方面:一是音域平衡的微调,二是装箱调谐的设计。此二者常相互牵动彼此。

  理论上,一个理想的全音域单体应该是在装箱后或固定在适当的障板上就可以直接连上后级,没有任何阻隔的发出天籁。但想想先前提过的种种进退两难的窘境,在设计者绞尽脑汁、呕心沥血,好不容易做出一只能够全音域发声的单体后,你还希望它能“全面性”毫无妥协的发出你想要的一切?请记住,在各种的进退两难中,绝大多数的出路便是“妥协”。

  若你对Stereophile熟悉的话,应该对他们刊出的各种器材测试图谱有些印象。一般来说,扩大机的频率响应图在20Hz─20KHz之间几乎就像是尺画的一样平直,若是管机,顶多在频域二端有些微的滚降;而喇叭的频率响应图谱就崎岖得多,用坏掉的锯子来画还比它规则些。若再看衰减瀑布图和离轴响应,那就更糟糕了,各种奇形怪状的高山深谷遍布全频段。

  为什么喇叭的频率响应没办法作到像扩大机一样的平直?因为喇叭是机械性动作的组件,一动起来各个部分的能量传递、释放和储存会非常复杂,且相互关联。如此,免不了会存在许多的能量堆积或相互抵消的状况 ─ 能量堆积处形成共振峰;相互抵消处形成凹陷,这么一来崎岖的频率响应就不足为奇了。较佳的情况是崎岖的形态较缓和且均匀,如此可避免集中在一个特定的范围而形成明显的音染。若起伏很大或集中在一处就不妙了,强烈的音染不但扭曲了音域平衡,其共振峰处的能量不但较强,而且久久不散(常可在瀑布图上看出),所以会严重掩盖其本身和临近频段的解析力和微动态表现,就算用高Q值陷波器来加以衰减还是无法解决不干净的残余共振。

  另外,单体的阻尼状况也常会表现在频率响应曲线的走势上。若高端上扬,则是中低音域的阻尼相对上有些过度,听感上便是紧瘦结实,稍偏明亮;若是反过来低端上扬,则是中低音域的阻尼相对上有些不足,听感上就较为肥胖宽松而昏暗。

  说了这么多喇叭单体的“黑暗面”,不外是要提醒大家,就算历年来各“传奇”的全音域单体各自在不同的领域理皆有其“超级制作”之处,但在无可避免的众多妥协之下,免不了有其取舍,而很难做得面面具到。就连乐器的制作都要投注极大的心力,才能获得音色的完美和全音域响度的平均,更何况是喇叭单体这个“二线”的模仿者。

  所以,一个全音域单体,虽可以做到全音域发声,但不见得一定平直。常见的问题有:中音部分(有些是中高,有些是中低)有宽而缓的凸出,造成听感上某种程度的音染;还有部分是高端有缓和的滚降,造成听感上较为昏暗;当然还有过度阻尼造成的低端滚降,听感上自然是又瘦又紧,低音没有量感。

  若是频率响应有些微的凸出,而这个音染又令人无法忍受,只好用一个陷波器来将这个凸出压平。若症状不严重,这个方式多半能有令人满意的结果。别瞧不起这样的组合,虽然这样一来后级到单体之间有了一些“阻碍”,但这算只是频率响应的修整,比起多路分音的喇叭中频率响应复杂的交叠和扭曲的相位,这还是单纯多多。而且,这类陷波器线路其实在许多喇叭的分音器上都可以找到,所以也不算什么见不得人的东西。


  若是高端滚降,则多半是因为相对上磁力系统不够力所致,或者是音盆太大,用上“机械分频”的技俩还是拖累太重,如早年的12吋甚至15吋的全音域单体或多或少有这样的问题。此时,除了加个高音单体,别无他法。你会说,唉,这算是哪门子的全音域!别急着下定论,若妥善处理,将高音单体的响应从16─18KHz处(或甚至更高),以每八度-6dB的斜率缓缓切入,还是能够得到很好的结果,因为分频衔接处已避开了人耳敏感的音域,且一阶分音能保持相位一致,所以还是保有全音域的“大部分”好处。(若你手上刚好有Altec 412C,又嫌它们没高音,请赶紧通知我,我很有兴趣购买。等我弄出好声,你就别想再买回去)

  最后一种情况就是低音部分的滚降,这类全音域单体具有较强的阻尼,低音的听感常紧缩而短促,好处是细节清晰。此时若能使用适当的装箱调谐或甚至用号角负载来提升低音部分的声阻而提高效率,整体响应便很理想。若制作得当,这样的组合能提供最佳的全音域发声表现。

  既然提到了装箱调谐,我们就顺势谈下去。一般市售的喇叭,90%以上都是密闭音箱或开口调谐(一般俗称『低音反射式』)。只要是箱型喇叭便大致脱不了这二种设计及其衍生物,只有少数例外。对于全音域单体来说,应该要使其低音域发声时的振幅愈小愈好。因为振幅愈大,不仅低音本身的失真大增,同时中高音更大受影响。想象一下大振幅全音域发声时会是怎样的情形:中高音的小幅度快速运动“骑”在大幅度慢速的低音运动上,中高音的振动时而向你靠近;时而离你远去,可想而知会带来很高的互调失真和都卜勒失真。虽说任何单体都会面临类似的问题,但全音域单体的工作频域远大于其它单体,所以这种情况会更明显而应极力避免或减少。

  在刚刚提到的二种主流装箱方式中,开口调谐应是较适合全音域单体的,因为这种方式可在系统共振频率附近(一般是30─50Hz,视设计情况而异)大幅减少音盆的冲程。如此便一举三得:失真降低、承受功率较高、发声效率也高。因为这个缘故,绝大部分的全音域单体都可以用这种装箱方式得到大致上不差的效果。

  另外,有些纯粹主义者认为,这么好的单体装在箱子里会被箱体共振所玷污,所以不用箱子,直接装在开放式障板上。某些本身低音部分就足够的单体便适于如此使用,可以获得最无染纯净的声音,如WE/Altec 755C。据称,其中音瞬时快若闪电,比之静电喇叭毫不逊色,又有更佳的动态表现。但这个方式有一些缺点,首先当然是占地太大,因为系统的低音延伸取决于障板面积,为取得适当的低频响应,小则需要1公尺见方,大则没有上限,要将墙壁挖二个洞来装也可;再来是效率和承受功率都会较低,低频响应也会较弱;最后是双面发声会使得空间因素更形复杂难解,而二片大门板矗立眼前实在也不容易被大多数人接受。

  最后,便是最复杂的号角负载方式了。关于号角的种种,我们择期再详谈,现在只能大略的介绍一下。简单的说,号角就是一个呈喇叭状展开的管道,宽的这边称为“号角开口”,窄的那边称为“喉部”。号角的形状会造成喉部的声阻大于开口,使得位在喉部附近的单体振膜和空气分子间有很大的压力,也就是说这之间的能量可以的耦合得很好,因此发声效率很高。

  使用背载折叠号角的型式,在适当的制作下,中低音到低音部分的效率会有效的提升,刚好和之前提到的阻尼过度的单体能有几近完美的配合。

单元简介

  历年来各厂家生产的全音域单元说来也不算少,我当然无法一一列举,以下便就我所知,举一些较著名的例子供读者参考,其中有些尚有新品产制,而其它便只能在二手古董市场才能找到。

Jordan Watts

  非常特殊的设计,采用铝质音盆,在悬挂阻尼部分扬弃了一般传统的波状折纹阻尼,而使用特殊的线状悬挂,有很高的顺服性。我和Jordon Watts的结缘是由“花瓶”开始的,起初是因为商家清仓拍卖,而我又觉得这对“花瓶”的造型古朴可爱、颇有意思,所以就买了。原本还对它的声音没什么期待,没想到一听之下喜出望外,6吋铝盆发出的声音还算相当的“全音域”,在我10坪左右的房间里,低音有模有样,以中等音量听一些小编制的音乐,那种纯净和韵味真是令人感动。缺点是中低音有些音染,有一段听起来肥肥的,但我每一次听超过半小时后便不再查觉这个问题,不知是单元的Warm-Up,还是我的耳朵习惯了。另外就是效率过低,音量稍大时就明显影响整体的清晰度。

  同厂另有一款2吋直径的型号,一样是铝盆,除低频受限和效率偏低外,其余的表现可称得上经典,它在脉冲响应测试上尤其结出,主观聆听也非常之清新可人。

Diatone P-610系列

  具有一段历史且广受好评的单元。采用6.5吋纸盆和Alnico磁铁,效率90dB/W,低频可达50Hz,对全音域单元而言已属佳作。其音盆表面的数道凸起的压纹就是用以控制盆分裂状态之用,正如先前提到的,可达到某种程度的机械分频效果。

  原来的P-610做到第四版,在1993年便已停产,后来少量推出纪念版,市面上的能见度极低。可惜我还无缘一听这个喇叭,但据可靠的消息来源,这个单元也许称得上是各项表现最“全面”的全音域单元,也就是说“妥协”得最巧妙,声音平顺甜美,超卓的结像力,微动态精巧清晰,且使用最容易,用一般的开口调谐音箱便可顺利工作。据称,与单端直热式三极管机是绝配,尤其是2A3,你若有兴趣,不妨一试。

  “WE/Altec 755A/C传奇性”的8吋纸盆全音域单元,效率很高,755A的标称规格为70Hz─13KHz,承受功率8瓦;755C则为40Hz─15KHz/15瓦。从音盆的正面可以看到一圈凸起的压纹,形状有如窄窄的悬边,这也是作为盆分裂控制用,达到机械分频的效果。

  这个单元的历史久远,WE制的几已杳无踪影,Altec制品我也只看过一只,而且还不太完整。从单元的外观及结构看来,似乎看不出有什么特出之处,甚至于框架和磁铁的构成还可能会有一些背波反射的问题。但一些国外的DIY玩家非常推崇这个单元,还将它的纯净无染与Quad静电喇叭相比,且具备更佳的动态对比。一位小提琴家兼业余音响DIY爱好者,Joseph Esmilla就曾“在Sound Practices”杂志发表过他使用Altec 755A/C的心得,用极简单的开放式障板,搭配2A3或300B单端扩大机,能展现出无可挑剔的音乐性。

Goodmans Axiom 80另一个“传奇”!

  我常到好友李建德处走动,基本上,他那里就几乎就是“铭器博物馆”,经常有些又旧又怪又可爱的老东西出没,久而久之,我也见怪不怪,习惯了。大约一年多前,我无意中瞥见一个喇叭单元高高的放在架上,只露出半截墨绿色的屁股(就是磁铁和框架啦),有种似曾相识之感,可是又不是真的见过,比较像是记忆中某张图片的印象之类的。于是我问李兄那是啥,他头也没抬,轻描淡写的随着口中的一缕香烟吐出一句:“就Goodmans啊”。GOODMANS!!!我一听,第一时间就冲上前去,不顾满地的WE后级,飞身扑上,一把抓住那截墨绿色的屁股,然后整个捧下来抱在怀里,虔诚而小心翼翼的细细端详,愈看愈觉得此物只应天上有,“看起来就觉得很动听”(注5),此时耳边似乎已响起它发出的天籁。正物我两忘,神游太虚之时,忽然间手上一轻,还没回过神来,只见李兄已将Axiom 80抢回去,同时塞了一支拖把在我仍然颤抖的手里,说:“把地上的口水拖一拖吧!”

  原本想先筹些钱想办法把这对宝贝买过来,没想到那次的初相见竟是最后一面。因为在那之后没多久,李建德兄竟因为一些“看不爽”的原因退还给原主人。乍闻噩耗,我简直不敢相信,当场搥胸顿足、狂咆乱吼,好久说不出话来。一直到今天,想起这件往事,还忍不住要掷笔三叹。唉……

  Axiom 80是英国Goodmans在五○至六○年代时期产制的一款经典全音域单元,事实上同时期Goodmans还有一些别的高效率又好声的全音域单元上市发表,但流传至后世,还是这款Axiom 80最令人称道。

  Axiom 80,最特殊的地方是框架结构和悬挂的设计,这二者可说是独一无二,磁铁小巧,但应该是Alnico。可惜我找不到当初确切的设计资料,无法确定它各项细部的设计哲学,但这个单元看起来就是有一种“很对”的感觉,一种好喇叭当如是的感觉。

  厂方标示规格的频率响应为20Hz─20KHz(!),承受功率则是6W。除了在自己的白日梦里,我还无缘一聆仙乐,所以也无法告诉你它听起来如何。但据国外颇为可靠的消息来源,原厂的规格标示似乎不假!但和Lowther一样,大前题是必须要有上好的背载号角音箱才能让它发挥得淋漓尽致,扩大机最好是2A3,300B的功率有点太大!



Lowther系列

  鼎鼎大名的Lowther,已有超过50年的历史,若是严格追溯起来,还可以说到1920年代P.G.A.H. Voigt先生开始设计的动圈喇叭单元和三○年代的双锥盆专利。提这些只是大概交代一下Lowther的源远流长,真的要细数其历史,实在也写不完。

  提到Lowther,我想你第一个就会想到那很特别的白色纸盆,和很可爱又符合结构力学的框架造型,某些高级型号还有香菇头形的中心相位锥。

  就外观来说,最明显的是刚刚提到的双锥盆构造,也就是藉由这个构造,使机械分频充分发挥其功能:中低频时,整个纸盆(或说二个纸盆)一起动,渐往高频时,外音盆开始发生盆分裂,而内音盆继续挺进,此时中心相位锥能让内音盆内侧的高频音波不至互相抵消,使高频能量得以有效的幅射出来,同时也可改善扩散性。香菇头形的相位锥更进一步与内音盆内侧形成狭缝负载,使高频段效率更高,以利与前方负载式号角搭配使用。最近又推出一种全新的相位锥,其造型与子弹型或香菇头都大异其趣,我看起来觉得像不明飞行物,据称能大幅改善原有的高频响应,而且能装在所有的Lowther单元上。

  在纸盆的材质和制作上,Lowther一直到人工成本大涨的今天,还是坚持采用平版纸裁切黏合的手工方式来制作音盆。理由是Lowther相信使用平版纸才能得到最佳的厚度均匀性,这是直接由纸浆一体成形的纸盆无法达到的。而厚度不均匀会造成局部的共振而引发音染,过厚的部分也增加无谓的重量。另外,Lowther的纸盆还压出了特定形状的凸纹,这不外是为了增加强度和作为盆分裂的控制之用。整体看来,这组纸盆的手工制作实在是有很高的工艺水准。

  在磁路结构上,大至可分三种材质:一般的铁氧陶瓷磁铁、Alnico,和新的Neodymium。虽然每一款的Lowther喇叭比起其它大多数的喇叭都是强磁力高效率,但其中当然还是有高下之分。其中,采用陶瓷磁铁者价钱最“廉宜”,所以其规格也较不耀眼;虽然如此,并不表示它的声音不好,反而是最容易入耳,不须费心校调。而Alnico系列是最贵的,也是磁力最强的,其中PM-4A的磁束密度高达2.4Tesla,是目前人类所制造的单元中最高的,其高频可达22kHz。新的Neodymium系列是试图保持Alnico的高磁力特性同时减小体绩和降低成本,但二者最高级的型号也差不了多少钱。而这新的系列在规格和音响性上表现非常好,非常的现代感,至于音色韵味和Alnico的比较,就见仁见智了。

  另外很重要的一点是,Lowther需要背载号角的音箱才能发挥得最好,因为音盆的最大冲程只有1mm,所以有号角的帮助才得以发出足够的低频。但最近,Lowther American Club竟发表了几款低音反射式音箱,声称低频可平直延伸至40Hz,且中低频段的解析力更佳。这个争论也许有待我们去研究。

  在听感上,几乎所有的Lowther喇叭都有共同的特色,就是绝佳的临场感、惊人的细节和即动即停的动态。在测量上,多数都有中高音段些微凸出的倾向,而高频的离轴响应很差,聆听区很小。这样深具个性的东西常引起两极化的反应:喜爱的人终身拥戴,拒绝其它任何喇叭;不喜爱的人则认为它连Hi-Fi的边都构不着,不知道有什么好迷的。

  在欧洲,有许多国家都有Lowther Club,会员们当然都是Lowther的忠实拥护者。后来,这股风潮也漫延到美国。当然,认真到近乎神经质的日本人当然早就发现了这种很合他们味口的东西。现在,你也知道了Lowther这个很特别,而且还蛮容易买到的好东西,要不要加入俱乐部,就看你自己了。

结语

  全音域喇叭在适当的使用下能给你绝佳的音乐性满足感,有全频段相位一致的优势,也没有讨厌的分音器来啃蚀宝贵的音乐讯号,精妙的微动态和音乐表情,更精湛的音场表现和结像力,这些都是多音路喇叭所不能给你的。但是也请务必了解,天下没有完美的事物,若你习惯听120分贝播放的重金属摇滚,或经常率领你的喇叭们在AV的枪林弹雨中冲锋陷阵,甚至三步五时呼朋引伴引吭高歌。那么,我要劝你不要把全音域喇叭用在这些地方,因为这样你和喇叭都会很痛苦。

  小心珍惜的使用这些宝贝,用谦逊的音量播放简单的音乐,你才会得到心灵上最大的震撼。此时,音乐的本身就彻底将你感动,音量大小已不重要。

注1:当然,实际应用时会因为装箱调谐方式而有很大的变化,所以在这里便略过这项变量很多的因素而只看单元本身的表现。
注2:译自Acoustic Impedance,其定义为空气粒子的压力与速度的比值。
注3:在其它的地方,如LP唱盘或CD唱盘的机械悬挂,通常一样需要很低的系统调谐(低于1Hz),设计时要考虑的因素其实和汽车悬吊系统也有共通之处。
注4:就算是用上了“机械性”分频的妙招,最终高频段工作时的等效质量还是比起一般的1吋直径高音单元要重得多了。
注5:“看起来很好听”正是李建德兄的名言之一,因这个单元的因缘,特此引用。

文章录入:imefan    责任编辑:ImEfan 
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