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掌握喇叭基本細節與能力 – 了解各種參數意義part1

來源:成都迅控        編輯:小月亮    2019-09-23 20:19:14     加入收藏    咨詢

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喇叭是一套音響最重要的部分,幾乎占有七成重要性。挑選最適合的喇叭,決定了聆聽時的質量。好的喇叭帶你上天堂,不好的喇叭破壞了影視欣賞樂趣。但市面上喇叭品牌、型號族繁眾多,有時難免無從入手。

  喇叭是一套音響最重要的部分,幾乎占有七成重要性。挑選最適合的喇叭,決定了聆聽時的質量。好的喇叭帶你上天堂,不好的喇叭破壞了影視欣賞樂趣。但市面上喇叭品牌、型號族繁眾多,有時難免無從入手。除了親身試聽,去現場實地了解喇叭的聲音個性、取向外,在出發前,從網絡上先找到目標待選列表,不失為一個方法。尤其音響一大堆專有名詞,對于新手而言簡直是天書。

  如何了解喇叭的性能、適用與否,最簡單的方式就是看懂喇叭背面標注的參數意義。我們可以從喇叭的基本規格稍微了解到喇叭的基本特性。本文將從「頻率」、「響應」、「靈敏度」等喇叭的基本參數介紹,從外觀大概了解一個喇叭的基本細節,在選購前可以對數據「心中有個譜」,知道喇叭的基本特性,也不致于無從下手,也無法理解店員的介紹。

  什么是分音?為什么要分音

  簡單了解喇叭分音

  所謂分音顧名思義就是把人類可聽到的頻率,從20~20KHz的聲音分成幾個頻段,分別送往對應的高、中、低音不同的單體。其原理就是利用電容電阻及電感,將擴大機發出的信號,在某一頻率以上過濾掉(Low Pass Filter,俗稱低通),或以下過濾掉(High PassFilter,俗稱高通),或上下過濾掉(BAND PASS俗稱帶通),透過高低通的電子電路,將全音域頻率分割為低頻、中頻及高頻的音域。而實現這種高低通的電子電路,我們稱之為分音器。

  ARENDAL的ˊ分音網絡設計在材料上幾乎都采用訂制零件

  由于高、低音單體間,必須有兩者皆可工作的頻率,但又不希望實際發聲時,同一個頻率兩者都一齊「全力」發音,所以就有了分音器的存在。如果拆開喇叭箱,您會看到一些電線及一些被動式零件,例如電容、電阻及電感,而這些零件就是組成這個揚聲器的分頻網絡,俗稱分頻器的主要組件。有些制造商是將這些零件焊在電路板上,有些是直接焊在喇叭單體上,兩種方式各有優缺點。

  分音就是為了讓每個單體分工合作

  越高階喇叭對于分音越細分,以求在最佳特性范圍內工作,發揮分工組合效果,達到 HI-FI高傳真的目標,因此了解喇叭的第一個重要部件就是分音器。分音(分頻)器,可以說是喇叭系統的靈魂。分音器依據分音器在訊號路徑上所在的位置,可分為被動分音器與主動分音器,其中所謂主動式分音又叫電子分音。被動分音器位于功率放大器與揚聲器之間,主動分音器則位于功率放大器之前。主動分音器又可根據訊號處理的模式分為模擬與數字兩種,數字主動分音器通常能提供除分音以外的功能如:限制、延遲、等化等功能。也有人稱不需外加電源的分音器為被動分音器,這里說明的就是被動式分音器。被動分音器有顯著的缺點:體積龐大、消耗大量的功率,但成本相對低廉,不過高效能的被動分音器造價很可能比主動分音器來得昂貴,因為能承受高電壓、電流的被動組件非常昂貴。

  主動分音器再訊號路徑上的位置在于功率放大器之前,處理的訊號等級也是被放大之前的小訊號;相反地,被動分音器則是處理功率放大器與揚聲器之間的大訊號。但也由于這樣的特性,主動分音器有增加額外噪聲的可能性。

  一個理想的全音域喇叭系統,是不需要分音器的,但由于音頻信號的頻譜范圍很寬,所以要使用同一個喇叭單體,來詮釋20 ~ 20KHz的整段頻率響應信號是不可能的,因為一般 12英寸以上大口徑喇叭單體,低音特性很好,失真不大,但超過 1.5KHz 的信號,它的表現就很差了;1 ~ 2英寸的高音喇叭單體,播放 3KHz 以上的信號性能很好,但無法播放中音和低音信號。不過雖然分音的目的達到了,但分頻器內部的被動原件,卻也消耗掉擴大機的輸出功率。現實上反而通常是分音越細,定位越高階。

  分音器到底提供什么樣的功能?

  在專業技術上,我們可以稱分音器的功能主要有「提供斜率與分頻點」,及「控制阻尼系數」二項功能。

  提供斜率與分頻點

  斜率指的是頻率每升高八度音程所衰減的幅度。以一個分音高、低音頻的兩音路喇叭來看,分音器就是設計讓喇叭的高、低音單體以我們希望的斜率衰減,這時候便交會出一個分頻點(Fx),讓單體各自在表現最佳的區域內工作,發出理想的聲音。

  控制阻尼系數即Q值

  分音器讓不同頻段重迭部分的頻率響應更為平坦,此外更重要的是,分音器具有相位等化(修正相位)的功能,能讓整個系統阻抗更容易受控制,相位表現優化。依據經驗,Q值低較佳,在0.5時最為恰當,不僅重迭部分的波動幅度最小,分頻點的相位也會趨近于0度。但Q值過低,頻率會衰減得過早,而減低高階分音的效果。

  分頻器的設計與類型

  一般來說,分頻器包括三個基本參數:

  分頻點(Crossover Frequency):分音器的分頻點。

  路(Way):就是所謂分頻器的”路”,也就是分頻器可以將輸入的原始信號分成幾個不同頻段的信號,我們通常說的二分頻、二路(Two-Way)、三分頻、三路,就是分頻器的路。

  階(Order):也稱類。

  分音器本質上就是幾個高通和低通濾波電路的復合體,而這些濾波電路的數量,就是所謂的路。若以濾波器的頻段數量來分類分音器,通常會以「N音路」的方式來表明,例如:二音路揚聲器的分音器,由低通濾波器高通濾波器組成;三音路則是低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器。四音路的揚聲器并不常見,因為分音器的設計復雜度過高,且整體的聲學表現不見得較二、三音路者為佳。

  但是在每一個濾波電路中,還有更精細的設計;換句話說,在每一個濾波電路中,都可以分別經過多次濾波,這個濾波的次數,就是分頻器的階。通常我們用多少「階」分音來設計,一階分音表示每八度音程衰減6dB(-6dB/octave),二階是每八度音衰減12dB(-12dB/ octave),依此類推,四階分音則是每八度音衰減24dB(-24dB/ octave)。即階數愈高,衰減愈快。

  一個完整的分音器敘述應該是「雙路分音器,高低頻皆采用二階濾波Second Order(12dB/ octave)Two-way Crossover」。

  喇叭規格會標明分音設計,例如二路分音、三路分音等。另外由喇叭外形也可以大致分辨出來。簡單來說,兩個單體就二路分音、三個單體就三路分音。不過有時就并不是這么簡單,例如很多中置喇叭都有三個單體,不過就只是二路分音:中間是高音、兩邊兩只是中低音單體;又或者一些高階落地式喇叭,會有兩組中音或兩組低音單體,甚至會有更多「重復」的單體來提升音質、增加輸出。越高階的喇叭通常分音就愈細致,而且單體通常也愈大。

  一階分音器

  一階分音器具有20 dB/decade( 6 dB/octave) 的分頻斜率,在輸出端有 90°的相位誤差,而高通方面它與輸入信號有正 45°的誤差,而在低通方面有負45°的誤差,在分頻點的頻率附近或有這樣的誤差。

  一階分音器被許多音響發燒友視為理想的分音器,因為這類分音器在瞬時響應良好,亦即在濾波器的導通帶當中,頻率響應與相位響應非常平坦;此外,它使用最少的電子組件完成分頻的工作,產生的損失相對較低。不過,也因為一階分音器的分頻斜率低,在導通帶以外也保留了更多我們不想要的訊號。如此一來,低音單元容易接收到在分頻點以上的高頻成分、產生較大的失真;高音單元容易接收到在分頻點以下的低頻成分,除失真外更可能因此損壞。

  實際應用上,采用一階分音器的揚聲器系統不容易設計,因為必須配合頻率響應非常寬闊的揚聲器單元, 且較低的分頻斜濾使得單元之間的干涉更加明顯,也就是揚聲器的離軸頻率響應將有劇烈變動。

  二階分音器

  第二階分音器的零件剛好是第一階的兩倍。二階分音器具有40 dB/decade(12 dB/octave) 的分頻斜率,兩倍的零件造成更多的 90°旋轉,因為它是一個更陡峭的衰減。這個意思就是說,在分頻點上有 180°的誤差,它是以 12dB 做為分頻斜率。12dB 的分音器一般都應用于汽車音響,一般的喇叭也適用此種分音方式。

  這類分音器在被動分音器中最為常見,因為它在設計復雜度、頻率響應與高音單元保護性當中取得了合理的平衡。當揚聲器的所有單體在擺放時對齊,二階分音器與所有的偶數階分音器都能夠提供對稱的極性響應。

  第三階和第四階分音器

  第三階分音器零件更多,當然它的相位誤差也更大。它是以 18dB 做衰減,具有60 dB/decade(18 dB/octave) 的分頻斜率。高通與低通有 270°的相位誤差。而第四階分音器則是以 24dB 斜率做衰減,具有80 dB/decade(24 dB/octave) 分頻斜率,高通與低通有 360°的相位誤差。這類分音器則可確保低頻部分遠離高靈敏度的高音喇叭,使音場更深,尤其24dB低音,您可以感覺更深的低音。分音器的設計需要儀器測試,不是自己可以任意改變的。

  三音路分音器

  采用高階分頻的好處在于其濾波衰減斜率更大,分頻效果更好,而且也有利于設計分頻補償電路(因為并不是”分”得越徹底越干凈的分頻器就是好分頻器,理論上說,分頻后的兩個信號曲線在迭加之后,與原曲線完全一致,這才是真正的好分頻器)。

  分音器的基本判斷

  分音器能完全決定喇叭聲音的走向,因此分音器的設計相當重要。如何設計一個良好的分音器?首先要根據單體的特性曲線,選擇最佳的頻率段,進而決定喇叭的分頻點,此外,還要依據高低音單體的效率與阻抗,來設計出最適合此音箱與單體的分音器。

  在家用的領域上,分音器的設計是盡可能使喇叭擁有最平坦的頻率曲線。但在專業的領域上則不然,例如在舞廳的喇叭,為了使喇叭能擁有強勁的力道,因此分音器在中低頻段上會特別的加強。另外,分音器的設計也會影響喇叭的效率,當使用的零件越多,相對也會減少喇叭整體的效率。

  綜上來說,購買時應該先了解揚聲器采用了哪種方式的分音,是二階、三階或其他設計,有時候廠商會特別在營銷上說明采用了良好材料的分音網絡,這些將有助于喇叭的表現。

  了解單體規格的組合與配置

  另一個從喇叭的規格列表當中可以了解到的重要項目,就是用到的單體組合(DriveUnits)。書架式喇叭較常采用二路分音設計,配備高、低音單體;落地式喇叭就多數采用三路分音,有高、中、低音三個或以上的單體。而衛星喇叭或者入門多媒體喇叭,就多都只是一個單體。

  值得留意的是單體的大小,通常愈高階的喇叭會擁有愈多、愈大的單體。例如兩個或以上的中、低音單體,讓中頻或者低頻的輸出與控制力更好。而直徑愈大的單體,理論上低音的下潛越好,振幅可以愈強,可以輸出的聲壓也愈大。不過這些當然都要與振膜、驅動電路、分音等組件配合良好。因此單體大小有參考價值,不過并不是絕對的指標。以高音單體為例,半英寸、1英寸、1½英寸都是常見尺寸,4至 6 英寸就常見于中音單體,低音則是 5 至 10 英寸較常見。

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