音響系統與喇叭的搭配之四
2013.02.01

     環繞 音響 系統和兩聲道音響系統,最大的差別就在於喇叭數量的多寡。從音響發展的歷史來看,從單聲道、立體聲(二聲道)到多聲道(環繞音響),對「音場」的描述是愈 來愈具體。單聲道系統,聲音就是在前方中央,沒有左右之分;而演進到立體聲之後,音場就有左右之分,您可以聽得到吹薩克司風的樂手站在中央、Double Bass在右邊、爵士鼓在左邊,確實比起單聲道系統已經改進了不少,但在正常的情況下,立體聲系統所呈現出的音場僅止於「聆聽者座位的前方」,而環繞音響 系統還加入了環繞喇叭,使整個音場再向後延伸,包覆聆聽者的座位,您不只可以聽到前方樂手的演奏,您還可以聽到聽眾在您的後方、側方的喝采歡呼聲,讓您完 全進入演奏的現場,這就是環繞音響系統的魅力。
環繞音響系統要包含哪些喇叭才算完整?一套完整的環繞音響喇叭系統通常包括兩支主聲道喇叭、一支中央聲道喇叭、兩支環繞喇叭和一支超低音喇叭,我們就先從各聲道喇叭負責的區域開始說起。

環繞系統的喇叭如何分工
               就兩聲道音響來說,左、右聲道喇叭負責全部的聲音,然而對環繞系統而言,左右聲道所表現的只是「音場的一部分」而已。我先舉左聲道喇叭為例,不論是 Dolby Pro-Logic、Dolby Digital(AC-3)、dts或是THX系統,左聲道喇叭所負責的區域是從音場的左側到前方中央偏左的部分,而右聲道喇叭所負責的區域是從音場的右 側到前方中央偏右的部分,我這麼說,您搞糊塗了嗎?沒關係,我再講明白一點:在兩聲道系統中,兩支喇叭之間的音場靠的是它們之間的「結像」,因此不論是音 場中央、中央偏左或是中央偏右的音像,都必須由兩支喇叭共同負責;相對於環繞系統,左聲道喇叭不負責前方音場中央偏右的部份,右聲道喇叭也不負責前方音場 中央偏左的部份,這全都是因為環繞系統中有中央聲道喇叭的緣故。
       

        中央聲道喇叭負責的區域又是哪裡呢?讓我這麼說好了,只要是左右聲道喇叭之間的聲音都有它的份,假使您已經在用投影機,打到80吋以上的銀幕,左右聲道喇 叭的位置分踞銀幕的左右兩側,這個時候,只要是出現在銀幕上的東西所發出的聲音,中央聲道喇叭都要負責其中的一部份,不是只有對白而已。我再強調一次:凡 是出現在銀幕上的東西中央聲道喇叭都要參一腳,不是只有對白,就是爆炸、撞車也有它的份。中央聲道喇叭有多重要?只要您是用Dolby Pro-Logic、Dolby Digital、dts或是THX等等電影環繞模式,中央聲道所負責的部份就佔了所有電影音效的百分之六十以上,是整個環繞系統所有的喇叭之中工作最吃 重、也是最重要的一支喇叭。不過,在某些非電影用途所使用的音樂環繞模式中(音樂DSP),中央聲道的工作就不是那麼吃重了。比如像Yamaha的音樂 DSP模式在運作時,就乾脆把中央聲道「廢去武功」,由左右聲道喇叭來負責前方所有的聲音成分,當然,在這個時候左右聲道喇叭才是整個環繞系統中的要角。

「上方音場」怎麼來的?
               環繞音響系統之所以能夠營造出完全覆蓋聆聽座位的音場,最主要的原因就是因為有環繞喇叭這項配備。您或許會覺得有些奇怪,不過就是座位後面多了一對喇叭 嗎?應該也就是前面和後面有聲音罷了,你說「覆蓋」是什麼意思?通常環繞喇叭我們建議高度高於頭部至少2英呎,而環繞系統中我們所謂的「上方音場」實際上 是兩支環繞喇叭和前方三聲道喇叭同時發聲,結像在聆聽座位頭頂上的結果;而左側方的音場則是由左聲道喇叭與左環繞喇叭同時發聲而結像;右側方的音場則是由 右聲道喇叭與右環繞喇叭同時發聲而結像,後方的音場則是由左環繞喇叭與右環繞喇叭發聲結像而成。
       

        在兩聲道系統上,或許您用了很好的器材、很好的喇叭,加上您替喇叭擺位的功力與經驗,或許您可以聽到的不只是音像左右的差異,就連音像的深淺、高度都能夠 表現X來,但是,這也儘止於「聆聽座位前方的音場」,音場最多只能到您的側方,永遠不會完全覆蓋聆聽座位,更別說是座位的後方有音場了。環繞音響系統正是 因為有環繞喇叭這項配備,才可以完整地創造出一個三度空間的音場,只要您具備調整環繞音響系統的知識,您可以不必用到高價的器材、高價的喇叭,一樣可以營 造出完整的三度空間音場,這是兩聲道系統很難辦得到的。
       

        所有的喇叭都有一個共同點,那就是低音單體比高音單體大,想要得到足夠的低音,就必須能推得動更多的空氣才行,相對地,低音單體所消耗的電能也遠較中高音 單體來得高,想必擴大機推動起來會較為吃力。家用環繞系統裡,為了不使中央聲道喇叭擋到銀幕,通常中央聲道喇叭的體積都不大,因此中央聲道喇叭不能夠裝上 更大的低音單體、箱內的容積也受到限制,而不能夠有良好的超低頻延伸,這個時候就需要由主聲道喇叭來負擔原先中央聲道的極低頻,如果主聲道喇叭的體積也不 大,整套環繞系統的極低頻就不理想。然而只要主聲道喇叭低頻延伸夠好就行了嗎?這個問題並沒有想像中的單純,其中關連到推動主聲道的功率擴大機是不是能夠 把主聲道駕馭得很好,是否能夠負荷的了主聲道喇叭低音單體所需要的大量電能,而大多數的AV玩家所使用的AV中心功率與電流輸出能力都有限,能否把極低頻 推得好值得懷疑。

為什麼要有超低音?
               其次,低頻的波長遠較中高頻的波長長了非常多倍,相對地低音單體相對於空間的影響也更為敏感,因此您為了顧及音場寬度與音像的定位,將主聲道喇叭擺好時, 事實上可能只是對中高音有利而已,對低頻的響應可能是很糟糕的狀況;相反地,如果您只是顧及低頻的響應來調整喇叭的擺位,其結果可能是音像的定位變得一蹋 糊塗。在這樣的使用條件之下,您就必須在音場表現與低頻表現之間取得一個「妥協」的平衡點。或許您想要問:我不要妥協,兩者我都要最好!有解決的辦法嗎? 答案是肯定的。
       

        最徹底的解決方法,就是把超低音的部份與其他部份分離開來,自己獨立做成一個喇叭,這就是超低音喇叭。這個概念並不是只有用在環繞音響系統而已,實際上像 兩聲道音響系統中也有這樣的產品,例如著名的Genersis 1就把超低音的部份獨立出來做成超低音柱,用特製的伺服擴大機來推動,不但可以將音場調好,還可以個別調整超低音喇叭的位置,以求得超低音與空間的最佳響 應。獨立的超低音喇叭除了克服了一部份擺位上的難題之外,更重大的意義是「讓低音更有效率」,這怎麼說呢?您還記得在環繞處理機或AV中心上面的超低音信 號輸出端子(Subwoofer Out)吧?在超低音信號輸出之前,除了要將各聲道的信號匯集起來之外,它還要通過一個重要的電路,那就是「低通濾波器(LPF,Low Pass Filter)」,把極低頻以上頻段給過濾掉,只保留超低音信號輸出,這相當於是替超低音喇叭作「主動式電子分音」的動作,這麼一來,推動超低音的放大電 路等於「直接」驅動超低音單體,中間沒有經過被動式的分音網路而使放大電路的功率消耗在被動式分音器上。
       

        從另一方面來看,在環繞音響系統之中,如果您配備了超低音喇叭,主聲道、中央聲道及環繞喇叭的體積都不需要做得太大,低頻響應只要能延伸到60Hz左右就 已經夠用了,對空間大小受限的居家空間來說,能夠縮小這「一堆」喇叭的體積,在裝設、擺位上能夠更具有彈性;況且,主聲道、中央聲道及環繞喇叭的極低頻信 號已經在環繞音效處理器中已經先被過濾掉了,推動這些喇叭的功率放大電路無須再去負擔超低音的功率需求,只需要把低頻上段和中高頻推好就行了,工作自然輕 鬆了許多。因此我們常說超低音喇叭是環繞音響系統中不可缺少的配備,特別是使用AV中心的玩家更是如此。

AV喇叭和Hi-Fi喇叭的差異,主聲道喇叭、中央聲道喇叭、環繞喇叭與超低音喇叭的結構有何不同?
               從前面的敘述,您應該能夠了解各聲道喇叭在環繞音響系統中所扮演的角色,各聲道喇叭都有其功能上的必然性,它們的裝設位置與負責的範圍皆不相同,在喇叭結 構的設計上也必須依照各自不同的需要,做出不同的設計來符合要求。整體上來看,一個理想的家庭電影院所使用的喇叭就像是「電影院專業系統的縮小版」,因此 這些喇叭的設計概念,只要是以電影播放為第一考量因素的話,它們的設計概念事實上是與電影院的專業系統相同的。
       

        前方三聲道喇叭(包括主聲道與中央聲道喇叭)的設計重點主要是在於喇叭聲音擴散角度的控制,主要的目的是希望能夠減少前方三聲道喇叭對地板與天花板的一次 反射音,讓聆聽者可以聽到最多的直接音,在一次反射音的成分降低之後,聆聽者就可以清晰地聽到前方音像精準的定位。在另一方面,環繞音響系統本來就是適合 「眾人共賞」的娛樂,因此它還必須能夠涵蓋更大的聆聽範圍,讓座位偏右的觀眾可以聽得清楚左聲道喇叭的聲音,座位偏左的觀眾也可以聽得清楚右聲道喇叭的聲 音,而為了配合前述的兩項要求,只要是針對電影用途所設計的前方各聲道喇叭,都會嚴格地限制高音的垂直擴散角,並且盡力地使水平擴散角度更為寬廣,像 THX認證的家庭劇院喇叭,我們就經常看到它前方三聲道喇叭在高音的部份使用號角,以控制擴散角度,或是以三支高音單體緊靠垂直排列的方式,藉由高音單體 間的相互干涉來限制垂直擴散角。正是因為THX的前方三聲道喇叭是限制垂直擴散角並使水平擴散角更寬的「單向擴散」特性,所以您不應該把喇叭橫過來擺,筆 者知道有許多THX喇叭用戶為了不使中央聲道擋到銀幕,把喇叭橫過來擺,這是絕對錯誤的作法,除非您的以把三隻高音單體轉向90度,否則您得到的將會是非 常糟糕的效果。
       

        除了THX喇叭之外,其他的喇叭又是怎麼設計的呢?有些對AV喇叭內行的廠商它們知道該怎麼做,其中的重點就在於如何使前方三聲道有精準的定位,要達到這 樣的目的,使用的手法不只一種,其中的一種方法是在設計上盡量減少音箱正面障板的面積以減少高音繞射所造成的影響,同時各單體的距離較為靠近也更接近點音 源發音的情況。另外還有的設計是採用同軸單體或是仿同軸點音源的設計,採用同軸單體的例子像大家耳熟能詳的Tannoy、KEF就是。而仿同軸點音源的例 子各位也不會陌生,您可以看看自己家裡的中央聲道喇叭是不是中間一顆高音單體,對稱的兩側各有一顆中低音單體呢?沒錯,這就是仿同軸點音源的設計。仿同軸 點音源的設計並不是只有使用在AV喇叭上,在錄音室監聽喇叭和Hi-end喇叭之中也有相同的設計,像是Westlake、Dynaudio Accoustics、Donlavy、Dontech……等等也有非常多的例子,它們共通的特性就是音像的定位極為精確。


(摘自: 燈光燈光音響 交流網)

 

 


參考文獻:
1壯振邦 2003 從年輕消費者觀點探討電子產品之介面設計
2王柏村、李雨軒、張志偉 2002 銅鑼振動與聲音特性之探討
3林振陽 1997 從消費者生活型態探討組合音響設計

資料來源:CRC Marlon LED / RFID 科技部落格


 

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