音箱選購的基礎知識
2012.02.23

音箱組成介紹
市面上的音箱形形色色,但無論哪一種,都是由喇叭單元(術語叫揚聲器單元)和箱體這兩大最基本的部分組成,另外,絕大多數音箱至少使用了兩隻或兩隻以上的喇叭單元實行所謂的多路分音重放,所以分頻器也電告不可少的一個組成部分。
當然,音箱內還可能有吸音棉、倒相管、折疊的“迷宮管道”、加強盤/加強隔板等別的部件,但這些部件並非任何一隻音箱都必不可少,音箱最基本的組成元素只有三部分:喇叭單元、箱體和分頻器。

音箱用兩隻喇叭、三隻、四隻、五隻的原因
喇叭單元起電-聲能量變換的作用,將功放送來的電信號轉換為聲音輸出,是音箱最關鍵的部分,音箱的性能指標和音質表現,極大程度上取決於喇叭單元的性能,因此,製造好音箱的先決條件是選用性能優異的喇叭單元。
對喇叭單元的性能要求概括起來主要有承載功率大,失真低、頻響寬、瞬態回應好、靈敏度高幾個方面,但要在20Hz-20KHZ這麼寬的全頻帶範圍內同時很 好兼顧失真、瞬態、功率等性能卻非常困難,正如道路員警,如果管得太寬肯定會顧此失彼,而各管一段就容易得多,喇叭單元也是這個道理,最有效地解決方案就 是分頻段重放。
為此喇叭廠生產了不同類型的單元,有的只負責播放低音,稱為低音單元,播放中音的叫中音單元,高音單元只負責播放高音,這樣例可採取針對性的設計,將每種單元的性能都做得比較好。
所以,儘管可以採用一隻全頻帶喇叭來設計音箱,不過出於上述考慮,用多個單元的組合來覆蓋整個音頻頻段的設計方式還是占了絕大多數。具體用幾隻單元,取決 於音頻範圍的頻率劃分方式,如果是簡單地分面高音和低音(或中低)兩隻喇叭就夠了;如果是分高、中、低三段的三分頻音箱,那麼最少也得用三隻單元,現在兩 隻低頻單元並聯工作的設計方式也很流行,這樣總的單元數便可能達到四隻;
有些大型音箱的頻段劃分得更細,如果再採用單元並聯工作的設計,總的喇叭單元數就會更多。在音箱的資料或說明書上通常有“X路X單元”這樣的方案,就是對 音箱的分頻路數和所用單元總數的具體說明,例如“三路四單元”,表示這是三分頻設計的音箱,總共用了四隻喇叭單元,其餘依此類推。
這篇是葉新海先生的著名入門作品。頂級的音箱中,倒是有只使用一個全頻帶單元的,其實,如果全頻單元當真能夠做好的話,它的很多優點不是多單元音箱能比 的。不過全頻帶音箱確實是幾百元的比比皆是、數萬甚至數十萬的也不算很罕見,但恰恰幾千元上頭很難做出來更難做好。所以我們也就很少見啦。

分頻器的介紹
由於現在的音箱幾乎都採用多單元分頻段重放的設計方式,所以必須有一種裝置,能夠將功放送來的全頻帶音樂信號按需要劃分為高音、低音輸出或者高音、中音、低音輸出,才能跟相應的喇叭單元連接,分頻器就是這樣的裝置。
如果把全頻帶信號不加分配地直接送入高、中、低音單元中去,在單元頻響範圍之外的那部分“多餘信號”會對正常頻帶內的信號還原產生不利影響,甚至可能使高音、中音單元損壞。
從電路結構來看,分頻器本質上是由電容器和電感線圈構成的LC濾波網路,高音通道是高通濾波器,它只讓高頻信號通過而阻此低頻信號;低音通道正好想反,它 只讓低音通過而阻此高頻信號;中音通道則是一個帶通濾波器,除了一低一高兩個分頻點之間的頻率可以通過,高頻成份和低頻成份都將被阻止。
在實際的分頻器中,有時為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異,還要加入衰減電阻;另外,有些分頻器中還加入了由電阻、電容構成的阻抗補償網路,其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些,以便於功放驅動。

喇叭單元的種類
喇叭單元的種類很多,分類方法也各不相同。如果按電-聲轉換的原理來分,有錐盆單元、平板單元、球頂單元、帶式單元等類型,其中錐盆單元和平板單元比較適 合做高音,也有部分中音單元採用球頂式設計;從所覆蓋的頻帶來看,也有部分中音單元採用球頂式設計;從所覆蓋的頻帶來看,喇叭單元又可分為低音單元、中音 單元、高音單元和全頻帶單元。
目前最常見的低音單元和中音單元從轉換的原理上講都屬於電動式揚聲器,它們多採用錐盆狀的振膜,因為這形狀的振膜設計成熟、性能良好。振膜材料則多種多持,有傳統的紙質振膜,也有高分子合成材料(如聚兩烯)製作的振膜,還有鋁、鎂等金屬材料製作的振膜。
對振膜的要求是剛性好(不易產生分割振動)、重量輕(瞬態回應好)、具有適當的內阻尼特性(抑制諧振),但這些要求並不容易同時滿足,但剛性不夠強;金屬振膜的剛性很好,但阻尼又欠佳;聚兩烯振膜比較好地廉顧了各個方面,近年來獲得較多的應用。
此外,還有些廠家採用很複雜的工藝製造振膜,“三明治”複合結構就是其中之一,它的上下兩個表面之間夾著蜂巢結構的中間層,整體上具有很高的剛性,同時又有重量輕、阻尼好的特點,很有發燒前途。
高音單元最常用的是球頂式高音,從工作原理上講也屬於電動式單元。球頂高音的振膜可以用金屬材料製造(如鋁、鈦、鈹等),稱為硬球頂,也可以用軟質的織物製造(如蠶絲、化纖),稱為軟球頂,通常,硬球頂的高頻響應比較好,而軟球頂的聲音比較柔和。
近年來,帶式高音和靜電高音也得到一定的應用,它們共同的優點是振膜特別輕盈,因而高頻響應出色,聲音纖細透明,不過,這兩種高音的生產如球頂高音那麼容易,應用不太普及。
還有一種號角高音,由球頂式的驅動部分加一個喇叭狀的號角構成,它的特點是聲音指向性強,而且效率高,因而在專業擴音領域的音箱中應用很普遍。還有一種同軸單元,實際上是低音和高音單元的組合,具體特點詳見相關問答。

喇叭裝在箱子裏的原因
準確地說是低音單元必須要裝箱,高音則可裝可不裝。有兩個原因使得低音單元必須裝在箱子裏:一是為了消除“聲短路”現象;二是為了抑制喇叭單元的低頻諧振峰。
先說第一個原因。低音單元的振膜在前後運動時,除了有向前方輻射的聲波,兩個方向的聲輻射相位正好相反,即相差180度。由於低頻聲波的波長很長,其繞射 能力是很強的,也就是說低頻聲波的方向性很弱,如果喇叭單元不裝箱的話,後向輻射的聲波就會繞到前面來與前方的輻射異相相消,總體上的前向聲波輻射能量就 被大大削弱,這種現象稱為“聲短路”。
“聲短路”現象必須設法消除,否則低頻根本無法有效地輻射。如果把喇叭單元裝在箱子裏,振膜後方的輻射被箱子阻隔,也就不會形成“聲短路”了。
第二個原因,每一隻電動式低頻單元都有一個低頻諧振點,在此諧振點上的輸出達到一個峰值,但失真也很高,瞬態回應非常差,如果對此諧振峰不加以抑制,勢必嚴重影響重放的音質。
如果將單元裝箱,箱內空氣的勁度就會對振膜的運動產生抑制作用,這樣就達到了壓低諧振峰、改善性能的目的。另外,通過含理選擇箱體的結構和參數,可以達到拓寬低頻回應的目的,設計良好的倒相箱、無源輻射器音箱、傳輸線音箱都能獲得這樣的效果。
高音單元為什麼可以不裝箱呢?因為高音的波長短,繞射能力弱,不存在“聲短路”現象,也不象低音單元那樣需要抑制低頻諧振峰,所以,對於高音單元,音箱的作用只是一個支撐。

箱體的材料  
箱體一般用木質材料製作,因為木材容易加工,表面處理之後能得到和傢俱一樣的質感容易跟居室環境協調一致。目前最常用的材料是人造中密度纖維(MDF)板,這種材料強度高,而且不易變形,不開裂,表面還非常平整,無須打磨就可以直接粘貼木皮或PVC裝飾。
有些音箱也採用狼子野心花板製作箱體,刨心花板也有不易變形形裂、表面平整的特點,強度也可以,不過一但受潮後就容易損壞,所以通常只用於廉價的低檔音 箱。還有用天然實木板製作箱體的,不過天然實木成本比較高,而且處理不當容易開裂變形,所以近年來的應用越來越少,一般只用於高檔音箱,主要是取實木的質 感比較高級(特別是名貴木材)這一優點。
當然,箱體不一定非得用木材來做,用塑膠、用金屬甚至用石板都可以,但這些材料製作的音箱並不普遍。

實木音箱的聲音跟人造板音箱的比較
不能這麼說。理論上講,箱體只要足夠堅固不發生振動,用什麼材料都沒有區別。音箱的聲音主要是由喇叭單元、箱體結構設計、分頻器這三大要素決定,而跟箱體材料用實木還是人造板,甚至用塑膠、用金屬都沒有關係。

音箱的分類
音箱的分類有不同的角度與標準,按音箱的聲學結構來分,有密閉箱、倒相箱(又叫低頻反射箱)、無源輻射器音箱、傳輸線音箱之分,它們各自的特點詳見相關問答。
倒相箱是目前市場的主流;從音箱的大小和放置方式來看,有落地箱和書架箱之分,前者體積比較大,一般直接放大地上,有時也在音箱下安裝避震用的腳釘。落地 箱由於箱體容積大,而且便於使用更大、更多的低音單元,其低頻通常比較好,而且輸出聲壓級較高、功率承載能力強,因而適合聽音面積較大或者要求較全面的場 合使用。
書架箱體積較小,通常放在腳架上,特點是擺放靈活,不占空間,不過受箱體容積以及低音單元口徑和數量的限制,其低頻通常不及落地箱,承載功率和輸出聲壓級也小一些,適合在較小的聽音環境中使用;
按重放的頻帶寬窄頻帶音箱之分,大多數音箱其設計目標都是要覆蓋儘量寬的頻帶,屬於寬頻帶音箱。窄頻帶音箱最常見的就是隨家庭影院而興趣的超低音音箱(低音炮),僅用於還原超低頻到低頻很窄的一個頻段;
按有無內置的功率放大器,可分為無源音箱和有源音箱,前者沒有內置功率放大器,可分為無源音箱和有源音箱,前者沒有內置功放而後者有,目前大多數家用音箱都是無源的,不過超低音音箱通常為有源式。

密閉箱的特點
密閉音箱的喇叭單元裝在一個完全密閉的箱體內,這樣,振膜向後輻射的反相聲波就被箱體完全阻隔,不會跑到箱外去和振膜前方的正相聲波相抵消,解決了“聲短路”問題,使低音能夠有效地輻射。
密閉箱的低頻衰減特性比較其他類型的音箱都平緩,形同一個二階低通濾波器的衰減曲線,這意味著它具有各類音箱中最好的瞬態回應。同時,密閉在箱內的空氣形成一個強勁的“空氣彈簧”,能有效抑制振膜在諧振頻率處的位移量,減少非線性失真。
不過,空氣的勁度也使喇叭單元的低頻諧振頻率上升,使音箱總體的低頻下限比單元在自由空間的條件下有所上升,與倒相箱、傳輸線音箱這些設計相比,密閉箱的低頻下限相對要差一些。還有,振膜後向的輻射得不到利用,致使其效率也要低一些。

氣墊式音箱和密閉式音箱的介紹
氣墊式音箱最早由美國的H.01son和他的夥伴J.preston提出後獲得專利,1950年被AR公司推廣,代表性產品是當時名揚四方的AR-3(港臺的發燒友稱之為“阿三哥”)。
氣墊音箱是密閉箱的一種,它的特點是使用高順性的喇叭單元並將箱體設計得足夠小使箱內空氣的勁度大大高於單元振動系統的勁度(一般要超過3倍以上),對單 元的振動系統而言,箱內的空氣對它的作用仿佛一個彈性強勁的氣墊一般,這種音箱因此而得名。氣墊音箱的失真低,瞬態表現相當好,曾一度深受歡迎,不過,這 種音箱由於採用高順懷的單元,靈敏度一般比較低。

倒相箱的特點
倒相箱是目前應用最為普遍的音箱,它在密閉箱的基礎上增加了一載導管(倒相管),導管一端跟箱內的空氣連通,另一端通過箱壁上的開口(倒相口)通往箱外。 當喇叭單元的振膜運動時,一方面直接對外輻射聲波,另一方面又壓縮(或擴張)箱內的空氣。使箱內的控制氣從倒相口排出來,
這樣,倒相口就成了策動空氣的“第二振膜”,如果設計得巧妙,倒相管-箱體系統可以剛好使振膜後向輻射的聲波倒相180度(倒相箱因此而得名),這樣從開 口處輻射出去的聲波就與振膜前方輻射的聲波同相了,而同相的輻射使聲能得到疊加,於是加強並延伸了音箱總體上的低頻回應。
倒相箱和密閉利用了振膜的後向輻射能量,因而效率比較高。不過,倒相箱也並非十全十美,除了設計調試比密閉箱困難以外,開口處急速流動的空氣容易造成氣流雜訊。另外,倒相作用本質上是利用聲學諧振來達成的,因而由開口輻射的聲波瞬態回應比較差。
再次強調!倒相箱的倒相聲波決不僅僅是“喇叭振膜背面的聲波被反射出來”,而是半密閉箱體內空氣被強制壓縮產生諧振而發出的聲波,聲波來自管道內的空氣而不是振膜!如果僅僅是為了將振膜後輻射聲反射出來,要倒相管幹什麼?直接開孔不就行了?!

無源輻射器音箱的特點
無源輻射器音箱又叫空紙盆音箱,其實是倒相箱的一種變體,它的工作原理與倒相箱十分相似,只不過用無源輻射器代替了倒相管。無源輻射器的結構跟喇叭單元類似,有折環和輻射聲波的振膜,但沒有音圈和磁路系統,振膜的運動完全受箱體就可以獲得較好的低頻回應,效率也比較高,
但它也有區別於倒相箱的特點。優於倒相箱處理克服了倒相口容易生產氣流噪音箱問題,不過無源輻射器音箱具有比倒相箱更陡峭的低頻衰減特性,意味著瞬態回應比倒相箱還差。美國Polk Audio 公司是生產無源輻射器音箱最具代表性的廠家。
現在在多媒體音箱上的低音炮上,空紙盆已經不少見了。不過有些產品在衛星箱上也用空紙盆,純屬胡來。

傳輸線音箱特別的地方
傳輸線音箱與密閉箱或倒相箱的設計思路完全不同,它利用了1/4波長的傳輸線來達到吸收單元諧振、抑制振膜位移、拓展低頻下限這些目的。傳輸線音箱有以下 一些基本特徵:低音單元後面接有一跟長長的導管(傳輸線),導管的長度取單元低頻諧振頻率(或稍高一點的頻率)的1/4的波長,
為了美化,導管通常折疊於箱體內部,看上去象一個迷宮;連接喇叭單元那端的傳輸線截面積至少比單元的輻射面積大25%,然後逐漸變小,到傳輸線的出口處剛好等於單元振膜的輻射面積;傳輸線內敷設羊毛或玻璃棉等阻尼特質。
傳輸線音箱與密閉箱和倒相箱等設計相比,具有更為深沉的低音,但以英國著名音箱專家Martin Colloms為代表的一些人則認為傳輸線音箱較難避免因傳輸線諧振所造成的音染。
有些多媒體產品現在也號稱使用了迷宮結構,其實只是經過特殊設計的變形倒相箱而已,真正的傳輸線設計,到目前我還沒在多媒體音箱上見過

(摘自 音響 出租交流站)

 



參考文獻:
1王松永 1983 木質材料之吸音特性
2洪嘉永、莊益信 應用磁浮系統於數位CD音響設計之創新探討
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:wildbird





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