跨入全音域

    咦？这篇文章不是要谈全音域单元吗，怎么光是中音就说了大半天？

    莫怪，莫怪！实在是因为全音域发声所面临的问题太多，无法一次说清楚，因此我想由中音切入，再往二端延伸，如此整体概念会比较清楚。因为一个理想的喇叭单 元（无论高中低）要具备的条件应该是：一、低失真；二、功率线性佳；三、高效率；四、有效工作频段愈宽愈好。若我们把第四项发挥到极致，便是一个全音域单 元了。

   下期我将会介绍如何以中音单元为基础推展到全音域发声，其中所会面临到的众多两难和各家厂牌的巧妙解决也是非常精彩，请拭目以待。

    乍看之下好象也不很复杂嘛，只要让一个中音单元再多发出一些高音和低音，不就成了全音域单元吗？你看那些汽车音响、计算机喇叭、手提收录音机、床头音响用的，不是到处可见那种不知名的“全音域”单元？好象也没多了不起嘛，穷嚷嚷的！

    事情可没这么简单，你可知道上述用途的那些不知名单元能发多宽的频段吗？我想不需要提供测量的数据你也可以轻易地听出，那些喇叭若能发出清楚的人声已属佳 作，鼓声及铙钹也常仅供辨识而已，Bass声及高音打击乐器声更是常在虚无飘渺间。管风琴？弦乐器泛音？钢琴残响？别闹了！

    至于如何才称得上是全音域发声，请参考边栏的说明。接下来我们要来讨论的是，要让一个单元去负担所有的音频范围在设计上会面临哪些问题和两难。 

低端延伸问题

    以外观而言，若尺寸相近，如同为6吋或7吋左右，锥盆中音和低音单元的差异实在有限，顶多是低音单元因需要较大的工作冲程而具备了较宽大而松软的悬边，其它的部分似乎“看起来”都差不多。但这也只是一般性法则，不见得放诸四海皆准。

    那么，若给你一个6吋至7吋的中音单元，是否有办法把它改成能发低音？若只求发得出低音而不管音压和失真程度，应该是可以的。一般来说，单元的操作频率下限一般可以粗略地由它的自由共振频率看出来（注1），也就是一般习惯性标注为“fs”者。

    那么，要如何调低这个频率呢？声学（音响）阻抗（注2）、振动部分质量、磁力强度，和悬挂顺服性等几项应是关键要素。其中，声学阻抗（或简称为『声阻』） 与发声面积和工作频率直接相关，若以同尺寸直接发声和同频段工作而言，这项因素可视为相等而不必考虑（声阻这个概念对于低音的再生和全频段的发声效率息息 相关，下次有机会再来谈这个主题）。所以，我们先来讨论其它的几项要素。

    让我们回头看看低频段工作时，单元振膜的行为。其实粗浅的说低频动作就是“慢速”的往复运动，单位时间内往返的次数少，这就是低频了。那么，就基本的物理学观念来看，在一定的施力大小之下，物体的加速与其

  质量成反比。所以，在其它条件相同或相似的情况 下，振动质量愈大的单元，其自由共振频率就愈低。所以，若你稍仔细一些，去比较一下各种单元的数据资料，就会发现这项因素可说八九不离十。15吋以上的低 音单元若自由共振频率在25Hz以下，则振动部分质量常高达100公克以上。

    要调低一个单元的自由共振频率，最简单的就是增加音盆的质量了。但是，这实在不是个好主意，因为重的音盆势必会带来低效率和很糟的高频延伸。所以，看起来 此路不通。那么，接下来我们可以减少音盆的外部阻尼 ─ 主要有机械性阻尼和电气性阻尼二个因素。无论是哪一种阻尼，都是对音盆的动作施与制动力，阻止其原本的动作。

    对此，我们可以用汽车的悬吊系统来作个比喻：传统的美国大车常为了舒适性而将悬挂调得非常软，要做到这点，简单说就是要用低弹性系数的弹簧和柔顺的避震器 （减震筒），这样的组合便具备了很低的系统调谐频率（注3），因此就可以船过水无痕的吸收掉绝大多数的坑洞颠簸，因为这些外力都是短暂时间内的脉冲响应， 转换成频率领域就是中高频，所以能够有效的被吸收而不会激起系统的共振。但遇上波长很长（也就是频率很低）的脉冲，如桥面的起伏，就常会产生二到三周期的 缓慢上下晃动，这便是整套系统的共振频率被外力激发而引起的共振。

    同样的，在喇叭单元上，要调低系统的共振频率也可以从悬挂的顺服性上面着手。将阻尼减弱，共振频率就降低了，直接了当。但采用此法还是会面临一些问题，我们再细看下去：

    机械性阻尼方面：指的就是音盆悬边及音盆和音圈筒相接处附近黏附的波状折纹悬挂所施予音盆之制动力。这套悬挂系统除了对音盆整体的运动产生阻尼之外，另外 对音盆的盆分裂共振也有抑制的作用，尤其是外围悬边。所以一个单元若换用不同的悬边，将会大幅改变其音色，因为整体的共振控制及音染的模式和程度都已不 同。若为了调低系统共振频率而贸然大幅减低悬挂阻尼将会带来音染程度的增加，尤其是中音域部分。所以，调整机械阻尼须小心从事，适可而止。

    电气性阻尼方面：指的其实是单元磁力对音圈的控制力。当然，单元的磁力愈大，驱动音圈的动力就愈大，同时制动力也愈大。强大的驱动力是我们所希望的，因为 可以带来高效率低失真，但是如影相随的高阻尼却使得系统共振频率无法降低；这里，进退两难的态势便明明白白摆在眼前，因此我们只能取一个妥协。若再加入高 端延伸的问题，这个妥协就更是不易取舍了。 
高端延伸问题

    影响一个单元高端工作状况的主要因素和低端一样是“电气因素”和“机械因素”，只是情形不尽相同。所谓电气因素指的就是音圈所造成之电感性负载，我在先前的文章就曾提过这件事，现在让我们来看得更深入些。

    顾名思义，音圈就是一个电感线圈，若音圈单独存在，便是一个空心电感，此时，这个电感的电感量不高，而且很线性。不幸的是，音圈要在磁路结构内才能工作。 没有例外的，音圈内就是中心磁极，这种结构就成了名符其实的铁心电感，这么一来电感量大幅提高，而且根据电感先天的低通特性，高频信号在这里就直接被大量 衰减。更糟的是，随着音乐信号起舞的音圈与中心磁极的相对位置又不断改变，电感值和磁隙中的磁场便起了复杂的互动，严重的互相调变着，这种情况在大音量、 宽频域发声时尤甚。此时，各种失真就直线上升，听感上便是模糊、粗糙、声音的纹理细节被抹平、立体音像溃散、音场扁平压缩。解决的方法是，在磁极上镀铜或 插入铜片环，以使磁场短路，大幅减少相互调变，音圈的电感值也可大大的减低。此举可同时增加高频的延伸和降低失真。

    另外，所谓机械性因素就可以从物理学的基本原理来讨论：施力的大小等于质量和加速度的乘积(F=ma)，其中加速度也就是速率的改变率。想象一下，一片振 膜要在往前推的过程中减速，最后在冲程的终点停住，然后再加速往另一个方向后退，若是在20KHz，这全部的过程要在四万分之一秒完成！有兴趣的读者不妨 自设一个冲程值，然后算算这样一个半周期简谐运动的顶点加速度值有多大。我想，不用去算就可以想见在四万分之一秒当中作180度方向改变的运动是有很大的 加速度值！

    所以，要做到这等高频响应，就要使振膜达到这么高的加速度。从上述简单的定律，途径只有二：减轻振膜质量和加大驱动力。但这么一来，许多的两难和矛盾也随之而来。

好!期待下文.

学习了

好!期待下文.

学习了