尋找最頂級的揚聲系統(tǒng) 從喇叭的發(fā)展史談起

來源:中國音頻記錄者 更新日期:2007-11-21 作者:佚名

不管您叫它放送頭也好,揚聲器、喇叭也罷,這個可以將聲音還原播放的東西,已經(jīng)走過一世紀的歲月了。事實上喇叭發(fā)展的過程并不順利,科學家想盡辦法要讓「原音重現(xiàn)」,不過這個目標至今仍未達成,反而是不同的發(fā)聲方式,不同的制造方法與材料運用,使得喇叭百花齊放,成為音響世界中最輝煌燦爛的一塊園地。

     一百多年前的奇想1818年,詩人雪萊的第二任妻子瑪麗,在她著名的科幻小說「科學怪人」中,描述科學家以支解的尸體合成一個可怕的怪物,經(jīng)通電后重新獲得生命,當時所有人都對科學有無窮的信心。1874年發(fā)明電話的貝爾嘗試制造「聲音分析器」,真的就拿支解的尸體為材料,以人耳耳膜與耳骨制造了一具「記音器」(Phonautograph)。這個機器能畫出聲波圖,但無法重現(xiàn)聲音。1877年7月18日,愛迪生進行以金屬薄膜及唱針記錄聲音的實驗,他對金屬箔唱了一首「瑪麗有只小綿羊」的兒歌,當唱針將拾取到的振動訊號透過號角放大,在場的人全都傻眼了,因為他們聽到愛迪生在機器中唱歌,這是留聲機誕生的經(jīng)過。今天再讓各位讀者欣賞一百年前的留聲機,你一定無法想象,那種頻寬不足、毫無動態(tài)可言、雜音奇大、失真又嚴重的「音響」,居然也能流行起來。很快原始的號角被舌簧式喇叭取代,這種喇叭是在一塊馬蹄型磁鐵前端設置一個線圈,線圈中間有一個可擺動的金屬片,當線圈中有音頻訊號電流通過,磁場發(fā)生變化使金屬片擺動,連帶牽動紙盆而發(fā)聲。這種設計仍不理想,卻是日后以紙盆發(fā)聲的基礎;而把紙盆作成圓筒狀,磁鐵與舌簧裝在筒內(nèi),可以向四面擴散,這也成了日后無指向性喇叭的濫觴。其實早在1877年,德國西門子公司的Erenst Verner就根據(jù)佛萊明左手定律,獲得動圈式喇叭的專利。1898年,英國Oliver Lodge爵士進一步依照電話傳聲筒的原理發(fā)明了錐盆喇叭,與我們所熟悉的現(xiàn)代喇叭十分類似,Lodge爵士稱為「咆哮的電話」。不過這個發(fā)明卻無法運用,因為直到1906年Lee De Forest才發(fā)明了三極真空管,而制成可用的擴大機又是好幾年以后的事,所以錐盆喇叭要到1930年代才逐漸普及起來。另一個原因是1921年以電氣方式錄制的新唱片問世了,它比傳統(tǒng)機械式刻制的唱片有更好的動態(tài)范圍(最大到30dB),逼得人們不得不設法改良喇叭特性以為配合。1923年,貝爾實驗室決定要發(fā)展完善的音樂再生系統(tǒng),包括新式的唱機與喇叭,立體聲錄音與MC唱頭、立體聲刻片方式等,就在這波行動中被發(fā)明出來。研發(fā)喇叭的重責大任,落在C.W. Rice與E.W. Kellogg兩位工程師身上。他們所使用的設備都是當時人前所未見的,包括一臺200瓦的真空管擴大機、許多貝爾實驗室自己完成的錄音,以歷年來貝爾實驗室發(fā)展出來的各種喇叭 - 像是Lodge的錐盆喇叭雛形、用振膜瓣控制壓縮氣流的壓縮空氣喇叭、電暈放電式喇叭(今天叫電離子驅動器),以及靜電喇叭。

     沒多久Rice與Kellogg從眾多樣式中挑選出兩種設計 - 錐盆式與靜電式,這一個決定使喇叭發(fā)展方向從此一分而二:傳統(tǒng)式與創(chuàng)新式。動圈式喇叭動圈式喇叭是從舌簧喇叭的基礎演變而來,在環(huán)狀磁鐵中間有一個圓筒型線圈,線圈前端直接固定紙盆或振膜上,但線圈中通過音頻電流,磁場受到變化,線圈就會前后移動而牽動紙盆發(fā)聲。動圈式喇叭問世之初由于永久磁鐵強度難以配合,所以多采用電磁式設計,在磁鐵中另外纏繞一個線圈來產(chǎn)生磁場,這種設計曾流行廿年之久。但電磁喇叭有它的問題,比如通過電磁線圈的直流脈沖容易產(chǎn)生60Hz與120Hz的交流聲干擾;而電磁線圈的電流強度隨音頻訊號而變動,造成新的不穩(wěn)定因素。

  1930年代經(jīng)濟大蕭條期間,愛迪生留聲機公司倒閉了,其它人也好不到哪去,需要擴大機驅動的喇叭因此推廣不順,老Victorla留聲機直到二次世界大戰(zhàn)前都還很流行。二次戰(zhàn)后經(jīng)濟起飛,各種新型音響配件成為搶手貨,錐盆式喇叭再度受到嚴重考驗。這段時間由于強力合金磁鐵開發(fā)成功,動圈式喇叭由電磁式全部變成永久磁鐵式,過去的缺點一掃而空(常用的除了天然磁鐵鈷以外,還有Alnico與Ferrite磁鐵,除了磁通密度外,天然磁鐵的各種特性都較優(yōu)越,近年來高級喇叭則采用釹磁鐵)。為配合LP的問世,以及Hi-Fi系統(tǒng)的進展,錐盆喇叭于是在紙盆材料上尋求改革。常見的像是以較厚重材料制造低音單體,輕而硬的振膜當高音;或者把不同大小的喇叭組裝成同軸單體;也有在高音前面加號筒變成壓縮式號角高音喇叭;甚至有將高音號筒隱藏在低音紙盆后面的設計。1965年英國的Harbeth發(fā)明了真空成型(Bextrene)塑料振膜,是材料上的一大進步,這種柔軟但阻尼系數(shù)高的產(chǎn)品,在KEF與一些英國喇叭上仍可見到。后來Harbeth還發(fā)明了聚丙烯塑料振膜,這種新材料有更高的內(nèi)部阻尼系數(shù),質(zhì)量更輕,目前仍被許多喇叭采用。工程師設計喇叭時變成有兩個思考方向:低音喇叭尋求音箱結構的突破;高音喇叭則進行單體的改良。所以這個時候出現(xiàn)的一些新設計,幾乎都是高音單體。比較成功的設計,就屬靜電喇叭了。靜電喇叭前面提到貝爾實驗室的Rice與Kellogg實驗喇叭,他們制造的靜電喇叭大得像扇門板,振膜由豬大腸外包金箔構成(塑料還未為上市)。當真空管的光輝照耀,發(fā)亮的金色龐然大物具有催眠作用,加上實驗室空氣中充滿豬腸腐臭味與臭氧味,兩位科學家也許會想到「科學怪人」與利用死人耳朵制成的貝爾「記音器」。但開始發(fā)聲后,它光彩奪目的聲音與逼真的音色,簡直讓大家嚇呆了,他們明白一個嶄新的時代已經(jīng)來臨了。不過Rice與Kellogg在設計靜電喇叭時遇到了無法克服的問題:需要有龐大的振膜才能再生完整的低音,在技術難以突破的情況下,貝爾實驗室只得轉向錐盆喇叭發(fā)展,這一停滯使得靜電喇叭沉寂了三十年。1947年一位年輕的海軍軍官Arthur Janszen受指派發(fā)展新的聲納探測設備,而這套設備需要很準確的喇叭。Janszen發(fā)現(xiàn)錐盆喇叭并不線性,于是他動手試做了靜電喇叭,在塑料薄片上涂上導電漆當振膜,事后證明無論是相位或振幅表現(xiàn)都不同凡響。Janszen繼續(xù)研究,發(fā)現(xiàn)將定極板(Stator)絕緣可防止破壞作用的電弧效應。1952年,Janszen完成商業(yè)化生產(chǎn)的靜電高音單體,與AR的低音單體搭配,是當時音響迷夢寐以求的最佳組合。1955年,Peter Walker在英國的「無線電世界」一連發(fā)表多篇有關靜電喇叭設計的文章,他認為靜電喇叭與生俱來就有寬廣平直的響應,以及極低的失真,失真度比當時的擴大機還低得多。1956年,Peter Walker的理想在Quad ESL喇叭上實現(xiàn)了(Quad是以他早年一種擴大機Quality Unit Amplifier-Domestic的縮寫來命名),它的準確性被譽為鑒聽新標準,不過仍有一些問題待克服:音量不足、阻抗負載令某些擴大機望而生畏、擴散性不足、承載功率也有限。60年代初期Janszen加入KLH公司為KLH-9的上市而努力,由于KLH-9的大尺寸化,解決了Quad ESL的問題,一直到當1968年Infinity公司成立前,KLH-9靜電喇叭都是最Hi-End的產(chǎn)品。Janszen的成就不僅于此,在他協(xié)助下,Koss、Acoustech、Dennesen等靜電喇叭陸續(xù)問世,Janszen企業(yè)的首席設計師Roger West也自立創(chuàng)設了Sound Lab公司。 當Janszen企業(yè)出售時,RTR公司買下生產(chǎn)設備,推出Servostatic靜電板,Infinity的第一對喇叭就使用RTR的產(chǎn)品。Janszen公司幾經(jīng)轉手,卻始終沒有消失,今天喇叭王之一 - Dave Wilson的WAMM巨型系統(tǒng),里面就用了部份Janszen所設計的靜電板。靜電喇叭的設計吸引許多廠商投入,比較有名的包括Acoustat、Audio Static、Beverage、Dayton Wright、Sound Lab、Stax與Martin Logan等。Acoustat X本身附有真空管擴大機,可以輸出高壓訊號而不必使用升壓器;Beverage 2SW除了附有高電壓擴大機、控制器,還有一對超低音。由于Beverage 2SW兩公尺高的振膜裝在一個橢圓音箱中,利用聲波導板讓聲音由前方開口均勻傳出,可以形成非常立體的音像,它的建議擺位是放在兩側墻邊,然后面對面播放。Dayton Wright的設計也很特殊,振膜裝在以六氟化硫惰性氣體密封的塑料袋內(nèi),用以增加喇叭的效率與輸出音壓。最貴的靜電喇叭,要屬Mark Levinson的HQD。每一聲道使用兩具Quad靜電喇叭,加上一個改良的帶狀高音與一個24寸的低音增加頻率兩端延伸,配上三臺Mark Levinson ML-2后級與電子分音器,要價15,000美金,當時真的是天價。Martin Logan為解決大片振膜產(chǎn)生低音的問題,近年來混和錐盆低音的一系列設計獲得很大成功,再加上延遲線、聲學透鏡、波浪狀振膜等新技術的引進,讓靜電喇叭越來越可親,相信它還會繼續(xù)的存在。

     帶狀喇叭1940年末,一位年輕的加拿大發(fā)明家Gilbert Hobrough使用擴大機時,一時大意在音樂播出中拆下喇叭線,并讓發(fā)熱的導線靠近電線的接地端。這是很危險的動作,但Hobrough驚訝的發(fā)現(xiàn)電線開始拌動,并發(fā)出音樂聲,這個「具有增益的金屬線」不久后才明白是靜電效果。Hobrough進一步研究,才知道1910年左右已經(jīng)有人提出這個問題,1925年在磁場內(nèi)使用導電金屬片的喇叭已經(jīng)于德國取得專利,當時人說這是帶狀喇叭。1920年與1930年代分別有兩種帶狀喇叭上市,不過曇花一現(xiàn)很快就沉寂了。帶狀喇叭的原理是在兩塊磁鐵中裝設一條可以震動的金屬帶膜,當金屬帶通過電流,就會產(chǎn)生磁場變化而震動發(fā)聲。在Hobrough重新發(fā)現(xiàn)帶狀喇叭時,Quad創(chuàng)辦人Peter Walker也在英國推銷一種號角負載的帶狀高音,這個高音并不成功,反而是1960年左右英國Decca推出很成功的帶狀高音。另一種類似的帶狀喇叭Kelly Ribbon由Irving Fried引進美國,他將Kelly高音配上傳輸線式低音而產(chǎn)生不錯的效果。1970年代,Dick Sequerra為金字塔(Pyramid)發(fā)展的帶狀喇叭,首次揚棄號角的設計。Hobrough發(fā)現(xiàn)帶狀喇叭后的三十年中,他以經(jīng)營空中繪圖和靠著自動機械的專利貼補,持續(xù)進行研究,終于在1978年發(fā)展成功頻率響應低至400Hz仍然平直的帶狀單體(當時產(chǎn)品只能到600Hz),并且不會融化、破碎或變形,失真則只有1%。Hobrough與他的兒子Theodore Hobrough還獲得一項專利:與帶狀高音搭配的多丙烯低音所使用的無諧振特殊音箱。不過他們以Jumetite Lab為品牌所制造的喇叭,一心想以較低價格提供給大家使用,在市場上卻沒有紅起來。后來包括加州柏克萊的VMPS Audio、愛荷華市Gold Ribbon Concepts、麻州的Apogee Corporation,都發(fā)展出比Jumetite Lab頻寬更大的帶狀喇叭系統(tǒng)。

  Gold Ribbon制造了頻寬最大的帶狀驅動器(200Hz-30KHz),它們不是用鋁,而是以厚度僅1微米(百萬分之一公尺)的金制成振膜。不過最成功的,卻是Apogee公司。身兼藝術經(jīng)紀人與音響玩家的Jason Bloom,加上他的岳父Leo Spiegel - 一個退休的航空工程師,共同組成Apogee。它們用古典帶狀驅動器負責中高音,100Hz以下使用另一種準帶狀驅動器,近年來也加入錐盆低音作混和設計,評價都相當?shù)母。另外有一個帶狀喇叭家族的遠親 - BES(Bertagni Electroacoustic System)脈動振膜喇叭。BES跟典型的靜電喇叭或Magneplanar平面喇叭一樣,都有一個開放的架子與一塊平面振膜,聲音向前后輻射。不過BES不是很薄的金屬板,而是厚度不一的泡沫塑料,外表有點像立體地圖。BES的設計使振膜表面有多種諧振模式,振膜的不同部份在不同的頻率部份振動,振動的方式不是機械活塞式,倒像隨著寬廣音頻而均勻振動的音叉。BES的設計引起很大爭議,最后當然就不了了之了。平面喇叭在帶狀喇叭演化的過程中,衍變出一種平面動態(tài)喇叭,也稱為假帶狀喇叭,它的問世要歸功于美國3M的工程師Jim Winey。Jim Winey原本是業(yè)余音響愛好者,他很喜歡靜電喇叭,但又覺得KLH-9太過昂貴,應該有辦法降低成本才對。有天他獲得靈感,他發(fā)現(xiàn)用于冰箱門邊的軟性陶片磁鐵,質(zhì)量輕、成本低、切割制造容易,很適于做磁性結構。這種磁鐵可均勻的驅動扁平、寬大的整個振膜表面,可用在雙極輻射型態(tài)的塑料振膜喇叭。Jim Winey設計的喇叭振膜上有許多細小的金屬導線,金屬線接收來自擴大機的訊號,并配合永久磁鐵的磁場產(chǎn)生吸、推作用。1971年,Winey正式推出新型態(tài)的喇叭,起初命名「靜磁」(Magnestatic),后來改名為「平面磁」(Magneplanar)。Magneplanar上市后得到很大的回響,包括Strathearn、Wharfedale、JVC、Cerwin-Vega、Thorens等公司紛紛發(fā)展不同型態(tài)的平面動態(tài)喇叭,其中最有名的是Infinity。Infinity推出的Quantum Reference Standard附有雙擴大機與電子分音器,它不是用一整塊振膜,而是由許多小振膜組成。QRS高兩米,寬一米,一共有20個高音單體,其中13個向前,其余向后,垂直成一直線排列。中音則有三個單體,也是垂直排列。加上一只15寸低音,使得QRS可以發(fā)出極為震撼的音量,頻率也超出可聞范圍。后來的EMIT高音(Electro Magnetic Induction)與EMIM中音,也是一種平面振膜,與后來Genesis所用的高音已經(jīng)不太一樣,Genesis的高音可以視為帶狀單體與平面單體的混合設計,而中音部份Genesis的大喇叭都采用帶狀單體,與Infinity分道揚鑣。不過我們可以看到Infinity從IRS所建立的巨型喇叭架構,這么多年來仍是Hi-End揚聲器的最高典范。平面喇叭也有其限制,它的磁結構使得只有磁場的邊緣通量能與振膜上分布的「音圈」相互作用,因此效率都不高,到目前這個現(xiàn)象能然存在。再一方面,平面喇叭所用的振膜比靜電喇叭或帶狀喇叭都來得重,因此會限制它的頻寬,過去只有Audire一家公司使用全音域的平面驅動器,連Magneplanar自己的喇叭后來都改采帶狀單體的中高音,加上平面振膜低音組合而成。Burwen與日本山葉曾利用平面振膜制成耳機,Pioneer則放棄磁性平板,改用高分子聚合物來制造耳機,但這些產(chǎn)品似乎都沒有獲得肯定。海耳喇叭非傳統(tǒng)式喇叭中最成功的要屬海爾式設計,就在Winey完成第一個平面動態(tài)喇叭后不久,德國物理學家海爾(Oskar Heil)研究出一種很高雅的帶狀喇叭變形物,他稱為氣動式變壓器(Air Motion Transformer)。

  海爾的發(fā)明與平面動態(tài)喇叭很像,使用一層很薄的塑料振膜,上面覆以導電的鋁制「音圈」。不過海爾式喇叭的振膜不是拉緊的,而是打褶的、松松的掛在架子上,因此導線音圈位于一堆垂直磁鐵的間隙內(nèi),當磁力交替擠壓彎曲皺褶的振膜,再將它們推開,空氣就隨著音頻而擠壓發(fā)聲。這樣的設計有很高的效率,振膜上的強大磁力可降低有效質(zhì)量電抗或音頻阻抗,這也是「氣動式變壓器」名稱的由來。事實上這種喇叭就是聲音變壓器,跟號角一樣,較低的有效質(zhì)量使它的高頻可以往上延伸,普通的海爾驅動器有300Hz-25kHz的頻寬,完全不需要等化。雖然海爾博士對自己的設計信心滿滿,認為自己的喇叭才是合理,別人的喇叭都是奇特,但因為制造品質(zhì)掌控不佳,低音單體的配合又過于簡陋,所以海爾喇叭逐漸淡出市場。會冒火的離子喇叭當貝爾實驗室的Rice與Kellogg面對許多未知時,稱為響。⊿inging Arc)或環(huán)形放電喇叭的怪物,大概是最令人敬畏的。早于1920年代,無線電技術員就發(fā)現(xiàn),用來調(diào)變發(fā)射機的高壓電訊號有時會形成藍色的球狀發(fā)亮氣體,廣播的聲音會從發(fā)亮的球體傳出來,聲音不大但很清楚,有人形容:簡直很火舌一樣。Rice與Kellogg并沒有認真去研究這個現(xiàn)象,因為這種發(fā)音裝置頻寬不足,還會發(fā)出大量臭氧。1940年代,法國核物理學家Siegfried Klein再度發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象,并嘗試開發(fā)新的喇叭,1950年他替新產(chǎn)品命名為「離子喇叭」。這種設計沒有機械諧振,沒有質(zhì)量,有無限的順服性,似乎是喇叭的一大突破。英國的Decca、法國Audax、德國Telefunken、英國Fane與日本Realon都紛紛投入離子喇叭的研究,但首先商業(yè)化上市的卻是美國Dukane(Electro Voice),它們在1962年推出名為Ionovac的新產(chǎn)品,后來改由American Audio Com.生產(chǎn),持續(xù)了很長一段時間。至于Siegfried Klein本身并未參與生產(chǎn),他繼續(xù)研究,神奇的離子喇叭猶如燭光一樣,可以朝它用力吹氣而絲毫不損音樂播放。離子喇叭的另一優(yōu)點是效率很高,105dB的音壓只需10瓦的擴大機即可達成,頻率響應也可降至1000Hz左右。Siegfried Klein的設計由德國Magant生產(chǎn),但美國禁止出售,因為臭氧量超過標準,而且另一個Hill Plasmatronic的品牌也威脅Magant獨占地位。雷射物理學家Alan Hill所設計的Plasmatronic喇叭原理與Siegfried Klein的離子喇叭相同,使用一只裝有特殊氣體的石英管產(chǎn)生放電現(xiàn)象,使空氣電離而發(fā)出聲音,最簡單的說,它們的發(fā)聲過程好象是閃電過后的雷鳴現(xiàn)象。這種喇叭高頻特性極佳,但石英管壽命有限(每隔幾個月就要補充氦氣),成本又高,使用上并不方便。Hill的離子喇叭頻率從700Hz-20kHz,在10呎外仍有90dB的音壓,低音則交給傳統(tǒng)錐盆喇叭處理。這對喇叭有完美的相位與振幅線性,失真小于1%,可惜售價高達一萬美元(附贈A類擴大機一部推動高音,并且有電子分頻器),想當然的沒有幾個人購買。不過Hill與Magant的離子喇叭,仍在市場上存在許久。真正的錐型喇叭1985年由Ohm所推出的Walsh,其創(chuàng)意足以和BES相提并論,也是第一對真正的錐型喇叭,不但用錐型單體,喇叭本身就是個錐型。Walsh只用一個單體處理20Hz-20kHz的廣闊頻率,錐型驅動器放在音箱頂端,音圈和磁鐵在上面,振膜朝向音箱內(nèi)部。Walsh以管制的分解方式工作,頻率上升時,對音圈起反應的紙盆范圍縮;頻率較低時紙盆活動范圍增加。未達到此一目標,紙盆由數(shù)種不同材料的同心環(huán)組成,同心環(huán)的作用等于低音濾波器。環(huán)越大,處理的頻率越低,最低的頻率使整個紙盆運動;高頻則只用很輕的振膜維持,以阻尼的方式維持頻率響應平直。這種設計不論相位或振幅都有很好的線性,最主要是它能180度發(fā)聲。另一個錐型喇叭的典范,是德國mbl的101喇叭。1975年左右,一家計算機儀控公司老板Meletzky發(fā)現(xiàn),球面單體最能符合他的理想,球型單體的振膜大于傳統(tǒng)喇叭單體,更能仿真出自然樂器在空間中的表現(xiàn)。于是他結合柏林大學的兩位教授以鋁片作成百褶裙狀的圓形單體,這個稱為100的產(chǎn)品并沒有正式上市。1987年mbl以碳纖維當材料,制造了可以360度發(fā)聲的中高音單體,再加上許多鋁片黏合成的葫蘆狀低音,推出令人驚訝的101喇叭。還有一種Orthophase喇叭,在整片塑料膜上黏附很輕的鋁帶,然后放在強磁場中,鋁帶通電而產(chǎn)生震動發(fā)聲。

     號角喇叭1919年,美國物理學家Arthur G. Webster發(fā)明了指數(shù)型號角喇叭,由于高達50%的效率(一般的動圈式喇叭的效率只有1-10%,Klipsch的號角喇叭效率約為30%),很快就被普遍運用在劇院、體育場等需要大音量的場所。號角喇叭最大的特色就是效率高,一點點功率就能發(fā)出極大的聲響。它的缺點則是不利于低頻回放,如果要回放低頻,需要有很長的號角,以回放50Hz頻率為例,號角的開口直徑要兩公尺,長度則要大于五公尺才行。1940年美國工程師Paul W. Klipsch設計了一種體積較小適合家庭用的折疊式低音號角揚聲器,利用房間角落裝置驅動器,把房間的墻壁當成一個超大的號角,在Klipschorn慶祝五十歲生日時,這型喇叭仍然老當益壯的繼續(xù)生產(chǎn)中。1927年就創(chuàng)立的Altec Lansing公司是另一個號角喇叭的傳奇,1956年所推出的A7「劇院之聲」,到現(xiàn)在仍有人捧場。1932年成立的英國Vitavox,在1947年推出可媲美Klipschorn的CN191號角喇叭,頻率響應已經(jīng)可達20Hz-20kHz,目前也仍在預約生產(chǎn)中。號角喇叭的特性會因號角長度、形狀與使用的材料不同而有所差異。從早期的鐵制、鋁、鋅號角,逐漸演變而有塑料、水泥、木頭號角、合成材料號角等多種材料。設計得當,可以把號角喇叭音質(zhì)較不細致的問題做部份解決;設計不當,甚至會有吼聲效應出現(xiàn)。號角按照形狀可分為雙曲線型、拋物線型、指數(shù)型和圓錐型等,其中指數(shù)型號角最常被使用。有些號角的指向性過強,還必須在前端加掛音響透鏡(Acoustic Lens),以增加聲音擴散的角度。一些簡化的折疊號角陸續(xù)被提出,有些設計以短的號角和房間墻壁加強喇叭背面所發(fā)出的低頻,同時直接從錐盆前方發(fā)出中、高音,這種背后負載的折疊式號角喇叭通常都有不錯的效果。目前的號角喇叭多半搭配錐盆式低音使用,由于號角通常效率都在100dB以上,所以運用上并不是那么容易,比較成功的廠商有JBL、Electro-Voice、北歐的Einstein、法國Jadis(獨特的Eurythmie 11足可留名青史)、美國Westlake,以及意大利Zingali等。氣墊式喇叭除了單體本身的改良,從五○年代開始,工程師也在音箱上動腦筋,希望用同樣的單體就能表現(xiàn)出更好的效果。

     其中最著名的設計有兩種, 一種是氣墊式喇叭,一種是傳輸線式喇叭。

     1958年立體聲唱片問世,音響進入立體世界,喇叭不像唱頭等需重新設計,消費者多買一只同型喇叭就可以了。但也正因如此,體積龐大的喇叭不再受到青睞,大家需要小巧又有足夠低頻的新產(chǎn)品,氣墊喇叭應運而成。造成氣墊喇叭流行的背后功臣,應該是晶體擴大機,他提供了不發(fā)熱的大功率,來應付氣墊式設計帶來的低效率問題。氣墊喇叭同時也是大功率擴大機的幕后原兇,七○年代許多人都有這樣的觀念;不是大出力擴大機就不好,不是氣墊式喇叭就不夠高級。

  氣墊式也就是密閉式的一種設計。當單體運動時,如果背波傳到前方,會造成低頻訊號抵消,所以有無限障板的概念產(chǎn)生。一個密閉的箱子也可以當作無限大障板,使前、后波彼此作用的機會降到最低。低音反射式則是無限大障板的衍生設計,由于錐盆的尺寸大小與共振頻率會限制喇叭的低頻表現(xiàn),所以在裝一個具有開口的音箱可延伸低頻響應。開口的大小由音箱體積和單體的共振頻率所決定,當音箱反射發(fā)聲相移,使開口和錐盆發(fā)出的低頻相同而產(chǎn)生加強效果。

     1954年AR的創(chuàng)辦人Edgar Villchur推出氣墊式喇叭,改善一般密閉式音箱的剛性空氣導致低頻快速衰減的問題。動圈式單體通常是由錐盆與音圈構成,錐盆邊緣由彈性物質(zhì)支撐,這使得它無法有自由空氣振動頻率。如果在氣密式音箱中塞滿吸音材料,揚聲系統(tǒng)會產(chǎn)生有比單獨驅動器還高的振動頻率,Edgar Villchur把自由空氣振動頻率約10Hz的單體裝到1.7立方呎的氣密音箱中,揚聲器共振頻率提高為43Hz。這種設計一方面使系統(tǒng)的失真大為減少,一方面還能發(fā)出深沉的低頻,缺點則是效率大為降低。

     傳輸線式喇叭

     傳輸線式喇叭最早稱為迷宮式設計,喇叭單體被裝在音箱的一端,透過一個復雜而且很長的調(diào)協(xié)信道,單體的背波從另一端的開口被擴散出來。第一個迷宮式設計是Banjamin Olney在1936年為Stromberg-Carson所設計的,他將一個共振頻率為50Hz的單體裝入迷宮式音箱中,結果其共振頻率降到40Hz,并且在40Hz的半波75-80Hz獲得增加,從而產(chǎn)生良好的低音。但他同時發(fā)現(xiàn)響應曲線產(chǎn)生不少峰值,這些峰值來自音箱信道本身的共鳴,于是他在信道里鋪設吸音材料與導板,把150Hz以上的頻率在開口處截止。迷宮式設計可以獲得良好的低頻延伸,但它的制作麻煩,又比不上經(jīng)濟的低音反射式獲致做簡單的密閉式有競爭力,所以五○年代Carson再度推銷迷宮式設計,仍然沒有成功。等到六○年代中期迷宮式喇叭重出江湖時,它有了新的名字 - 傳輸線式喇叭。

     傳輸線式可以說就是在信道中塞滿阻尼物的迷宮式,其理論是由英國布拉福特技術協(xié)會(Bradford Institute of Technology)的A.R. Bailey教授所提出來。他認為低音反射式音箱由于急遽的低頻衰減,容易導致鈴振,就像用電子方式突然的把低頻切掉。如果在揚聲器背后設計一個無限信道可以吸收背波的反射,就能消除擾人的駐波,所以他用長纖羊毛等吸音阻尼物來替代無限的信道,極低頻的音波波長較長而可以從信道口逸出,增強了喇叭的低頻效果。Bailey教授的設計一度被許多廠商采用,包括IMF、Infinity、ESS、Radford等,它們有的是把信道當成增強低音之用,有些則專做阻尼之用。迷宮式的出口截面積通常等于或大于單體振膜的面積;傳輸線式的信道是逐漸縮小,出口截面積小于振膜面積。

     英國Robert Fris曾推介一種傳輸線的變體設計,名為「分離耦合抗共鳴線」DaLine(Decoupled Anti-resonant Line),這種設計號稱沒有共鳴現(xiàn)象,而且可以使用小尺寸的單體而獲得良好的低音,也比大尺寸單體有更好的瞬時效果。目前并沒有標榜以DaLine設計的喇叭,不過一些低音反射式音箱卻從這里得到靈感而進行改良。習慣于密閉式或低音反射式設計的人,對傳輸線式設計一直有意見,傳輸線式較大的體積、復雜的結構,以及難以預期的效果,也阻礙了他的發(fā)展。目前生產(chǎn)傳輸線式較有名氣的廠商,只剩英國TDL(前身就是IMF)與PMC,PMC以傳輸線式成功的設計了錄音室鑒聽喇叭,再度引起大家對傳輸線式的興趣。

  全音域喇叭

     喇叭單體從單一的全音域設計,逐漸發(fā)展成多音路設計,工程師發(fā)現(xiàn)到不同頻率單體間有許多銜接的問題,包括分頻點、分頻斜率、靈敏度、相位等都可能產(chǎn)生誤差,于是有兩種新的思考方向被提出來,一種是全音域喇叭,一種是同軸喇叭。英國Goodmans曾請E.G. Jordan設計AXIOM80單體,是針對錄音鑒聽所設計的,也是全音域單體的長青樹。Jordan與另一位英國人Watts在1964年組成了Jordan Watts公司,當時所推出的Model Unit單體一直持續(xù)生產(chǎn)了20多年。這個單體采用十公分的金屬振膜,鈹青銅制的音圈,以及方形的框架,非常有特色。1975年Jordan Watts推出的Flagon花瓶狀全音域揚聲器,一直到今天還在生產(chǎn),是少數(shù)像藝術品的喇叭。1932年創(chuàng)立的英國Wharfedale,在二次大戰(zhàn)前后也推出不錯的全音域單體,1958年老板換人后,開始往計算機等尖端科技發(fā)展,放棄了全音域單體的發(fā)展。英國另一家Lowther倒是始終堅持,60多年來一直浸淫于全音域單體領域中,它們單體的特色是白色獨立邊緣、中心均衡器等,現(xiàn)在臺灣仍可買到它們的產(chǎn)品。

     日本方面有多家全音域單體制造商,一度與Pioneer、Onkyo并稱為揚聲器三大老鋪的Coral,曾推出20公分大的全音域單體。Diatone在1946年成為戰(zhàn)后最早生產(chǎn)全音域喇叭的公司,它們采用OP磁鐵得到很大成功。1947年與NHK合作開發(fā)了P-62F單體,作為廣播鑒聽之用,之后改款為P-610,整個系列暢銷將近40年,成為日本音響史上的一個傳奇。在慶祝50周年前夕,Diatone曾推出限量紀念產(chǎn)品,造成一陣小小的轟動。1973年因石油危機而脫離Foster電機獨立的Fostex,曾推出許多有創(chuàng)意的產(chǎn)品,如雙錐盆全音域單體、生物振膜單體等,它們也推出全世界最大的低音單體EW800(80公分)。

     同軸喇叭

     Guy. R. Foundtain于1926年成立Tannoy公司,1947年所設計的LSU/HF/15L單體,是38公分大的兩音路同軸設計,這顆單體開啟了同軸喇叭的新紀元。1953年Tannoy開始以同軸單體制造Monitor 15 Silver等錄音室用鑒聽喇叭,獲得許多大唱片公司采用,Decca的許多發(fā)燒天碟就是這個時代以Tannoy喇叭鑒聽錄制的。Tannoy的同軸概念來自三○年代全音域點音源設計,構造簡單,具有線性的對稱與方向性、失真低,音像準確等優(yōu)點。為了得到足夠的低音,Tannoy不斷在尺寸上加碼,最后把38公分的同軸單體運用在Westminster Royal等頂級喇叭上,可產(chǎn)生相當深沉的低頻。近年來Tannoy除了設計雙音圈同軸單體外,也在高音單體裝置了郁金香型導波器,提高頻率響應的平順。在Tannoy 70周年慶時,它們推出新的旗艦Kingdom喇叭,中音部份仍采用同軸設計,另外加上超高音與超低音單體,這款喇叭也說明了同軸設計的限制。

     Tannoy的最大競爭對手是英國同胞KEF(Kent Engineering and Foundary),它們的動作比Tannoy積極,1984年推出空腔耦合技術(Coupled Caviy),104/2喇叭的獨特構思與豐富低頻引起許多討論,這一年它們加入同軸喇叭市場。1989年KEF進一步改良,推出稱為Uni-Q的同軸技術,105/3喇叭同時使用空腔耦合技術與Uni-Q單體,表現(xiàn)更上層樓。KEF的Uni-Q單體是在同一個底盤上裝設大、小兩個磁鐵,發(fā)音時高音利用低音的振膜當作號角,達到同軸同時的目的;Tannoy的同軸單體并不在同一個平面上,所以并非真正同軸同時。

  各種仿同軸的設計紛紛出籠,美國洛杉磯專門制造PA與錄音室鑒聽用喇叭的Gauss,把高音套上一個碗狀的蓋子放在低音中間,有不錯的評價。德國Siemens也設計了一個同軸單體,把9公分高音單體放在25公分低音前面,再以聲學透鏡改善擴散角度,七○年代進軍劇院市場引起很大話題。

     其它類型的喇叭

     壓電式單體,目前僅見于少數(shù)高音使用。所謂壓電材料(Piezo-electric),是指施加電壓后會伸展、收縮或彎曲的材料,像是酒石酸鉀鈉(Rochelle salt)、鈦酸鋇、鈦酸鹽、鋯酸鹽等合成物,它們曾被運用在唱頭、耳機等組件上。至于用在喇叭上,要等到能軸向伸展的多元氟化乙烯樹脂作成,并在兩邊加以真空氣化鋁處理過的高聚合體出現(xiàn)以后,才得以實現(xiàn)。這種單體有良好的線性、失真少、瞬時佳,也因為質(zhì)量輕而能設計成各種形狀。它的缺點則是他具有電容性阻抗,有時需要特別設計的轉接放大器。
此外還有氣閥式揚聲器(讓空氣由受壓縮的空氣槽流經(jīng)號角而發(fā)聲)、感應型、熱摩擦型,以及正式商品化的薄膜型等設計。荷蘭Philips曾推出一種MFB喇叭,在喇叭箱內(nèi)裝有擴大機與主動性回授組件,把擴大機的回授環(huán)路延伸到喇叭音圈。Philips的產(chǎn)品沒有成功,倒是讓Infinity、Genisis等廠商獲得靈感,在低音部份制造了伺服擴大機,降低低音的失真。

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