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喇叭(揚聲器)的面面觀

　　揚聲器實際上是一種把可聽範圍內的音頻信號，通過換能器（喇叭單體），把它轉變為具有足夠聲壓級的可聽聲音。揚聲器是音響系統的喉舌，直接影響播音的音質，是音響系統最關鍵的部份。它如歌星的嗓子，有了好的歌喉，才能唱出優美動聽的歌曲。因此，如何選擇聲音宏亮、音質優美、失真極微、工作可靠的揚聲器，是廣大愛樂者共同關心和追求的目標。揚聲器是音響系統的核心﹐它的品質直接決定了整個系統的重放效果。箱體﹑喇叭單體﹑分頻器是音箱的幾個主要部件。

　　揚聲器的構成是很簡單的，由外表只看到一個木箱及幾個單體而已，通常會有保謢網罩，但其內部的發音原理呢？以音響的整體架構來說，當喇叭接受到由音源（CD Player）的輸出端輸出訊號時，會啟動 VT-3S 擴大機的電流，而電流的正負電，會使喇叭單體上線圈產生磁場反應，我們用兩片磁石來比喻，當正極和正極在一定的距離時會互相排斥，而負極和正極會相吸引，這個就是喇叭發音的原理。

　　至於磁場是如何運用於聲音的，這必需先瞭解到單體的相關名詞了，首先我們將揚聲器（喇叭）的網罩拿開，會看到這個音箱中裝了幾個單體，最上面的單體通常很小，是高音單體，底部較大的一個則負責中低音部份（以 ND-100 為例），若您的揚聲器是三個或多個單體的話，最底下最大的通常是低音單體，而中等大小的則為中音單體。單體表面會有一種類似橡膠的圓型膜，那是共振用來發聲用的，這種材質不一定全是橡膠，亦可是紙盆及金屬或陶磁製，但有一個要素即是【要輕】【要硬】【要薄】，如此才可達到發音的目的。電流使線圈的電發生磁場效應，正極與正極時會排斥（此時振膜會往內收）負極與正極相吸引（此時振膜會往外擴），這瞬間一收一擴的節奏，會造成聲波及氣流，因而產生聲音，這和我們講話時的喉嚨振動是同樣的原理。

喇叭系統的組件：

　　一般喇叭系統可分成四大組件：(一)喇叭單體。 (二)喇叭外箱。 (三)分頻器。 (四)線材及端子。以下我就要針對前三項做個簡述：

喇叭單體：

一、喇叭單體如果以它的”特性”來區分，大概可分為：全音域、同軸式、組合式（又稱　　分離式）三大類。

全音域：顧名思義就是以一支單喇叭單體，可以涵蓋大部份的頻率（除了低頻及高頻）表現，故名全音域。
同軸式：喇叭的構成是在低音單體的軸心上，再加上一個高音或者再加上一個中音喇叭而型成，所謂的同軸二音路或同軸三音路喇叭即是。
組合式：喇叭是透過幾個大小不同的單體，在配合上由電容器、電阻、電感等電子零件，所構成的被動式分音器，來分配不同的頻率範圍，讓大小不同的單體，接受不同的頻率各司其職，稱之組合式或分離式喇叭（ND-100即是）。

二、喇叭單體如果以它”發聲方式”的不同來區分，大概可分為下面幾種：

動圈式：基本原理來自" 佛萊明左手定律 " ，把一條有電流的道線與磁力線，垂直放進磁鐵南北極間，道線就會受磁力線與電流兩者的互相作用而移動，在把一片振膜依附在這根道線上，隨著電流變化，振膜就會產生前後的運動。目前百分之九十以上的錐盆單體，都是動圈式的設計。市面上絕大多數的單體，都還是用傳統錐盆式單體的前後運動發聲，如果以較學術性的說法，這些單體叫電動式( Electrokinetic Dynamic）或動圈式（Moving Coil）。
電磁式：在一個Ｕ型磁鐵的中間，架設可移動斬鐵片( 電樞 )，當電流流經線圈時，電樞會受磁化與磁鐵產生吸斥現象，並同時帶動振膜運動。這種設計成本低廉但效果不佳，所以多用在電話筒與小型耳機上。
電感式：與電磁式原理相近，不過電樞加倍，而磁鐵上的兩個音圈並不對稱，當訊號以電流的方式通過時，兩個電樞因為不同的磁通量，會互相推擠而運動。與電磁不同處是電感是可以再生較低的頻率，不過效率卻非常的低。
靜電式：基本原理是庫倫( Coulomb ) 定律，通常是以塑膠質的膜片，加上鋁等電感性材料真空氣化處理，兩個膜片面對面擺放，當其中一片加上正電流高壓時，另一片就會感應出小電流，藉由彼此互相的吸引排斥作用，推動空氣就能發出聲音。靜電單體由於質量輕且振動分散小，所以很容易得到清澈透明的中高音，對低音動態力有未逮，而且它的效率不高，使用直流電源又容易聚集灰塵。目前如Martin-Logan等廠商，已成功的發展出靜電與動圈混合式單體，解決了靜電體低音不足的問題，在耳機上靜電式的運用也很廣泛。
平面式：最早由日本 SONY 開發出來的設計，音圈設計仍是動圈式為主題，不過將錐盆振膜改成蜂巢結構的平面振膜，因為少了空洞效應，所以特性較佳．但效率也是偏低。
絲帶式：沒有傳統的音圈設計，振膜是以非常薄的金屬製成，電流直接流進道體使其振動發音。由於它的振膜就是音圈，所以質量非常輕，暫能反應極佳，高頻響應也很好。不過絲帶式單體的效率和低阻抗，對擴大機一直是很大的挑戰，Apogee可為代表。另一種方式是有音圈的，但把音圈直接印刷在塑膠薄片上，這樣可以解決部分低阻抗的問題，Magnepang 是此類設計的佼佼者。
號角式：振膜推動位於號筒底部的空氣而工作，因為聲音傳送時未被擴散，所以效率非常高，但由於號角的形狀與長度都會影響音色，要播放低頻也不太容易，現在大多用在巨型廣播系統，或高音單體上。美國 Klipsch 就是老字號的號角喇叭生產商。

喇叭外箱：

　　喇叭外箱的最基本作用，是將喇叭的前後聲場進行隔離，以防止所謂【聲短路】的現象。但音箱箱體決不是一個簡單的”盒子”，雖說它本身不發聲，但它的材質、尺寸和結構，對於聲音的還原，起到了舉足輕重的作用。早期的低檔音箱，常採用塑料箱體，這種箱體在工作時，因為塑料殼的剛性不夠，而極易產生箱體諧振，放音時有嚴重的音染，尤其是在大動態時更為明顯。箱體材料採用木質，則明顯優於塑料箱，而且，板材的密度和厚度越大越好。現在，一般的中低檔音箱，都採用 10mm 左右厚度的中密度纖維板，剛性較好且箱體穩重；一些高檔音箱甚至採用原木製作，更顯出對箱體材質的重視。箱體的尺寸也不是隨意的，它往往要受所用喇叭單體的尺寸和等效容積的制約，只有當箱體的尺寸（容積）與揚聲器性能參數相對應時，才能獲得更好的諧振頻率。相比之下，箱體的結構則更有主觀性，可根據個人喜好，製成密閉式或倒相式。以下就以這兩種箱體設計來做介紹。

密閉式音箱：即在封閉的箱體上裝上單體，也就是將箱體內部與外部的聲波，完全隔絕起來，相當於在一個無限大障板的一面聽音。（雖說是密閉的，但實際上一般在音箱的某個部位還是有一個很小的漏氣孔，它的作用是使音箱內、外的大氣壓均衡）。對於密閉箱而言，箱體內的聲波是不被利用的，但是為了減少箱體內無用的聲波（駐波）對揚聲器振動的干擾，一般要在箱內放一些具有較高效率的聲阻尼材料，如多孔棉等。這些阻尼材料不但可以吸收聲波，還可以降低空氣分子傳播聲音的速度，等效於加大了箱體的體積、降低了在諧振頻率處的阻抗峰，另外還可使箱內的空氣處於等溫壓縮狀態，從而使箱體的有效容積增大。但相對的，密閉箱的效率較低，比起倒相箱來，其靈敏度要小 5db 左右。密閉箱好在低頻有力度、瞬態好、反應迅速、低頻清晰，聽古典樂、室內樂效果極佳，但下潛深度有限，低頻量感不足。

倒相式音箱：倒相式音箱其箱體通過一隻倒相管（裝在前面板或者後面板）與外界相連，這只倒相管與箱內空腔構成所謂"亥姆霍茲共振腔"，在共振頻率上產生逆共振，使得低音揚聲器背向輻射聲的相位被倒轉過來，與前向輻射聲同相疊加。倒相箱的這一特點決定它有較高的靈敏度和低頻特性。倒相式音箱是按照”亥姆霍茲共振器”的原理工作的。它與密閉式音箱的不同之處，就是在音箱的前面裝上筒形的倒相孔，使箱體內外的空氣溝通。如果合理的設計倒相管的尺寸和位置，可以使原來喇叭盆體後面發出的聲波，再通過倒相孔在某一頻段倒相，使其和喇叭前面發出的聲波迭加起來，變成同相輻射，說的詳細些，就是倒相箱要借助音箱中的空氣，以及倒相孔中空氣柱的振動，並且依靠音箱後板的反射作用，將揚聲器後面的聲波反相 180 度，再由倒相孔將這部分聲波傳送出來，以使這部分聲波與揚聲器直接發出的聲波同相，這就增加了低頻的輻射能量。

　　倒相式音箱和封閉式音箱相比，具有以下優點：它進一步擴展了音箱的低頻下限，一般可達到 20Hz ，並減少了其下限處聲波的非線性失真。同時，由於倒相管的使用，還增加了箱內的體積，提高了效率。不但如此，同一隻單體裝在合適的倒相箱中，會比裝在同體積的密閉箱中，所得到的低頻聲壓要高出 3db，就是更有益於低頻部分的表現。但是，倒相箱對於聲學設計的要求，遠比密閉箱高得多，因為倒相箱存在一個固有的問題，就是在回放頻率接近箱體的固有頻率時，倒相聲波會與揚聲器正面聲波相抵消，從而導致聲壓急劇下降。以具體表現而言，倒相箱儘管低頻下限較低，但接近下限時聲壓下降極快，而且倒相箱的瞬態即反應速度，往往要比密閉箱差，這就導致倒相箱設計不好時，低音雖然比較低，但很容易混濁，音質很差。此外，還必須保證箱體不能有非常規的聲洩漏，比如螺絲不緊、揚聲器螺絲孔或板間的縫隙處有噗噗的漏氣聲等。倒箱孔的截面積必須與振動錐體的有效面積相等或略小一些，開口直徑太小，在倒相管中的空氣流速就會加大，增加了摩擦損失。

　　簡易的的揚聲器選擇方法，首先要看音箱材質，塑膠的最差，由喇叭發音原理中，了解單體是靠共振來發音的，而塑膠外殼的共振聲最差。木質音箱會比較好些，若是甘蔗板作的音箱也不好，密集板的音箱會有較好的表現；密集板又分為二、四及六分，越厚共振干擾越小，但相對的成本也越高。一般書架型喇叭都採用四分，而 ND-100 卻採用六分密集板，因此，在選揚聲器時，可用手敲擊全部外殼，聲音越平均的音箱越佳，那代表音箱的構造密度較平均，故共振干擾較少。

分頻器：

　　其實分頻器對整個音響設備來說，是一個很不得已的情況下，所採用的一項設備，因為到目前為止，還沒有一家喇叭單體的製造廠，能生產製造一個完美的全音域的喇叭，來完整詮釋一個完整的音頻信號，所以不得不採用分頻器，將信號分成高、中、低頻信號，再傳遞給高、中、低音單體，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。所以，如果一個喇叭單體，能做到完美的全音域，也就是說它能包辦全部頻率，那根本就不需要分頻器，可惜目前好像還沒有這種技術，可以做出理想的全音域單體，所以市面上看得到的揚聲器幾乎都是兩音路、三音路及三音路以上的系統。

　　由於高、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路，俗稱分頻器的主要元件。有些製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， ND-100 經多方審慎評估後，決定採用後者，其實不管用何種方式組合，它們的功能就是分頻。所謂分頻器，顧名思義就是把" 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。由於音頻信號的頻譜範圍很寬，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 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。分頻網路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俗稱低通），或以下過濾掉（HI-PASS俗稱高通），或上下過濾掉（BAND PASS俗稱帶通），再傳送到揚聲器每一支喇叭單體，在最佳特性範圍內工作，發揮整體分工組合效果。有人稱呼這些不需外加電源之分音器謂之被動分音器。

何謂分頻點？

　　分頻點是多少 HZ ？這關係著揚聲器計的命脈，二音路揚聲器只要一個分頻點，用以區分低音與中高音的界限；也就是當揚聲器接收擴大機的電流時，所得到的電流量有大有小，如何將之用來啟動低音單體或高音單體，要有一個可依據的數據，這個數據就是分頻點，而決定這組數據的就是分頻器，而由分頻器的數量，可決定揚聲器是多少音路設計，故分頻器設計的優劣，可直接影響揚聲器的性能。例如三音路喇叭，有二個分頻器，控制低音、中音及高音輸出，喇叭假設標示分頻點是【400~4000HZ】，即400Hz以下的低音，由低音單體發音，400~4000Hz 的部份，由中音單體發音，4000Hz 以上屬高音，由高音單體發音，在精良的控制下，我們才可容易分辨聲音的高低，故分頻點的標示很重要。其實人聲和各種樂器聲，是一種隨機信號，其波形十分複雜；可聽聲音的頻率範圍，一般可達20Hz~20KHz，其中語言的頻譜範圍約在 150HZ ~ 4KHZ 左右；而各種音樂的頻譜範圍，可達 40Hz~18KHz 左右。其平均頻譜的能量分布為：低音和中低音部分最大，中高音部分次之，高音部分最小 ( 約為中、低音部分能量的1/10 ) ; 人聲的能量主要集中在 200Hz~35KHz 頻率範圍，這些可聽隨機信號幅度的峰值，比它的平均值皆大 10 ~ 15db (甚至更高一點)。因此，揚聲器要能正確地播放出這些隨機信號，保證播放的音質優美動聽，揚聲器必須具有寬廣的頻率響應特性，足夠的聲壓級和大的信號動態範圍。我們希望能用相對較小的信號功率輸入，獲得足夠大的聲壓級，就需要求揚聲器具有高效率的電功率轉換成聲的靈敏度。此外我們還要求揚聲器系統，在輸入信號適量過載的情況下，不會受到損壞，即是要有較高的可靠性。

何謂主動式喇叭及被動式喇叭？

主動式（active）喇叭：

　　主動式(active)喇叭，是將喇叭和驅動它的擴大機電路做在一起，驅動其喇叭單體是靠內建擴大機，而非外接擴大機。一般常見的主動式喇叭有：超低音喇叭、多媒體喇叭、和落地型喇叭的低音部份。消費者在比較各家擴大機時，應注意音響店在展示時所推動的大型喇叭，是否為主動式的？若是，此主動式喇叭表現很好時，並不是外接擴大機的功勞。至於要如何判斷喇叭是主動或是被動的，可檢查喇叭後面接線，只接一條喇叭線的，它就是被動喇叭；相反的如果喇叭後面除了接喇叭線外，還接了AC電源線，那它就是主動的.

被動式（passive）喇叭：

　　被動式的喇叭，是將喇叭和分頻線路做在一起，內部沒有擴大機，因此它需要一部外接的擴大機。一般市面上看到的喇叭，多屬於被動式的分音（包括 ND-100 ），被動分音網路是由電阻、電容、電感 ( R,C,L )等擔任，這些都是被動元件，被動式分音器除了分音外，還要考慮單體間的阻抗和效率，還有喇叭單體因頻率改變而變動的阻抗。

結論

　　揚聲器大多具有個性，也就是說每種揚聲器都有某種特殊的音色，這在選擇購買時是一定要加以注意的。不少製作良好的揚聲器之間，往往只存在個人喜好問題，而非優劣之分，而且在刻意佈置出來的試聽室的聆聽環境下，對音響器材的音樂性、聲像定位和立體感的差別，又很難聽得出來。不同揚聲器的表現，會有不同特質的美，可說各有所長，聲音之美與其它藝術般，隨著擁有者的美感認知，而展現不同的美感。