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喇叭的发声原理

扬声器 小众声学 588浏览 0评论

目前绝大多数的喇叭都还是用传统的锥盆式单体前后运动声,比较学术性的说法,这些喇叭叫电动(ElectrokineticDynamic)或动圈式(Moving Coil)。早在一八七七年德国西门子的Erenst Vemer就获得了动圈式喇叭的专利,不过真空管迟至一九0七年才正式运用,而爱迪生最早的唱机是唱针直接带动振膜而后经号角放大发声,所以西门子的专利一直没有用上。一九二0年美国奇异公司的Chester Rice与Edward Kerrog还有爱迪生贝尔P.G.Hokuto才首度发展出实用的动圈式喇叭,七十多年来,除了材料不断改良外,你记为喇叭科技真的有进步吗?下面是几种常见的喇叭发声方式:

一、动圈式。基本原理来自佛莱明左手定律,把一条有电流的道线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间,道线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动,在把一片振膜依附在这根道线上,随著电流变化振膜就产生前后的运动。目前百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。

二、电磁式。在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象,并同时带动振膜运动。这种设计成本低廉但效果不佳,所以多用在电话筒与小型耳机上。

三、电感式。与电磁式原理相近,不过电枢加倍,而磁铁上的两个音圈并不对称,当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁通量会互相推挤而运动。与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率,不过效率却非常的低。

四、静电式。基本原理是库伦(Coulomb)定律,通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理,两个膜片面对面摆放,当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。静电单体由於质量轻且振动分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,对低音动力有未逮,而且它的效率不高,使用直流电原又容易聚集灰尘。目前如Martin-Logan等厂商已成功的发展出静电与动圈混合式喇叭,解决了静电体低音不足的问题,在耳机上静电式的运用也很广泛。

五、平面式。最早由日本SONY开发出来的设计,音圈设计仍是动圈式为主题,不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜,因为少人空洞效应,特性较佳,但效率也偏低。

六、丝带式。没有传统的音圈设计,振膜是以非常薄的金属制成,电流直接流进道体使其振动发音。由於它的振膜就是音圈,所以质量非常轻,瞬态响应极佳,高频响应也很好。不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战,Apogee可为代表。另一种方式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑胶薄片上,这样可以解决部分低阻抗的问题,Magnepang此类设计的佼佼者。

七、号角式。振膜推动位於号筒底部的空气而工作,因为声音传送时未被扩散所以效率非常高,但由於号角的形状与长度都会影响音色,要重播低频也不太容易,现在大多用在巨型PA系统或高音单体上,美国Klipsch就是老字号的号角喇叭生产商。

八、其他还有海耳博士在一九七三年发展出来的丝带式改良设计,称为海耳喇叭,理论上非常优秀,台湾使用者却很稀少。压电式是利用钛酸等压电材料,加上电压使其伸展或收缩而发音的设计,Pioneer曾以高聚合体改良压电式设计,用在他们的高音单体上。离子喇叭(Ion)是利用高压放电使空气成为带电的质止,施以交流电压后这些游离的带电分子就会因振动而发声,目前只能用在高频以上的单体。飞利浦也曾发展主动回授式喇叭(MFB),在喇叭内装有主动式回授线路,可以大幅降低失真。这些设计目前都不是主流,我们有机会再来探讨。

 

但若从设计原理来分的话,又分成<扩散式喇叭><号角式喇叭><同轴式喇叭>, 我们一般常见的喇叭皆是第一种喇叭,号角式喇叭及同轴式较不多见。

材质的的构成是很简单的,由外表只看到一个木箱及几个单体而已,通常会有保謢网罩,但其内部的发音原理呢?以计算机来说,当喇叭接受到由声卡的输出端输出讯号时,会启动扩大机的电流,而电流的正负电会使喇叭单体上线圈产生磁场反应,我们用两片磁石来比喻,当正极和正极在一定的距离时会互相排斥,而负极和正极会相吸引,这种原理连小学生都会,但喇叭单体 的确是靠这个原理来发音的。接下来我们来讨论磁场是如何运用于声音的,这必需先了解到单体 的相关名词了,首先我们打开我们的音箱<喇叭>将网罩拿开,会看到这个音箱中装了几个单体,最上面的单体通常很小,是高音喇叭,底部较大的一个则负责中低音部份<若阁下的喇叭是三个或多个单体的话,最底下最大的通常是低音喇叭,而中等大小的则为中音喇叭>,而单体表面会有一种 类似橡胶的圆型膜,那是共振用来发声用的,这种材质不一定全是橡胶,亦可是纸盆及金属制或陶磁制,但有一个要素即<要轻><要硬><要薄>,如此才可达到发音的目的。

电流给线圈的的电发生磁场效应,正极-正极时会排斥<此时会振膜会往内收>负极-正极<此时振膜会往外扩>,这瞬间一收一扩的节奏会造成WAVE<声波><气流>,而产生声音,和我们讲话的喉咙振动是同样的效果。
接下来谈喇叭音箱内部的一些架构,由背部将音箱的背板拆下,看到一些电线及分频器<负责将高中低音往不同的单体送>,若分频器有二个的话称二音路喇叭, 三个分频器的话称三音路喇叭,可能达到四音路或五音路设计吗?<只要你喜欢有什么不可以,但不一定需要如此多音路设计>,除此之外还有会塞一些吸音绵,并看到音箱的隔间,有些会有一个圆孔<正面,背面都可能>称扩散孔,而无扩散孔的称密闭式喇叭,讲了这么多有关喇叭的名词,各位看倌是否有些不 知所云了呢?

其实单单一个喇叭我们只在乎价格及性能,那管那么多名词呢?但笔者以为若凡事 不求通晓精细,那又如何会进步呢?

简易的的喇叭选择方法,先看音箱材质,塑料的最差,因我们由喇叭发音原 理中知道单体靠共振来发音的,而塑料外壳的共振声最差。木质音箱会比较好些 ,若是甘蔗板作的音箱也不好,密集板的音箱会有较好的表现,原木木板是不太可用于低价喇叭的,否则会比以上 都好些,简单的说硬度要够,用手指敲击全部外壳声音越平均的音箱越佳,那代表音箱的构造密度较平均,故共振干扰较少。

简易的改善喇叭音质的方法,有人用吸音绵来改善声音,有人用角椎来垫在喇叭下面,换较粗的喇叭线,更换内部配线<用较好的铜线来更换原来的配线>,换输出入端子的插座为镀金的,摆位的角度变化求出最佳角度, 换被动 式喇叭加上一台扩大机,以上方法皆有效果的,但另有一个较少人知的方法是贴一元的硬币,我大略的介绍方法,用手指敲喇叭音箱找出共振声音最大声的点,计左右背上下五个地方,用快干将五个一元硬币贴在点上【若贴在外侧不好看,可贴在内部看不到的地方】,如此花二十元不到的施工,可以提升至少几倍的效果,一对仟元左右的喇叭会比两仟元的喇叭好上许多。

当您看完以上简介后,要大略判断喇叭好坏还是有一些问题的,至少您要看完以下的数据才可能达到基本要求,主动式计算机喇叭常看不到规格标示,是不是我们玩电的都是音响白痴呢?或是我们不用懂这些基本功夫呢?

例如这对喇叭音频是多少呢?<20-20000H赫兹>,阻抗是多少呢?<4,6,8奥姆>, 分频点是多少呢?<低频至中频是多少HZ,中频至高频是多HZ>,输出功率是多少瓦呢?瞬间输出功率呢?讯噪比是多少db呢?
为何我们家用的喇叭是800瓦大功率的,声音像玩具八音盒呢?这些问题我保留给各位先进朋友去省思

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