典型揚聲器的發(fā)聲原理分析

我們已經(jīng)談了訊源與擴(kuò)大機(jī)如何工作，并且明白音響訊號就是將音樂聲波的波型轉(zhuǎn)為電氣訊號的波型，所以也只要將訊號的波型同樣推動空氣就可以發(fā)出音樂的聲音。音響系統(tǒng)中擔(dān)任這個將電氣訊號轉(zhuǎn)換為聲音的器材，就是「揚聲器」也就是一般俗稱的「喇叭」。目前人類的科技要將電能轉(zhuǎn)換為音波，最主流的技術(shù)還是「電磁」方式，目前市面上的揚聲器主要也都是采取電磁原理設(shè)計制作的。

完整的揚聲器會包括幾個部份：喇叭單體、分頻網(wǎng)絡(luò)、音箱這三大區(qū)塊，我們就分門別類來討論。首先就是喇叭單體，基本上來說就是將麥克風(fēng)的工作原理倒過來，以電氣訊號輸入在磁力系統(tǒng)里音圈上的線圈，線圈會隨著訊號產(chǎn)生磁性變化，而帶動音圈在磁力系統(tǒng)中以聲音的波形運動。音圈再推動喇叭單體的振膜或音盆，以推動空氣產(chǎn)生音波，聲音就這樣發(fā)出來了。

說來確實并不困難，不過要將電氣訊號盡可能地依原來應(yīng)有的波形、響應(yīng)等低失真的情況發(fā)出聲音就是另外一回事了。音頻范圍由低頻（20Hz）到高頻（18kHz）超過了十個八度音程，單一喇叭單體要能涵蓋這個音頻范圍，在音量方面就會受到結(jié)構(gòu)的限制。不過現(xiàn)在全音域單體技術(shù)成熟發(fā)達(dá)，市面上已經(jīng)有不少性能還不錯的全音域單體供貨銷售了。

當(dāng)然要建構(gòu)能發(fā)出大音量高帶寬的揚聲系統(tǒng)，就需要將不同音域配置給不同特性的單體，諸如低頻域（300Hz以下）配置給低音單體、中頻域（300Hz-2500Hz）給中音單體，高頻域（2500Hz以上）給高音單體分別發(fā)音，整合成完整的音域。低頻因為需要推動大量的空氣，所以需要最大的振膜/音盆；中音域需要推動的空氣量較少，因此音盆口徑與單體尺寸也更小更輕；而高音域只需要推動最少的空氣，因此高音單體也是振膜與體型最輕小的。

基本上來說，單體音盆/振膜口徑愈大，質(zhì)量就愈重能推動愈多空氣，但也具備更大的慣性所以反應(yīng)的速度會降低，因此適合更低的頻率；反之單體的振膜口徑愈小質(zhì)量愈輕的，就具備更快的反應(yīng)速度，能發(fā)出更高的頻率，但相對能推動的空氣量就有限。這也是為何市面上稍有體積的揚聲器，都會配置多音路與多個單體整合發(fā)音。

當(dāng)然這樣的話就要將擴(kuò)大機(jī)的電氣訊號分出高低音路甚或中音路，也就是所謂的「分頻」。一般說來揚聲系統(tǒng)的分頻方式有兩種做法，最主流的方式就是以被動分頻網(wǎng)絡(luò)，將擴(kuò)大機(jī)的訊號分出頻率范圍不同的音路出來。而被動分頻網(wǎng)絡(luò)說穿了就是被動的電感、電容與電阻所構(gòu)成的「濾波器」，將該音路的音域范圍以外的頻段予以濾除，而只剩下所需的頻段能夠通過。所以揚聲器統(tǒng)設(shè)有幾個音路，也就會有幾組濾波網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成分頻網(wǎng)絡(luò)，分別驅(qū)動負(fù)責(zé)不同音域的單體。

另外一種做法是「電子分音」，是由訊號還在前級輸出的階段，就輸送至電子分音器，分出所需頻段的各音域，不過采用的是主動式的電子分音電路，一般說來分頻效果會比起被動分頻網(wǎng)絡(luò)要來得更好。但分頻出來的不同音路就需要個別不同的擴(kuò)大機(jī)去推動各音路的單體，因此會大幅提升揚聲系統(tǒng)的成本；通常電子分音都是由比較大型的揚聲系統(tǒng)所采用。

最后這些不同音路的單體當(dāng)然要裝置起來成為一組完整的揚聲系統(tǒng)，不過還需要進(jìn)一步考慮的，是單體前后往復(fù)震動推動空氣發(fā)出聲音，其前后的聲音是「反相」的，如果不進(jìn)一步處理的話，會在聆聽空間中產(chǎn)生彼此抵消的效應(yīng)，因此需要「裝箱」將單體后方發(fā)出的「背波」做進(jìn)一步的處理。一般說來每只單體都會有獨立的空間來處理背波，中高音若是單體的體積較小，單體出廠時就會建置密封的背腔預(yù)先處理。

所以揚聲器音箱最主要還是針對某些口徑較大的中音與低音單體設(shè)計。目前揚聲器音箱設(shè)計有兩種主流方式：密閉式與開放式，開放式的主流是低音反射式，也就是讓音箱的低音腔室容量與反射導(dǎo)管的口徑與長度經(jīng)過計算，與單體的低頻特性調(diào)諧以產(chǎn)生更大量（適量）的低頻表現(xiàn)。但密閉式的音箱容積依然要經(jīng)過考慮單體特性的計算，讓低頻可以得到最低頻率的延伸。

不過開放式的音箱并不只有低音反射的設(shè)計方式，還有諸如雙單體多氣室的Isobarik形式或是傳輸線（將音箱內(nèi)部隔成長導(dǎo)管的形態(tài)以延伸低頻頻率）等諸多方式。音箱的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)上也有諸多設(shè)計以強(qiáng)化其結(jié)構(gòu)避免產(chǎn)生共振影響音質(zhì)，最主流的材質(zhì)就是所謂的「中密度纖維板」（MDF），此種材料有價格合宜、加工容易以及效果理想的的諸多特性。當(dāng)然也有揚聲器廠家采用金屬或特殊材料設(shè)計/建構(gòu)音箱，以取得更佳的特性與效果。

以上就是典型揚聲器的構(gòu)成要素，當(dāng)然在技術(shù)上還有其他不同的設(shè)計會脫離上述的范疇，例如「電漿/離子高音」式采用放電的方式驅(qū)動空氣；「靜電揚聲器」是采用電極/電場驅(qū)動薄膜來推動空氣發(fā)音，根本沒有音箱結(jié)構(gòu)。要將電能轉(zhuǎn)為聲能確實還有諸多其他方式，不過目前技術(shù)最成熟也是最主流的做法，依然是以電磁系統(tǒng)為原理的傳統(tǒng)單體、再與音箱結(jié)構(gòu)整合的傳統(tǒng)揚聲器。

來自：musicenjoyerclub

作者：關(guān)培青