#技術技能超級玩家#:音箱的“大喇叭”與“小喇叭”

“喇叭”,這個單詞被用於針對音箱、耳機等電聲產品時,是我國對揚聲器單元的一種俗稱。揚聲器或揚聲器單元,是針對電聲領域應用對“喇叭”的科學名稱。大“喇叭”與小“喇叭”通常是指大口徑揚聲器與小口徑揚聲器。口徑,通常是指揚聲器振膜投影面積的直徑。

為什麼說是投影面積的直徑呢?因為,它是一個揚聲器振膜大小的粗略參考,而不是一個揚聲器振膜的實際面積依據。揚聲器振膜造型有圓錐形的、球頂形的、平板形的。假如直徑都為5英寸(12。7Cm,比實際製造直徑大),那麼平板形的振膜面積可能是126。6cm^2;球頂形的振膜面積在拱高1cm條件下則可能是256。4cm^2;圓錐形的振膜面積在錐頂半徑1cm、錐形深度5cm條件下則可能是298。9cm^2。投影面積相同,因造型不同而實際振動面積不同。振動面積不同,靈敏度、聲能量等都有所不同。

社會上流傳一種錯誤的觀點:大喇叭有低音,小喇叭無低音。認為大口徑揚聲器單元能發出較低的低音訊率,小口徑發不出較低的低音訊率。理由是:大口徑對空氣的推動量要比小口徑大。這種知識上的錯誤流傳甚廣,甚至也誤導了許多“高階”發燒友。

錯在哪兒呢?

第一,空氣推動量是指能量問題,不是指頻率問題。頻率的高低與空氣推動量在物理上不存在因果關係。空氣推動量大,是指聲能量輸出大,並≠頻率低。

第二,頻率的高低是指每秒鐘振動多少次,每秒鐘振動次數越多頻率越高,反之越低。人耳能聽到的最低頻率是20Hz(這是理論標準。實際上20歲以上的人,隨著生理曲線的下滑,逐漸聽不到較低頻率,40歲能聽到30Hz的生理條件就已經很不錯了)。20Hz是人耳生理上低頻聽閾的極限。

它是怎麼聽到的呢?

人感知聲音資訊的器官主要是聽覺系統。其中,耳膜(也稱鼓膜、耳鼓)就是感知聲音的最前端(就像話筒的功能一樣收集聲音資訊)。耳膜有多大呢?一般成年人的耳膜為9mm*8MM*0。1mm(厚)。耳膜,相當於話筒(麥克風)的振膜,因外界聲波能量作用而受迫振動,耳膜背後的毛細將振動資訊傳遞給淋巴液“電解”,變成電波傳遞給大腦。“聽”靠耳膜,辨析靠大腦。“聽”不到,大腦也就不“知”。所以,如果人的聽閾是20Hz~20KHz,那麼耳膜就一定對20Hz~20KHz的頻率有所響應。換言之,耳膜對20Hz~20KHz的頻率都會產生振動。超過聽閾的次聲(20Hz以下)和超聲(20KHz以上)耳膜一概不振動,也就沒有相關資訊傳送給大腦,人耳就聽不見。

耳膜的振動面積是多少呢?8mm*9mm=72mm^2,也就是0。72cm^2。比上述5英寸揚聲器單元振動面積小了至少170倍。這麼小的面積能產生20Hz的振動?也就是每秒鐘振動週期20次。能。如果不能你就聽不到。所以說,振動面積大小與振動頻率沒有因果關係。並不是振膜面積越大頻率就越低,振膜面積越小頻率就越高。更何況許多測試麥克風振動面積也就是0。7~0。9cm^2,也能夠檢測20Hz以上的頻率。

耳膜與話筒振膜功能是一樣的,都是聲變電。話筒將聲音轉換成電流,耳膜同樣是把聲音變成電流。前提是它必須振動。聲音本來就是一種機械波,因物質機械運動產生的週期性往復能量波動。而揚聲器單元,原理與話筒相同,只是能量轉換的方向與話筒相反:話筒是聲變電,揚聲器是電變聲。電流中的頻率均會載入到揚聲器振膜的振動中。

那麼,為什麼市面上確實存在小口徑揚聲器單元低頻不如大口徑揚聲器單元的事實呢?這不是電聲原理問題,而是電聲設計與製造最佳化(取巧)問題。揚聲器單元設計,在聲學部分存在一個振動質量大頻率低,振動質量小頻率高的規律。小口徑單元的優勢就是振動質量小。也就說對中、高頻率的響應優於大口徑單元。為了發揮它的優勢,所以在設計上,往往採用揚長避短的策略。如果逆向設計,加大小口徑單元的振動質量(振膜加厚、音圈加重、彈波加厚等),也能發出較大口徑一樣較低的頻率,但是靈敏度低了,低到十分不經濟的地步。比如,我們開發一隻共振頻率26Hz的5英寸單元,經理論音箱設計可低至18Hz。但靈敏度僅有60dB,承受功率50W。如果要想獲得通常90dB靈敏度,就需要20只單元。這就十分不經濟,沒有哪個製造商會這樣傻幹。

一隻10英寸的單元,假設投影振動面積是506cm^2,是5英寸的4倍,而成本最多也就是一隻5英寸的3倍,當然選擇10英寸來達到目的要經濟得多。假如5英寸單元成本為100元,20只需要2000元,而一隻10英寸才花300元。更何況20只單元怎麼安裝?安裝面積需要多大?這一切皆成為不製造低頻小單元的理由。這就是市面上找不到小口徑低音揚聲器的原因。並不是小口徑不能發較低低頻,而是供給側因為效率問題不提供。也就是聲音效應的原因,而不是物理技術的原因。別把科學與市場混淆起來。

#技術技能超級玩家#:音箱的“大喇叭”與“小喇叭”

大口徑單元與小口徑單元投影面積對比

但理論上講,20只5英寸較1只10英寸“發燒”程度就要高很多:

第一,20只5英寸總功率可達到1000W。這是1只10英寸無可企及的。也就說20只5英寸所能表現的動態,是1只10英寸無論如何都達不到的;

第二,假設一隻5英寸與一隻10英寸的失真率均為5%(實際上大口徑失真率往往>小口徑),那麼20只5英寸的失真率僅有0。25%,<大口徑20倍。相當於1個人的負載,分流為20個人共同承擔,失真率低很多;

第三,小口徑在電聲設計上,完全可以做到音圈質量>振膜質量,這就使得音圈對振動系統的控制較為容易。在絕對控制振動系統前提下,音圈不會因振膜慣性而導致反電動勢產生對系統音質的破壞,從而提高保真度。10英寸以上等大口徑設計絕對做不到。一旦做到,靈敏度也就極低,同樣不經濟。

以上用電聲原理和市場條件闡述了大口徑與小口徑的低頻問題說明了什麼?

說明並不是單元口徑越大低頻就越好。因為“發燒”不能單單追求頻率下限、低頻下潛多深,還必須考慮瞬態、清晰等音質標準。一般而言,口徑越大,音質越糊塗(主要是振膜太重的慣性造成的)。應當把口徑越小作為前提。如果8英寸能表現30Hz,肯定比10英寸、12英寸、15英寸等低頻音質表現要好。而且,不能把低頻下限作為“發燒”重點。音樂裡面最低的頻率是鋼琴左手第一個鍵,大約27Hz。但是在音樂中極少用到,音樂價值很少。倍大提琴最低頻率E1,40。45Hz,也很少用,多用的G1以上,48Hz。交響樂大鼓大約50Hz,流行樂地鼓60Hz。所以過分強調音箱下限,就是往“商業陷阱”裡跳。

再補充說明一點:很多發燒友把影院的低頻感覺作為“標準”。其實並不是影院的音箱頻率低而產生的低頻質感,而是影院建築聲學條件決定了低頻質感。一般來說,影院音箱能做到-3dB45Hz已經很不錯了。好多都做不到。因為影院音箱為了強調電聲效率(而非電聲質量),所以採用大口徑較為普遍。口徑大,振動系統質量就大,質量大電(磁)力控制就難,失真率就高。所以類似揚聲器單元折環(懸邊)常採用布邊,硬啊,便於振膜慣性控制。由於折環硬,低頻下潛就難,也就下沉不了多少。那為什麼較為標準的影院低頻聽感質量很大呢?那是因為影院聲學環境的容積大,為低頻傳播創造了正常的聲學環境。如果你把影院音箱搬回家,其低頻質感馬上消失了。因為聲波是有形狀的。以空氣為介質前提下,20Hz聲波波長為17。5米,30Hz聲波波長11米,40Hz波長8。5米,50Hz波長6。8米。也就說影院室內空間能裝下40Hz的波長,你就容易聽到。但換一個聲學空間為2。4米*5米*7米(35m2)的家庭客廳,封閉條件下40Hz就難以聽見了,波長裝不下。所以,用於揚聲器測試的標準化無響室空間(低頻截止20Hz)是20米*12米*8米。

也就說,能不能有好的低頻表現,與你的聆聽空間有著密切的關係。如果你的家室空間(所有房間都開啟門,讓聲音能更自由發揮)不大,選擇音箱低頻還是悠著點兒。否則,瞎掰。

好吧,說是低頻需要聲學容積,那耳機能聽到較低的低頻(如45Hz)是怎麼回事呢?耳機在耳腔中容積小之又小。那是因為耳腔不可能完全密封,它存在一個與外空間聯通的空氣通道,這個空氣通道足以裝下較低低頻的波長;並且,耳機振膜離耳鼓距離太近,很小的能量就會引起耳膜的振動。所以用耳機也能聽到較低的低頻。

有很多發燒友追求低頻的震撼感。也就是酒吧、夜店那種音箱振動帶著心尖尖跟著振動的感覺。這是能量問題,不是頻率問題。也不是揚聲器口徑問題。這一點要有科學認識。從這個角度講,選擇大口徑的能量感,是迫不得已。

大口徑振動面積是小口徑振動面積的數十倍,所以傳輸能量也是小孔徑的數十倍,也因此能更容易聽到較低頻率;但大口徑失真率遠遠>小孔徑,低頻音質總是難以達標。兩者之間,擇“優”選擇吧。