山本武夫的揚聲器之設計與製作第12章1.3節,對【喇叭+擴大機】播高、低頻音樂信號的表現有這樣的說明。
擴大機的性能是用純電阻負載狀態測得的數據表示。
喇叭的性能是以定電壓輸入情況測得的數據表示。
擴大機、喇叭的儀測數據,只是特定條件下的性能,實際使用時,擴大機、喇叭的工作條件和測試條件不相同,會產生特異現象,特別是在超高音域、超低音域產生的特異現象,會影響到可聽音頻段。例如,當信號送到喇叭時,低音域的特定頻率(大多為數Hz)會產生長時間不衰減的振動,用手按壓低音單體的錐盆,也會引起同樣的振動現象。
這種超低音的振盪現象,會因喇叭的阻抗特性變化而改變。也就是當負反饋電路變為正反饋電路後,就會有這種超低音的不穩定現象。擴大機連接的喇叭fo點(-3dB頻點)超低和阻抗的電抗成分高,都常產生這種現象。因此,擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況。高級擴大機和喇叭一起工作也會產生這種振盪現象,需要注意。
另外,在超高音也會產生相同的振盪現象。它與低頻振盪不同,不能從振膜看出,要用示波器才能發現,因為頻率高到聽不見,很容易被忽略。超高音的振盪現象會產生重播音的失真,使人感覺高音不正常,若不注意,高音單體就會損壞、斷線。
上面對喇叭超高音域、超低音域和阻抗的關係做了說明,希望擴大機不僅只証實它在純電阻負載工作穩定,也能標示在電抗負載工作的穩定性。
山本武夫特別指出,「擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況。高級擴大機和喇叭一起工作也會產生這種(低頻)振盪現象」。可見不是愈高級的擴大機可以把喇叭推得愈好。
【喇叭+擴大機】的高、低音域振盪現象
擴大機內部的電抗、電阻會吃掉(衰減)高、低頻電子(錄音)信號,也會增強高、低頻電子(錄音)信號,被增強的特定頻域,信號就形成突波,產生振盪現象。喇叭有突波,用在唱歌,突波峰值容易達到「回授」臨界點,因此會常產生「回授」嗥鳴,「回授」嗥鳴的瞬間大電流會使單體的音圈斷線。
【喇叭+擴大機】產生的振盪現象,若高頻強於低頻,用在唱歌就容易產生尖銳的「吱吱」叫「回授」,若低頻強於高頻,用在唱歌就容易有「嗚嗚」聲的「回授」。那個頻域的振盪(突波)先達到嗥鳴臨界點,就先「回授」,所以唱歌容易「吱吱」叫的【喇叭+擴大機】,也很可能存在低頻振盪的突波,只是嗥鳴臨界點較低沒有顯現。
喇叭用在唱歌、演講若常「吱吱」叫燒壞高音單體,通常是【喇叭+擴大機】有強烈的高頻振盪現象,失真就大。為了避免高音「回授」,有些設計來唱歌的喇叭,會把8kHz以上的頻率衰減一些,這樣做可減少高頻振盪產生的尖銳「吱吱」叫,但也會產生人聲厚的失真。
200Hz左右如果有強烈的振盪現象,播出的音樂低音就會振動褲管,這種低音雖然感覺很強烈,但是能量分布不均,突波群在200Hz左右,聽起來就不深沉。特定頻段的強烈低頻振盪,甚至會讓人感覺身體受到音波的撞擊。
有些頻域的低頻振盪,會在音響空間造成「嗡嗡」聲,在音響展,常聽到低頻有點「嗡嗡」響清晰度欠佳的音響系統,環繞音響如此,高價的2聲道也如此。廠商把低頻「嗡嗡」響誣賴給「空間共振」,因此喇叭用家就陷入「改造空間」及「喇叭擺位」的困擾,有人大量用擴散板、吸音板,有人甚至拆牆改房子,因為沒對症下藥,這些努力總是冤枉花錢成效有限。其實換掉喇叭或擴大機,「嗡嗡」響就會消失,也由此可知低頻「嗡嗡」響和「空間共振」無關。
音樂廳通常聲波擴散良好,幾乎無共振,現場演奏、唱歌的聲音都夠清晰,不會「嗡嗡」響,架設音響擴音就成了耳朵的災難,「嗡嗡」響不停,這更明確証明喇叭低音的「嗡嗡」響和「空間共振」沒多大關連,主因就如山本武夫所說,是【喇叭+擴大機】產生了高、低頻振盪。
優良的、沒有振盪現象的喇叭低音,是深沉且強音、弱音對比大,聽覺震撼力大,但不會感覺身體被音波撞擊或褲管被音波振動,對空間的反應和自然音相同,也就是說,在音響空間打鼓、彈琴沒有低頻「嗡嗡」聲,喇叭播出的低音就不會「嗡嗡」響。
知道【喇叭+擴大機】的高、低頻振盪會在音響空間產生「嗡嗡」響,所以李氏喇叭都針對擴大機的特性設計,技術上要求重播音對空間的反應要和自然音一樣,喇叭架設在音樂廳能不產生「嗡嗡」響,架設在適合現場演奏、唱歌的體育館和大會堂也不產生「嗡嗡」響。李氏音響常告訴買家,家庭音響空間有家具,共振不大,可以不裝擴散板、吸音板,追求裝潢的視覺美,喇叭就照空間的最大利用價值擺放,若因此會低音「嗡嗡」響,可以退貨還款。
Dynaudio、B&W喇叭常把fo點(-3dB頻點)設定得超低,山本武夫指出,fo點超低是最容易有低音振盪的設計,這種喇叭用在音樂廳擴音問題就多,所以不適合唱歌。
唱歌和【喇叭+擴大機】的振盪現象
人聲是自然音,是複波,每一個人聲最少是由20Hz–16kHz的頻率構成,只是主波群頻域不同。國際電工委員會規範的錄音頻寬是40Hz—12.5kHz ± 2.5dB,也就是說,CD唱片的人聲唱音,在製造「CD生產母帶」時,會被等化到約只40Hz—12.5kHz ± 2.5dB。
錄音室收人聲的麥克風,頻寬有70Hz—16kHz ± 3dB,也有20Hz—20kHz ± 3dB,以錄音室收人聲的麥克風唱歌直播,每個人聲的信號頻寬可能是70Hz—16kHz ± 3dB,或20Hz—20kHz ± 3dB,通常是比CD唱片的人聲頻寬大,喇叭的高、低頻信號衰減或振盪也就更明顯,所以播CD唱片人聲表現還不錯的喇叭,用在唱歌往往人聲表現不佳。用麥克風唱歌播出的電子信號是直接信號,未經「製唱片母帶」的後期處理,需要性能更優良的喇叭才播得好。
有人說,播音樂用的喇叭高音單體很嬌貴,用麥克風收音直接送喇叭播放,太粗魯,容易燒壞高音單體。山本武夫說:「超高音的振盪現象會產生重播音的失真,使人感覺高音不正常,若不注意,高音單體就會損壞、斷線。」由此可見,高音單體容易燒壞是因為【喇叭+擴大機】產生的高音振盪現象太大,並非高音單體很嬌貴。
超貴的喇叭用在唱歌若容易燒壞高音單體,這喇叭可說相對太偷工減料了。低價喇叭偷工減料情有可原,貴的喇叭不該如此。高音單體容易燒壞不是承受功率設計不夠就是喇叭的高頻振盪太強,兩者都和偷工減料有關。喇叭本身的D.F值(阻尼因數)低,是造成高、低頻振盪的原因之一。參考揚聲器之設計與製作第12.3圖。喇叭的D.F值低,主要的原因是分頻線圈的線徑太細,電阻太高。為降低製作難度及成本,貴的喇叭也會和低價喇叭一樣,用線徑約1.0mm的分頻線圈。Vance Dickason建議的分頻線圈電阻是低於單體電阻的1/20,適用的線徑,低音應該是2.0mm左右,高音應該是1.5mm左右。喇叭的D.F值高,搭配擴大機、喇叭線產生的總合振盪能量就低,因此喇叭要儘可能把分頻線圈電阻降到單體電阻的1/30以下,才有貴的價值。
喇叭用在唱歌,音色失真和高、低音振盪都容易被發現,因此喇叭廠常常以「播音樂的喇叭高音單體很嬌貴」或「播音樂的喇叭不適合唱歌」,洗腦買家不要把喇叭用在唱歌,避免喇叭重播音和原音同步放送,音色失真與高、低音振盪都無所遁形。
優良的Hi Fi喇叭用在唱歌,音色傳真又不易「回授」,好唱度絕對比舞台喇叭好,但是承受功率設計小,只適合家庭用,不適合用在舞台。喇叭用在唱歌,人聲愈原音重現就是對擴大機的特性補償愈好,播音樂就音色豐富、細節多、低音深沉動態大,這種喇叭絕對物超所值。Hi Fi喇叭不適合用在舞台唱歌不等於可以騙消費者「不適合唱歌」。
喇叭的儀測頻率響應誤差是± 3dB,很平坦,若有高、低音振盪現象,用在唱歌就很容易產生高、低頻「回授」,換擴大機改變電抗、電阻的影響,當然會改變喇叭的高、低音振盪現象,但是這樣處理常常只是A頻域的振盪轉移B頻域,或振盪音壓減弱2dB、3dB的差異而已,無法達到音色傳真和沒有高、低音振盪的穩定播音境界。
想徹底解決【喇叭+擴大機】的失真和高、低音振盪與衰減,還是要在喇叭設計時就加入擴大機的參數,等化擴大機播音參數的影響,使【喇叭+擴大機】產生的高、低音振盪現象降到最低,或使【喇叭+擴大機】吃掉(衰減)的高、低頻信號降到最少。喇叭播高、低頻的性能穩定,「回授」臨界音量提升到最大,就會有人聲遮蔽率100%的播音現象。
擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況?
我們的無法從儀測數據判斷【喇叭+擴大機】會穩定播音,還是會增強、衰減電子信號的高、低頻。因此山本武夫說,「擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況」,還說:「高級擴大機和喇叭一起工作也會產生……振盪現象」。
效率90dB/1W/1m的喇叭,以100dB/1m的音量聆聽音樂,1000W的擴大機需要輸出約10W功率,80W的擴大機也需要輸出約10W功率,都在低失真輸出範圍內工作。至於喇叭搭配那個擴大機低音播得深沉量感好,擴大機多一分功率不會絕對多一分低音,這就是山本武夫的無解。
高級擴大機、大功率擴大機不一定推得好喇叭,因此山本武夫希望擴大機能標示在電抗負載下的工作穩定性。就實務看,擴大機推A喇叭表現不好未必推B喇叭也表現不好。所以擴大機在電抗負載下的工作是否穩定應該不是問題,問題應該是喇叭的電抗負載是不是適合擴大機工作。
喇叭的電抗負載適合高級擴大機工作,【喇叭+高級擴大機】得A級分,喇叭的電抗負載適合普通擴大機工作,【喇叭+普通擴大機】得B級分,喇叭的電抗負載不適合高級擴大機工作,【喇叭+高級擴大機】得C級分。所以百萬喇叭搭配百萬擴大機播出的低音,常常比五萬喇叭搭配五萬擴大機不深沉又音樂動態小,喇叭廠以價論聲以頻響數據論聲,不告知消費者,喇叭和擴大機有性能不相容的問題,fo點(-3dB頻點)太低會產生低頻振盪讓擴大機不能正常工作,因此有「好喇叭很難推」的神話,把喇叭設計的錯誤誣賴給擴大機。
喇叭搭配不同的擴大機表現不一樣,從喇叭本位的角度看,也就是先設定喇叭「有數據有真相」,當然結論就是「擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況」。反過來說,擴大機搭配不同的喇叭表現不一樣,先設定擴大機「有數據有真相」,是不是得到的結論是「喇叭的性能要和擴大機一起工作才能看出真實狀況」?
以喇叭本位或擴大機本位的立場看擴大機和喇叭的關係都是偏頗的,擴大機工作的電抗負載來自喇叭,合理的說,擴大機在電抗負載工作產生的問題,應該是從設計喇叭來解決。
等化【喇叭+擴大機】播出的高、低頻
為使【喇叭+擴大機】不衰減高、低頻電子信號,不產生高、低頻振盪,李氏音響、Westlake音響在設計喇叭時都加入擴大機的元素,補償、等化擴大機內部電抗、電阻對電子信號的影響,因此有設計喇叭的參考擴大機,而且公佈給消費者知道,做喇叭搭配擴大機的參考。
喇叭的電抗負載適合擴大機工作,對擴大機的播音參數補償正確,用麥克風收人聲直接重播,喇叭重播音遮蔽原人聲的中頻時就會同步遮蔽高、低頻,有人聲遮蔽率100%的播音現象,而且「回授」臨界音量高,不容易產生「嗥鳴」。
正確的喇叭設計邏輯就是為擴大機設計擴大機推得好的喇叭
喇叭和擴大機的搭配關係是互為自變數也互為因變數,所以音響系統換擴大機、換喇叭都會聲音不一樣。喇叭設計時若沒補償擴大機對高、低頻電子信號的影響,製造好後要憑「嚐試錯誤」的方式找到可以推得好的擴大機,真的難,Dynaudio老闆就說,「在創廠後的十五、六年間,我們嘗試過找尋許多不同的擴大機來搭配我們的喇叭,可惜都無法讓我們完全滿意。」參考新視聽134期125頁。
山本武夫說,喇叭fo點(-3dB頻點)超低和阻抗的電抗成分高,都會產生低頻振盪,Dynaudio、B&W喇叭都把fo點(-3dB頻點)設定得超低,當然很難有擴大機推得好,高級擴大機也會被打趴。
喇叭是音響系統的終端,從這個角度看,正確的邏輯,喇叭設計要遷就、相容擴大機的特性,讓擴大機的性能充分發揮,喇叭也會因擴大機性能的發揮,重播音優於其他同級產品。
喇叭的設計沒有遷就、相容擴大機的特性,【喇叭+擴大機】使擴大機不能正常工作,擴大機也就推不好喇叭。
喇叭是在定電壓輸入狀態測試在非定電壓輸入狀態工作
喇叭在定電壓(2.83V/1W)輸入狀態測試。擴大機的輸出功率升高,電壓會升高,輸出功率降低,電壓會降低,所以喇叭是在「非定電壓」輸入狀態工作。定電壓輸入狀態的測試值未必能在「非定電壓」輸入狀態實現,而且喇叭播高、低頻的性能受本身阻抗和高、低頻發聲遲延時間的影響,也受擴大機阻抗的影響,因此喇叭的頻響數據未經實播驗証之前,絕對不能說「有(頻響)數據有真相」。
「有(頻響)數據有真相」是每家喇叭廠努力的目標,數據的實踐驗證是製造廠的責任,並且要公佈實踐驗證的學理和所搭配的擴大機,讓用家可以複製,這是科學也是保障買家權益。李氏喇叭是以人聲遮蔽率測頻響數據能不能在「非定電壓」輸入狀態下實踐。
以錄音室用的麥克風收人聲直播,喇叭重播音遮蔽原人聲的中頻時若同步遮蔽高、低頻,而且重播音和原人聲音色相近,這才認定喇叭的頻響數據能在「非定電壓」輸入狀態下實踐。技術的意義就是喇叭重播音大原人聲中頻15dB時大致上也大高、低頻15dB,全頻實播音量差和儀測音壓差大致相同。喇叭重播音遮蔽原人聲的中頻時不能同步遮蔽高、低頻,就是喇叭的頻響數據不能在「非定電壓」輸入狀態下實踐,實播音量中頻強高、低頻弱。
如何實播驗證喇叭的頻響數據,製造廠提不出來,喇叭可能是偷工減料了,可能是有類似山本武夫說的阻抗與頻率振盪問題,可能是音圈太重電磁力相對太弱導致高、低頻發聲遲延時間太長,信號解析率太低,所以頻響數據再好也不能說是「好喇叭很難推」。
喇叭的頻響數據和播音現象不同,就像陸上測試優良的電磁彈射系統裝在航空母艦不能穩定彈射飛機,是工作條件比測試條件嚴苛常發生的現象,沒有人會以陸上的測試說電磁彈射系統「有數據有真相」。測試數據不能在工作條件實踐,就要修正設計或排除實踐數據的障礙。Dynaudio找不到擴大機推好他們的喇叭,也就是提不出數據可以實踐的實播驗證,消費者就更做不到。
Hi Fi喇叭用在家庭聽音樂、唱歌、看影片和品檢
Hi Fi喇叭的設計重音質,舞台喇叭的設計重耐操。Hi Fi喇叭若設計正確,在20坪(約65平方米)以下的室內空間聽音樂、唱歌、看影片,每個領域的音質、音色、動態表現都會勝出。
喇叭用在唱歌,重播音和自己的音色不同就是失真,容易產生「回授」就是有高、低頻振盪,感覺重播音遮蔽自己歌聲的中頻時不能同步遮蔽高、低頻,就是擴大機的電抗、電阻吃掉(衰減)了高、低頻電子信號,喇叭不能補償、還原。Hi Fi喇叭偷工減料或設計錯誤,就會發生上列的性能「不適合」、「不及格」現象。廠商不會承認偷工減料或設計錯誤,他們說的是「有(頻響)數據有真相」、「好喇叭不適合唱歌」。
高價的歐美喇叭,常用偷工減料的超長音圈設計,製造-3dB超低的喇叭,讓消費者相信喇叭會播出超級好低音。這樣做,低頻-3dB的發聲遲延時間會超長,甚至超過40/1000秒(Hi Fi喇叭的建議規範是低於20/1000秒),每秒能連續播出的-3dB信號不到25個,信號解析率太低,用在唱歌,重播音的音色和自己的歌聲一定很不同,失真大,低音不飽滿,唱歌就很吃力。
喇叭低頻-3dB的發聲遲延時間超長,低頻信號解析率低,沒有解析出來的100Hz以下能量,通常就被擠壓移轉於100Hz以上發散,形成嗡嗡響的振盪突波,播交響樂、鼓樂就不會有清晰、深沉的低音,動態也小。
山本武夫告訴我們,喇叭-3dB頻點超低或-3dB頻點的阻抗峰值太高,搭配任何擴大機都容易產生低頻振盪現象,因此李氏音響不設計fo點(-3dB頻點)超低的喇叭,也儘量把fo點的阻抗控制在合理範圍,讓擴大機可以推得好喇叭,平順的播出100Hz以下的低音。
用手機下載的軟體測喇叭播的音樂
有人用手機下載軟體測喇叭播的音樂,和我們說,XX名牌喇叭的儀測數據是騙人的,高音信號只有13kHz左右,和標示的數據差很大。我們告訴他,名牌喇叭標示的數據通常都很真。測喇叭要照規範以正弦波測,測試信號從10Hz–40kHz是恆定能量,收音麥克風的誤差要等化歸零。
用手機下載的軟體測喇叭播音樂,音樂信號有強有弱,收音麥克風的頻響誤差也沒有等化歸零,這樣的測值可以參考,不能用於設計喇叭或檢測喇叭性能。國際電工委員會規範的錄音頻寬就是40Hz—12.5kHz ± 2.5dB,所以XX名牌喇叭播出的音樂高頻信號只13kHz左右,是正常現象。
屏東音樂廳和柏林交響樂團
柏林交響樂團大約來50團員在屏東音樂廳演奏,大鼓、定音鼓、低音大提琴、鈸都聲音乾淨清晰富有衝擊力,沒什麼低音嗡嗡響的問題,整體音色溫暖好聽,終場,聽眾起立致敬,掌聲如雷,這場景真是難得一見的盛大震撼。但是屏東音樂廳每次架設音響擴音的演出都欠佳。
爆滿的海莉演唱會,架喇叭擴音,聽起來人聲唱音不自然,令人有點不舒服,這也許是用EQ衰減高、低音減弱喇叭嗡嗡響的後遺症,沖著「純淨美聲夢幻天籟」廣告詞來聽的人,恐怕都失望了,所以終場掌聲和柏林交響樂團得到的差很多。海莉這場擴音還算是好的,多數時候情況更差。小野麗莎的演唱會評價不高,或許是小野麗莎被音響困擾,唱歌的情緒低落吧!
柏林交響樂團可以演奏出好聲音,當然是屏東音樂廳的空間聲響效果良好,殘響適當共振低,因此在這裡架設喇叭擴音產生的問題就不是空間的問題了。減弱音樂廳擴音的嗡嗡響,要用EQ衰減高、低頻音量,這會影響聲音的相位。高、低音受壓抑,相位偏移,聲音聽起來就不舒服。
不用懷疑,所有聲響效果良好的音樂廳,若由節目商架設喇叭擴音,多數時候,不是有嗡嗡響的聲音就是有消除嗡嗡響引起的不舒服感覺,而且節目商不同架設的音響不同,嗡嗡響的振盪現象和不舒服的感覺就不同。解決的方法,就是找高手設計喇叭,讓喇叭重播音對空間的反應和自然音相同。