關係喇叭播音量的儀測數據有兩個,第一是頻響音壓,第二是群遲延時間。
群遲延時間由兩個數值構成,第一是測試信號發出到喇叭完成動作發出聲音的時間,第二個是用時間數值表示的相位失真。如果喇叭的相位失真是「0」,第二個數值就是「0」。
我們假定喇叭單體都做得很好,相位「0」失真,那麼群遲延時間就純粹是喇叭的發聲遲延時間。參考揚聲器之設計與製作第5章9節及第5.48圖(大陸版)。把群遲延時間當喇叭的發聲遲延時間雖然有點不精確,但是也十不離八九,可以把繁化簡,知道喇叭的播音性能。而且大概也沒喇叭廠會認為他們用的單體做得很槽相位失真很大。
5.48圖(大陸版)解讀
5.48圖的最大群遲延時間在65Hz左右,約9/1000秒,可知PE–20大概是6吋的小喇叭,fo點約65Hz。從150Hz–20kHz發聲遲延時間都約3/1000秒,如果這喇叭的效率(靈敏度)是85dB,從150Hz–3kHz,每個頻點的音量就是85dB左右,更高頻域,發聲遲延時間太長於每個單波震動的時間,信號解析、播出率會降低,儀測音壓85dB未必真能播出等值的音量,所以喇叭播出的高音樂器聲、人聲會偏厚。小聲播音樂,高音的細節就會聽不到,甚至有很多高音樂器聲都會聽不到。
從150Hz–65Hz,PE–20的發聲遲延時間以弧線狀升高,100Hz約5/1000秒,65Hz約9/1000秒,把弧線延伸到40Hz,發聲遲延時間應該已20/1000秒。
150Hz發聲遲延時間3/1000秒,也就是每秒可連續解析、播出約333個150Hz單波信號。65Hz發聲遲延時間約9/1000秒,每秒可連續解析、播出約111個65Hz單波信號。同樣音壓測值為85dB,150Hz每秒可連續解析、播出的單波信號是65Hz的3倍,是不是65Hz的響度會較小?這就是為什麼喇叭低音總是播不深沉又量感少。
喇叭fo點數據的陷阱
長音圈設計的8吋喇叭,A喇叭fo點(低頻-3dB頻點)是28Hz,發聲遲延時間50/1000秒,B喇叭fo點是55Hz,發聲遲延時間15/1000秒。照規範,喇叭需要公佈的規格是頻寬、靈敏度(效率),不必公佈群遲延時間或發聲遲延時間。所以消費者只會看到,A喇叭fo點28Hz,B喇叭fo點是55Hz,以頻寬判斷,A喇叭播低音的性能較好。
若以時間數據看,A喇叭fo點發聲遲延時間50/1000秒,每秒可連續解析、播出的單波信號是20個。B喇叭fo點發聲遲延時間15/1000秒。每秒可連續解析、播出的單波信號是66個。依Hi Fi喇叭的建議規範評價,B喇叭播低音的性能較好。
如果A、B喇叭fo點的發聲遲延時間相同,當然fo點(低頻-3dB頻點)愈低播出的低音愈深沉也量感愈好。但是A、B喇叭fo點發聲遲延時間不同,這時就要看較高fo點(55Hz)是那個喇叭的發聲遲延時間短,較短的,從較高fo點(55Hz)–200Hz的發聲遲延時間都會短,播低音的整體性能就較好。
就物理解釋,長音圈,fo點愈低,【音圈捲幅長度-導磁板厚度】的差值愈大,也就是音圈愈重而導磁板對音圈的覆蓋率愈低,音圈的平均受磁力(推力)也就同步愈低,重的音圈弱的音圈推力,當然音圈運動速度慢,所以A喇叭fo點低,播55Hz–200Hz發聲遲延時間卻會比B喇叭長,信號解析、播出率低,播低音的整體性能反而差。
永遠不會實現的低頻-3dB數據
長音圈設計的低音單體,低頻-3dB的發聲遲延時間超過了25/1000秒,肯定這低頻-3dB的數據永遠不會被有效播出來。
照Dynaudio、B&W公佈的低音單體剖面圖比例推算,【導磁板厚度/音圈捲幅長度】約為8mm/23mm,8吋的Dynaudio Evidence旗艦、B&W 802D應該也用了類似的電磁結構,Evidence旗艦、802D的低頻-3dB分別標28Hz,34Hz,看起來好驚人,但以音圈捲幅23mm之重,導磁板對音圈覆蓋率只約35%之低,相信-3dB頻點的發聲遲延時間可能超過40/1000秒,因此喇叭無法播出和數據對等的低音,再努力50年也如此。B&W鸚鵡螺旗艦,低頻-6dB標10Hz,推算,-3dB約15Hz,發聲遲延時間可能超過60/1000秒,所以播低音的性能會很差,因為發聲遲延太久,連清晰度都會差,聲音就「軟」。
若喇叭fo點(-3dB頻點)的發聲遲延時間還少於20/1000秒,fo點設定更低,多少會讓低音播得深沉些,若喇叭fo點的發聲遲延時間已達20/1000秒,fo點設定更低只會讓喇叭播低音的性能變差,聲音清晰度不良。
40年前山本武夫就說,喇叭fo點(-3dB頻點)超低和阻抗的電抗成分高,都常產生低音的振盪現象。Dynaudio、B&W為何要用,【導磁板厚度/音圈捲幅長度】為8mm/23mm的電磁結構?頻寬、靈敏度(效率)是必須公佈的喇叭規格,群遲延則不是。超低的低頻-3dB數據可以讓消費者以為喇叭能播出超好的低音,願意高價買。看頻響數據,絕大多數人的第一印象一定認為Dynaudio、B&W喇叭廠技術超群絕倫,可以佔到行銷的制高點。除此之外實在不能瞭解Dynaudio、B&W為何要做-3dB超低的長音圈喇叭。
Hi Fi喇叭的fo點(-3dB頻點)發聲遲延時間規範
Hi Fi喇叭被建議,fo點(-3dB頻點)的發聲遲延時間要低於20/1000秒。這個意思就是喇叭每秒連續解析、播出的fo點單波信號要超過50個。這是一個相當於「合格」的規範,fo點的發聲遲延時間還是越低越好,高級喇叭最好低到10/1000秒內,才不會產生低頻振盪現象降低音響系統播低音的性能。
消費者知道Hi Fi喇叭fo點的發聲遲延時間建議規範,就可以不被無效的fo點數據唬弄,少花冤枉錢。Evidence旗艦、802D、鸚鵡螺旗艦等播不出和頻響數據對等的低音,從其電磁結構看,是時間數據不合格,並非好喇叭很難推。測試器有傅利葉分析功能,檢驗必有真相。
再解讀5.48圖
PE–20喇叭從150Hz–20kHz發聲遲延時間都約3/1000秒,高音的信號解析、播出率偏低,喇叭最好1000Hz–20kHz發聲遲延時間都少於1/1000秒,200Hz–1000Hz發聲遲延時間少於2/1000秒,高音、中音的信號解析、播出率會高一點。200Hz以下,喇叭的發聲遲延時間都會以弧線狀劇增,但fo點(-3dB頻點)的發聲遲延時間最好還是控制在低於10/1000秒,尤其是小口徑喇叭。小口徑喇叭播出清晰的低音上段就是上品了。
國際電工委員會規範的錄音頻寬是40Hz—12.5kHz ± 2.5dB。大口徑喇叭,fo點最好就設定在40Hz左右,錄音頻寬規範40Hz是-2.5dB,喇叭若只用來播唱片、影片,不唱歌,-3dB設定在40Hz以下的極低,不會多播出什麼信號。大口徑喇叭要播出深沉又清晰的低音,fo點的發聲遲延時間降到低於20/1000秒就對了,最好是低到10/1000秒左右,提升40Hz–150Hz的信號的解析、播出率,比fo點降到30Hz以下,更會真實播出好低音。
喇叭的電抗會打敗擴大機
當喇叭的低頻-3dB發聲遲延時間控制到低於20/1000秒,還播不出好低音,要解決的問題是喇叭電抗對擴大機頻率響應的干擾和改變。這是喇叭設計的最關鍵技術之一。到目前為止沒有測試器可以量測。
揚聲器之設計與製作第9.20圖(大陸版),是電阻負載和電抗負載的分頻差異圖。擴大機的儀測數據是在定電阻狀態測得的,擴大機接上喇叭時,進入電抗負載狀態工作,喇叭的電抗回逆作用,會如9.20圖的差異反向改變擴大機的頻響,使擴大機無法照儀測數據工作。被干擾、改變的擴大機頻響和喇叭頻響相互增益,千變萬化,聲音也好壞差異很大,因此揚聲器之設計與製作第12章1.3節山本武夫這麼說:「擴大機的性能要和喇叭一起工作才能看出真實狀況」。
喇叭電抗對擴大機的影響,處理方式有兩派,第一是喇叭做好後以「嚐試錯誤」的方式找擴大機搭配喇叭,JBL、Dynaudio、B&W、fOCAL、YAMAHA、TANNOY、MBL皆如此,這難免顧此失彼,再貴再高級的擴大機都會因喇叭電抗的影響推不好喇叭,所以有好喇叭很難推的說法。
第二是喇叭設計時就加入擴大機的播音參數,補償喇叭電抗對擴大機的影響。這就需要設計喇叭的參考擴大機。李氏音響、Westlake音響領先以這種方式設計喇叭。設計參考擴大機推李氏喇叭、Westlake喇叭的表現,百分之百優於推其他品牌的同口徑喇叭,低價的李氏喇叭、Westlake喇叭都會優於高價的其他品牌的同口徑喇叭。絕對經得起A/B測。
喇叭廠總是對買家說喇叭實力未發揮
喇叭廠說自家的喇叭實力未發揮,如果請問他們如何發揮喇叭的實力?什麼境界才是喇叭的極限實力?他們有沒有聽過喇叭的極限實力?一定答不出來。當喇叭的fo點設定太低,fo點發聲遲延時間超過了20/1000秒,也就是每秒連續解析、播出的fo點單波信號不到50個,這喇叭是絕對沒有播好低音的實力。