先把名詞的意義做個界定,以免誤用、誤解。
音調就是聲音的高低。單音的音調是指該音的最低頻率(基音),單音由基音和整數倍的倍音(諧波音)構成。複合音由多種頻率的基音構成,音調以該音的最強基音(主基音)呈現,其他頻率低於主基音的基音李氏音響稱為低頻成分音,頻率高於主基音的基音李氏音響稱為高頻成分音,離主基音愈遠端的高、低頻成分音愈弱,會被主基音遮蔽聽不到。自然音、樂器聲、人聲都是複合音。
音色是聲音的特色。鼓聲、鋼琴聲、小號聲、人聲、風聲、雷聲……各有可分辨的特色,以顏色比擬,猶如紅、黃、藍、綠、紫。
聲音的明暗就是聲音的尖亮和深沉,和各音色的音調是可逆的一對一對應。每種音色有與其對應的聲音明暗,音調高,高、低頻成分音結構同步往高頻移,低端成分音減量高端增量,聲音相對尖亮,音調低,高、低頻成分音結構同步往低頻移,低端成分音增量高端減量,聲音相對深沉。以顏色比擬,聲音的明暗就是顏色的「明度」或「黑白」。每一種純色都有與其對應的明度,加了白明度升高,加了黑,明度下降。
喇叭的諧波失真低不等於聲音明暗失真小
自然音、樂器聲、人聲,主基音和高、低頻成分音的結構是天然生成的,任何音色的每一個音調所對應的聲音明暗是固定不變的,但是喇叭重播音則不同,同一音色、音調,主基音和高、低頻成分音的結構會因喇叭不同而不同,會因喇叭搭配的擴大機、線材不同而不同,聲音的明暗和音色、音調不再是可逆的一對一對應。喇叭播出的大鼓聲,主基音和低頻成分音被衰減了就不深沉又量感少。人聲、小提琴聲的高頻成分音被衰減了,人聲會偏厚,小提琴聲則有所謂的「松香味」,這種失真和諧波失真是不相干的,量測的方法也不同。諧波對應的是音色。高、低頻成分音對應的是聲音的明暗對比和漸層,是音樂動態的決定性元素,是喇叭的聲音藝術成就指標。
顏色設計的黑白反差(對比)和漸層變化就是顏色的各種「調子」。從白到黑,白(亮)的是高調,黑(暗)的是低調,黑白中間的是中調。黑白反差(對比)大是長調(大動態),黑白反差(對比)小是短調(小動態),黑白反差適中是中調。
聲音的明(尖亮)暗(深沉)對比和漸層,李氏音響承襲顏色的用語稱為「聲音調子」。
自然音、人聲、樂器聲是複合音,人聲唱La,雙簧管、提琴、小號、鋼琴奏出La,不是只有單個442Hz的基音,也有441Hz–30Hz和443Hz–16kHz的基音,離442Hz愈遠端的基音愈微弱。大鼓聲的主基音若是100Hz,低一個倍頻(99Hz–50Hz)內的低頻成分音是強大的,短笛、鋼琴的高頻主基音超過4000Hz,高一個倍頻(4000Hz–8000Hz)內的高頻成分音是強大的,高、低兩端的基音是否正常播出會影響聲音的大小、明暗和音樂動態的強弱。
以2階斜率把低音單體截於100Hz,或把高音單體截於4000Hz,播音樂,我們依然可聽到各種樂器聲、人聲構成的旋律被小聲的播出,由此可証明每個樂器聲、人聲都有150Hz以下3000Hz以上的基音。
無論什麼原因造成喇叭重播音的「聲音調子」和原音不同,補償、還原這種改變就是給喇叭「調音」。喇叭「調音」有些難,需要製作喇叭的知識也要有音樂底子。抓不準「聲音調子」和音調對應關係的人,想給喇叭「調音」也無從下手,就如同很多人不知如何調「吉他」的音調。
喇叭的低頻-3dB超低播大鼓聲不深沉,很多廠商說是「好喇叭很難推」,李氏音響說「重播音的低頻成分音被衰減太多」。喇叭的高頻-3dB高達30kHz、50kHz,播出的人聲偏厚,小提琴聲有所謂的「松香味」,很多廠商說是「聲音高貴」,李氏音響則說「重播音的高頻成分音被衰減太多」。見解差異的原因是李氏音響知道喇叭「聲音調子」失真的測量方法並能控制。
用EQ測出被衰減的高、低頻成分音
重建錄音實況,用麥克風收人聲同步播放(相同於用麥克風演講或唱歌),若重播音遮蔽原人聲的中頻時同步遮蔽高、低頻,就是喇叭播出的高頻、低頻成分音正常,響度大,重播音的主基音大原音15dB時,高、低頻成分音的兩端也同步大原音約15dB,「聲音調子」失真就少,小聲播音樂,信號會很完整。
重播音遮蔽原人聲的中頻時不能同步遮蔽高、低頻,就是喇叭播出的高頻、低頻成分音衰減大,響度小,重播音的主基音大原音15dB時,高、低頻成分音的兩端大原音不到10dB,因此會人聲厚又大鼓聲播不深沉,小聲播音樂很多的信號就聽不到。
喇叭重播音遮蔽原人聲的中頻時不能同步遮蔽高、低頻,用EQ以2階左右的斜率增強5000Hz以上和200Hz以下的信號,達到重播音遮蔽原人聲的中頻時可同步遮蔽高、低頻,這個修正增量就是被衰減的高頻、低頻成分音。補償、還原被衰減的信號是喇叭調音的重點工作之一。
設計喇叭的第四個聲音元素
就自然音、樂器聲、人聲來說,音調會自變,「聲音調子」則是音調的因變數,不自變,兩者是可逆的一對一對應,共生共存,所以音調也可代表「聲音調子」不是問題。
音響重播音的「聲音調子」會因喇叭不同而不同,會因喇叭搭配的擴大機、線材不同而不同,同一樂器聲、人聲的同一音調,有N個「聲音調子」變異,有時差很大,喇叭重播音的音調和「聲音調子」不是可逆的一對一對應,所以就喇叭設計來說,「聲音調子」是和音調分離的第四個聲音元素,音調不能代表「聲音調子」。因此李氏音響以人聲為基準音,儘可能把喇叭播基準音的「聲音調子」校準,使明暗對比和漸層像真。
一個樂器調音的機遇
高二上那年,學校確定要派高二的管樂隊參加全省音樂比賽,和其他學校的高三管樂隊競技,高二對高三當然勝算低,所以我們被強度的訓練。有一天練習完,郭子究老師宣佈,星期六晚上台師大的藤田梓老師要來學校開鋼琴演奏會。郭老師講解了音樂會的禮儀,要大家去聆聽,充當壯聲勢的領頭羊。郭老師說,星期六下午他要給藤田梓老師調鋼琴。
星期六下午不上課,校園內很少人。我到學校禮堂時,鋼琴已搬定位,有幾位同學坐在禮堂講台下,郭老師和藤田梓老師則在鋼琴旁,我就上講台,坐在地上,離他們4–5公尺。對當時的我來說,郭老師和藤田梓老師都是天王級的人物,郭老師是花蓮最受人尊敬的音樂老師,吉他彈得非常好,藤田梓老師是台灣最富盛名的鋼琴演奏家。
郭老師拿出一只哨子吹,定了一個琴鍵的音,然後就彈起鋼琴,一面彈就一面停下來調絃,調完了就請藤田梓老師試彈,照藤田梓老師的意見再微調,這個微調應該和音準關係不大,可能是調整彈奏的感覺吧!1960年代中期,學校的鋼琴品級低,藤田梓老師可能不太適應。
在這麼安靜的環境又這麼近的聆聽兩位大師彈鋼琴、調鋼琴,對我來說是奇異之旅。我領悟到,調鋼琴也要有高超的琴藝,才能調出聲音流暢音樂性良好的鋼琴聲。
高二那年有兩件事無形中推我走向研究喇叭,第一,高二下去彰化參加全省音樂比賽(學校出旅費),和其他學校的高三管樂隊競技得了第五名(前5名有獎,其餘的皆第6名),同時高二合唱團也得第三各。曾經的這些訓練和美好,使我喜歡音樂,出社會生活安定了就玩音響,玩音響覺得喇叭貴又不傳真,最後自己學習製造喇叭。第二,學做喇叭時,發現喇叭聲和真實聲音常常差異很大,因為郭老師和藤田梓老師調鋼琴的啓發,發展出以人聲為基準音的喇叭聲校正方法,改善了這問題。
郭老師不曾教我唱任何一首歌,但是跟著他學習精確打拍子,就是會看譜唱歌,音樂科得到郭老師訂的天花板級分(只考打拍子),所以有機會參加管樂隊,因為這些機遇,對喇叭「聲音調子」和動態的失真就較敏感較不能忍受,才會克服各種困難,長期的探究測試和改善方法。
把2聲道喇叭調音看作2絃琴調音
2音路喇叭猶如二絃琴,3音路、4音路喇叭相當於三絃、4絃琴(提琴),琴要調絃的音調,喇叭要設定單體的「聲音調子」,這都需要對樂器演奏有一定程度的認識和長時間的練習。
2絃琴的内絃(c2)、外絃(f2)音調要校準,奏出的旋律才能流暢、正確,沒有校準,奏出的旋律就走音不成調。
2音路喇叭高、低音單體的「聲音調子」設計正確,分頻交越區的聲音明暗過渡平順,重播音像「原音」,播出的音樂才會低音深沉高音尖亮且動態大。高音、低音單體的「聲音調子」沒有正確設定,該深沉的不夠深沉,該尖亮的不夠尖亮,重播音就不會像「原音」,音樂的強弱音對比(動態)就小,小聲播音樂,很多信號就會消失聽不到。
2絃琴的内絃、外絃不是隨便安裝就能奏出正確的音調旋律,同樣的,2音路喇叭的高、低音單體也不是隨便設計、製作、搭配就會「聲音調子」正確。
正確的認識喇叭播音現象
2音路喇叭的聲音變因少,「聲音調子」失真的因素來自那個單體容易判斷,容易找到錯誤的原因做正確的修正,所以學習喇叭調音要從2音路喇叭做起。3、4音路喇叭的變因多,「聲音調子」的失真來源難正確掌控。喇叭廠若不能把2音路喇叭的音調、「聲音調子」對應抓精確,也就沒有能力控制3音路、4音路喇叭的音調、「聲音調子」對應。內行人聆聽2音路喇叭就知道喇叭廠的技術層次。
山本武夫說,輸入喇叭的信號,若未送達喇叭之前就被擴大機截割(clip),聲音的失真一定很大。又說,當喇叭的輸入不是純電阻而是含有電抗成分時,輸入阻抗必因頻率不同而大變動,擴大機就不能穩定的工作,喇叭也會在低音頻段或高音頻段產生振盪現象而使音質變差。參考揚聲器之設計與製作第12章第一段,台譯版。擴大機截割(clip)信號的失真也就是Westlake音響所謂的P.E. Distortion。
不同的擴大機有不同的內部阻抗,會對電子(音樂)信號的高、低頻產生不同程度的截割、衰減,影響高、低頻成分音結構,因此音響系統換擴大機就會改變「聲音調子」使聲音表現不同。大鼓聲播不深沉又量感少,是最常見的「聲音調子」失真現象,這種失真若視為「好喇叭很難推」就永遠無解,若從低頻成分音被衰減的角度思考就能找到失真的原因,也有測試和改善的方法。
有些擴大機的輸出有電抗成分,這會改變喇叭的頻響。喇叭本身的電抗會回逆改變擴大機的頻響,正如喇叭的電抗會回逆改變電阻負載設計的分音器頻響,參考揚聲器之設計與製作第9章3.2節,圖9.18,台譯版。擴大機頻響被喇叭的電抗改變,會同步對喇叭頻響產生增益、改變。因此從擴大機送到喇叭的信號不可能是純電阻能量,必有電抗成分的影響,設計喇叭時對這種電抗影響若有正確補償,擴大機就能穩定的工作推好喇叭,反之,擴大機就不能穩定的工作也無法推好喇叭。所以喇叭不是「有(頻響)數據有真相」。
擴大機截割(clip)高、低頻電子(音樂)信號,或喇叭的電抗回逆改變擴大機的頻響,這是無可避免的事,因此李氏喇叭設計時都有參考擴大機,整合喇叭和擴大機的相容性。
喇叭的神話
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。參考揚聲器之設計與製作第12章1.3節。
低音單體的fo點(-3dB頻點)設計太低和fo點的電抗太高,喇叭播低音的性能都會差,大鼓聲、低音大提琴聲就播不深沉又量感少,沒有解析、播出的低頻信號能量就轉變為「低音振盪」,錐盆會不斷振動產生低沉的嗡嗡聲,清晰度就差。
-3dB超低所產生的播音現象,很多喇叭廠另有解釋,他們強調「有(頻響)數據有真相」,-3dB超低喇叭播不出深沉的大鼓聲是因為「好喇叭很難推」、「擴大機不夠力」,低音振盪的嗡嗡聲,則嫁罪給空間共振,一個設計不當的喇叭就變成了全無缺點的高價名器。
喇叭的低頻振盪嗡嗡聲嫁罪給「空間共振」,消費者被誤導做吸音、擴散,甚至改造房子,實在很冤枉。沒對症下藥,錢花了問題一定依舊在,其實低頻振盪的嗡嗡聲換喇叭就會消失。李氏音響常向買家保証,喇叭若有所謂的「低頻共振」現象可以退貨還款,因為李氏音響知道-3dB超低的喇叭會有低頻振盪,不製造這種喇叭坑消費者。
給喇叭調音費時又花錢
低頻-3dB超低所產生的播音現象,擴大機截割高、低頻音樂信號的失真,喇叭、擴大機內部電抗造成的擴大機工作不穩定,都是喇叭「調音」要處理的事,改善這些問題常常需要換單體、換分音器零件,等於喇叭要重新設計、製作,花錢又花時間。產品出廠有這些錯就是廠商不具備相關的技術,要修正也無從下手,因此多以「好喇叭很難推」來矇混「喇叭不能被推好」。
李氏音響研究喇叭是先買LMS測試器、LEAP演算系統和捲線機。從1995年到2007年,捲了上百個不同電感量的分頻線圈,訂製或買市售各型單體數十個,將不同的高、低音單體交叉搭配組合,最少做了幾千次儀測、改分音器、聆聽的「嚐試錯誤」,才大致瞭解擴大機和喇叭的關係。因為有這麼大量的經驗累積,李氏音響掌控了喇叭「調音」的know how。學喇叭「調音」像學琴,是時間、金錢累積起來的。
Dynaudio老闆說:「在創廠之後的十五、十六年間,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。Dynaudio、B&W喇叭常用-3dB超低的超長音圈超長衝程低音單體,從山本武夫的論述看,當然播低音的性能差,沒有擴大機推得好。
Dynaudio老闆說得好像喇叭被擴大機害了,其實超長音圈低音單體是cost down概念產品(參考揚聲器之設計與製作第5章7節),低價的低音單體都用類似的電磁結構,只是沒把低頻-3dB設定到像Dynaudio、B&W喇叭那麼低,問題是這種電磁結構-3dB設定愈低播低音的性能會愈差。Hi Fi喇叭被建議,低頻-3dB的群遲延時間要低於20/1000秒。超長音圈設計,低頻-3dB設定愈低群遲延時間愈會超過20/1000秒,信號播出率愈低,播低音性能當然愈差。
JBL、TAD的最高價低音單體,通常是【音圈重量/音圈推力】比值小的正規的短音圈大磁路設計,-3dB群遲延時間可低到10/1000秒左右,信號播出率高,但是這種設計-3dB不會很低,還需要很厚的導磁板和T鐵,成本會大大提高。
cost down的超長音圈做出來的超低-3dB,製造廠一定不能有效播出來,所以不斷的用各種方式洗腦消費者「好喇叭很難推」。「很難推」是假,「不能有效播出來」是真。改善的方法,換短音圈大磁路單體重新設計才是正途,換擴大機換線材,多花錢而已。
若喇叭廠就是要用超低-3dB製造喇叭會播出超級好低音的假象,矇混好品質,短音圈大磁路電磁結構就不是設計選項。
人聲遮蔽率和聲音的動態壓縮現象
2004年,李氏音響在DIY ZONE網站、音響論壇發表「人聲遮蔽率」相關論述,WESTLAKE則在接受Home Theater雜誌的楊德宜先生訪問時,提出聲音的「動態壓縮」論述,兩者似乎無關連,但談的內容就是擴大機截割(clip)高、低頻音樂信號的播音現象。
電子(音樂)信號送到喇叭前,高、低頻已被前端的擴大機阻抗衰減(吃掉),當然重播的人聲遮蔽原音中頻時就不能同步遮蔽高、低頻,重播的音樂少了高、低頻信號,動態(強弱音對比)當然會被壓縮變小。兩者的論述相輔相成。
WESTLAKE老闆還說,JBL工程師可以設計出第一流的單體…………但是喇叭的整體設計卻有很多的缺失,其中最大的問題在於「高功率驅動下的動態範圍」。他指出,喇叭音量很大不代表喇叭的動態範圍就會足夠。
喇叭可以播很大聲是因為承受功率大或效率高,喇叭的動態範圍大是指強弱音對比大,這需要喇叭能完整播出音樂的高、低頻成分音,兩者的技術意義不同。強弱音對比大才能播好大動態交響樂、鼓樂、電影錄音。
JBL喇叭的缺失,B&W、Dynaudio、ELAC、Focal、KEF、DENON、MBL、ATC……等喇叭也有。這些喇叭廠對擴大機截割高、低頻電子(音樂)信號的播音現象都任其存在,不以為失真,不做補償。所以重播音的「聲音調子」和原音差異大,播大動態交響樂、鼓樂、電影音效,動態偏小,低音大提琴聲、大鼓聲都會深沉度不足又量感少,細節相對不清晰。
以人聲校準喇叭的「聲音調子」
李氏音響以人聲為基準音,對所生產的喇叭校準「聲音調子」和音調的對應。交響樂團以雙簧管的A音為標準音,讓所有團員校準樂器的音調,兩者是異曲同工。
質疑以人聲校準的喇叭「聲音調子」是否能正確播出所有樂器聲的「聲音調子」,就像質疑以雙簧管A音校準的提琴是否會正確奏出各音階,是內行人不會有的疑慮。人聲唱La,主基音是442Hz,441Hz–30Hz的低頻基音(低頻成分音),443Hz–16kHz的高頻基音(高頻成分音),都要正確播出,喇叭的「聲音調子」才會像原音。人聲的「聲音調子」正確播出,不只驗證喇叭能正確播出人聲,更是驗證了喇叭能正確播出聲音的全部頻率構成。
喇叭不認人聲或鼓聲只重播20Hz–20kHz的基音組成和諧波音組成
每個人聲和所有樂器聲一樣,都含括30Hz–16kHz的基音,音調不同是因為主基音(強音壓基音)的頻域不同,喇叭能正確重播人聲「喂」,就是能正確重現30Hz–16kHz的基音能量,所以必能正確重播同樣由30Hz–16kHz頻率構成的所有樂器聲、自然音。
喇叭重播人聲「喂」的基音組成錯誤「聲音調子」失真,重播任何樂器聲也必基音組成錯誤「聲音調子」失真。送到喇叭的信號,150Hz以下頻率被擴大機以2階斜率截割了,人聲、小號聲、提琴聲、大鼓聲的150Hz以下主基音和低頻成分音都會以2階斜率衰減,不可能只截割大鼓聲而不截割人聲、小號聲。大鼓聲的150Hz以下信號強,影響大,人聲、小號的150Hz以下信號弱,影響就小。5000Hz以上的信號被擴大機以2階斜率截割了,所有人聲、樂器聲、自然音的5000Hz以上高頻成分音、諧波音也都會呈現2階斜率衰減。短笛、鈸、三角鐵的5000Hz以上信號強,影響大,大鼓、低音大提琴的5000Hz以上信號弱,影響就較不明顯,但是大鼓、低音大提琴的聲音細節仍然會因此減弱或消失。
喇叭播出的人聲厚,小提琴聲有所謂的「松香味」,很多廠商、雜誌器評讚美「聲音高貴」,定位為「播音樂專用」喇叭,但是,這種喇叭播任何樂器聲也必聲音調子偏暗有點悶不華麗,大鼓聲、低音大提琴聲的細節都弱,小聲播音樂很多信號會聽不到,音樂動態小,播不好大動態交響樂和電影音效。
想通上述播音現象的關連,就知道廠商、雜誌器評所謂的「播音樂專用」喇叭,是播高頻成分音的性能差所以人聲厚。喇叭播高頻成分音的性能差,播低頻成分音的性能也會差,因為沒有補償高頻成分的喇叭也不會補償低頻成分音。有人認為人聲愈厚的喇叭可以把大鼓聲、低音大提琴聲播得愈深沉,不惜花大錢要搾出自己想像會有的喇叭「極限性能」,這是錢太多了。
不只擴大機的阻抗會截割高、低頻電子(音樂)信號,麥克風、線材也如此,所以音響系統換線、換麥克風聲音都會改變。WESTLAKE老闆說,「P.E. Distortion從錄音過程中便已經產生,並且融入LP或CD訊號當中,很可惜的是,P.E. Distortion一旦混入音樂訊號當中,便無法消除,僅能透過補償來降低」。參考WESTLAKE原廠故事(四)。所以設計喇叭不只要對擴大機的影響做補償,也要對麥克風、線材的影響做補償。因此李氏音響透過重建錄音實況,驗證喇叭對擴大機、麥克風、線材的補償是否正確。
喇叭廠不以人聲為校準喇叭「聲音調子」的基準音,也可選擇其他自然音、樂器聲。沒有基準音校正「聲音調子」的喇叭,無論是1000萬或500萬,都會低音深沉不到位、高音尖亮不到位、音樂動態不到位。
「聲音調子」愈像原音,就是喇叭能把高、低頻成分音播得愈完整,所以愈好推。「聲音調子」失真大,人聲厚,就是喇叭播高、低頻成分音的性能差,一定很難推。
喇叭的「聲音調子」錯了,儀測數據就是虛的
1978年,Pioneer音響研究所長(山本武夫)寫的「揚聲器之設計與製作」就說,低頻-3dB超低的喇叭會有低頻振盪現象,也就是說,這種數據常常是虛的、無效的,播不出好低音。同時間,卻有很多消費者高價買低頻-3dB超低的喇叭想播出超級好低音。消費者最好還是相信山本武夫,因為不曾有喇叭廠把自己製造的超低-3dB喇叭播出超深沉低音。
喇叭的頻響數據就只是呈現喇叭對信號的音壓反應,頻響數據要有效播出,低頻-3dB的群遲延時間要低於20/1000秒,高頻-3dB的群遲延時間要低於0.2/1000秒,而且喇叭要能補償被擴大機截割的高、低頻電子(音樂)信號。喇叭的「聲音調子」是【頻響+群遲延時間特性+補償擴大機性能】的綜合呈現,因此喇叭的「聲音調子」才是喇叭播音性能的總結。