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揚聲器的聲音是怎么發出來的

來源:西派電子科技        編輯:lsy631994092    2020-09-17 09:00:19     加入收藏

目前人類的科技要將電能轉換為音波,最主流的技術還是「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計制作的。 完整的揚聲器會包括幾個部份:喇叭單體、分頻網絡、音箱這三大區塊,我們就分門別類來討論。

  音響訊號是將音樂聲波的波型轉為電氣訊號的波型,所以也只要將訊號的波型同樣推動空氣就可以發出音樂的聲音。音響系統中擔任這個將電氣訊號轉換為聲音的器材,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換為音波,最主流的技術還是「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計制作的。 完整的揚聲器會包括幾個部份:喇叭單體、分頻網絡、音箱這三大區塊,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的工作原理倒過來,以電氣訊號輸入在磁力系統里音圈上的線圈,線圈會隨著訊號產生磁性變化,而帶動音圈在磁力系統中以聲音的波形運動。音圈再推動喇叭單體的振膜或音盆,以推動空氣產生音波,聲音就這樣發出來了。

  說來確實并不困難,不過要將電氣訊號盡可能地依原來應有的波形、響應等低失真的情況發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構的限制。不過現在全音域單體技術成熟發達,市面上已經有不少性能還不錯的全音域單體供貨銷售了。

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  當然要建構能發出大音量高帶寬的揚聲系統,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,質量就愈重能推動愈多空氣,但也具備更大的慣性所以反應的速度會降低,因此適合更低的頻率;反之單體的振膜口徑愈小質量愈輕的,就具備更快的反應速度,能發出更高的頻率,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音。

  當然這樣的話就要將擴大機的電氣訊號分出高低音路甚或中音路,也就是所謂的「分頻」。一般說來揚聲系統的分頻方式有兩種做法,最主流的方式就是以被動分頻網絡,將擴大機的訊號分出頻率范圍不同的音路出來。而被動分頻網絡說穿了就是被動的電感、電容與電阻所構成的「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。所以揚聲器統設有幾個音路,也就會有幾組濾波網絡來構成分頻網絡,分別驅動負責不同音域的單體。

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  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絡要來得更好。但分頻出來的不同音路就需要個別不同的擴大機去推動各音路的單體,因此會大幅提升揚聲系統的成本;通常電子分音都是由比較大型的揚聲系統所采用(還有會另文介紹的專業鑒聽揚聲器)。 最后這些不同音路的單體當然要裝置起來成為一組完整的揚聲系統,不過還需要進一步考慮的,是單體前后往復震動推動空氣發出聲音,其前后的聲音是「反相」的,如果不進一步處理的話,會在聆聽空間中產生彼此抵消的效應,因此需要「裝箱」將單體后方發出的「背波」做進一步的處理。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計。目前揚聲器音箱設計有兩種主流方式: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管的口徑與長度經過計算,與單體的低頻特性調諧以產生更大量(適量)的低頻表現。但密閉式的音箱容積依然要經過考慮單體特性的計算,讓低頻可以得到最低頻率的延伸。

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