详解全频带扬声器 作者：邱立祥（台湾） [复制链接]

详解全频带扬声器 作者：邱立祥（台湾）
南璋之 转贴 发布于： 2008-03-21 16:03
本文作者为台湾的邱立祥先生，文章措辞均为台湾习惯
文章中有许多不同于大陆同行的观点，相当新颖。
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　　为什么连二期“音响知识进阶”都在谈喇叭单元？简单，因为你听到的声音就是发自单元。无论用了多么厉害的音箱（或不用音箱），和多么完美的分音器，若是少了好单元，一切还是白搭。所以单元是很重要的，这点应无庸置疑。
　　那么，一个中音单元，高不上低不下，有什么了不起？但有很多人都说中音是音响发声最重要的频段，这我举双手赞成。如果你曾像我这么无聊，尝试用单独一只高音单元听蔡琴唱歌，或用单独一只低音单元听帕格尼尼的小提琴曲，就会深切的体认到中音单元的可爱。我想你也会同意，若强迫你只能用一个单元听音乐，你一定会选一个看起来长得像中音单元的东西。原因无他，因为你知道（或猜想）它会发出中音域的频段，而我们地球人的听力主要就是在这个范围内，音乐的构成主体也是在这儿。
　　中音单元的设计
　　上回说的“一指蒋”高音的概念，可以继续延伸至中音的范围，因为任何发声单元都可以解构为发声振膜、振膜悬挂以及驱动系统。只不过因为工作频段的不同，这些构成要素在这么多年的演化下渐渐演变到一个特定范围的大小。然而，其形状和材质等却有较多的变化，尤其是振膜材质，近年来可说是花样百出。
　　我们就先来一一检视：
　　纸盆振膜
　　这应该算是最古老的材质了。简单的说，把纸浆悬浮液流入事先设计好的盆型网状模子上，纸浆便沉积其上，将沉积至适当厚度的纸浆抄出，再行干燥等后续加工处理，便成了一个纸盆振膜。而其中纸浆的成份，如纤维的种类、长短，及填料成份，和抄纸的制程及后段处理方式（如风干或热压等），都会影响最后成品的特性，也直接影响了发声特性，这些当然就是各家不外传的商业机密了（注1）……。
　　（注1：多年前曾读过一篇洪怀恭先生现身说法所写的一篇有关纸盆制作的文章，除了浩叹纸盆所含的学问博大精深之外，更令我深深佩服洪前辈的研究精神。我在本文中轻描淡写的几句话，可是无法道尽多少年来先贤先烈们流血流汗所累积的精髓。）
　　一般来说，纸盆的声音特性为平顺自然，明快清晰而不神经质。因为内含无数的纤维相互交织，因此在其中传递的能量可以很快被吸收掉，形成很好的阻尼，因此在发声频域的高端造成的盆分裂共振不明显，滚降的截止带也就很平顺。这可说是一种很好的特性，因为这样就可以用很简单的分音器，不需额外的剪裁，系统的整合也就很健康。
　　另外，纸盆的刚性颇佳，对于瞬时反应和听感的细节表现有很好的成绩。别看手边常见的纸张都是软软的，在适当的形状和厚度下，纸的刚性是能够做得很不错。再者，若设计和制作得当，纸盆可以做得很轻，比最轻的塑料振膜还轻15％以上。虽比起最新的高科技合成纤维材料，纸质还是稍重了点，但其实相差不大，因此发声效率高。audax的6.5吋纸盆中音pr170系列，效率便高达100db/w。
　　纸盆可能的弱点是其特性会随环境湿度而变化，因纸吸收了湿气后其密度会变高（变重）、刚性会变差（变软），所以发声的特性也会受影响。至于这样的改变是好是坏也很难说，英国的lowther俱乐部成员便宣称在下雨天时，家里的lowther喇叭特别好听。
　　较令人担心的应该是干湿循环次数多了之后，可能会造成材料本身的疲劳，进而改变其原本的特性。但君不见许多古董纸盆单元在工作了数十年后还是照样唱得很好，所以这种情况应该还算轻微而渐进，有点像是熟化后进入另一个稳态的阶段，对我们用家来说应该是不成问题才对。
　　近年来生产的纸盆单元，有一大部分便在这方面有各种改善的方式，使纸盆的特性可以更加稳定。常见的有表面涂膜，或是在纸质配方上作文章，有些厂家就宣称他们的纸盆能防水，从某些户外用的pa喇叭看来，应该有相当的可*度。当然，就像先前提到的，对于这类事情，我们一般人顶多看看热闹，要瞧出门道就不是那么容易了。另外，千万别把纸盆的悠久历史和“落伍”划上等号。若以整体音响产业的视野来看，纸质锥盆喇叭单元所占的比重稳居各类单元的首位。不信瞧瞧你家的电视、手提收录音机、床头音响、计算机……等等，是不是大部分都采用纸盆单元的小喇叭？你说，嗐！这些东西怎么能跟我的高科技high-end喇叭相比！但换个角度看，若这些“次级品”都换用非纸盆单元，保证更难听，而且更贵。这是因为纸盆这种材料可说已经发展得相当成熟，所以能够获得很好的成本效益比。再者，更有许多经得起时间考验的传奇老喇叭和超级制作的新世代霸主都有纸盆的身影：we/altec
　　755a全音域、goodman axiom　80全音域、altec a5/a7、ar3a、lowther全音域、tad……等等族繁不及备载。一些热爱此道的资深玩家更是直接了当的说：“给我纸盆，其余免谈！”很多人也认为，将纸盆的制作称为科学还不如说是一项艺术，足见其引人入胜之魅力。
　　塑料振膜
　　因石化工业的发达，在我们日常生活环境中便随处可见塑料制品，低廉的原料和加工程序简便自然就获得了各种产业的青睐，其中当然也包括音响工业。
　　这里说的塑料振膜，是指用塑料射出成型或其它方式做出的一体成型锥盆，最常用的材质应属聚丙烯（polypropylene，简称pp）。这种pp材质，我们最常接触到的应该就是微波炉用容器和保鲜盒一类制品，都是属于射出成型的。另外，常用于各类纸箱外加强用，黄色或灰色的打包带也是由聚丙烯纤维制成。由此我们可以体认到一件事，这种材料实在是非常的强韧。多数高分子聚合物的物理特性便是韧性特强，因为分子结构巨大且排列不规则，所以机械能在其中传递时会很快的被吸收消耗，阻尼特性很好。这项优点和纸盆类似，就是高端的滑落很平顺，除了听感上柔顺自然外，能够使用低阶、简单的分音器也是一项利多。我们可以从许多欧系二音路小喇叭上感受到这些良好的特质，
　　proac所采用的6.5吋透明pp振膜的scan中低音单元，就可称之为这类单元当中最佳的典范。
　　然而，相较于其它振膜材质，pp的刚性不甚佳，质量也较重。虽然用保鲜盒往脑门上k下去是很痛，但并不表示它在微观的高速小范围运动下就有很好的刚性，而这样的工作条件才是我们在单元振膜选用上所在意的。
　　pp材质较弱的刚性造成了高速微动作时（高频段工作时），音圈发出的动能无法完全且一致的传达到整个振膜，也就是发生了“盆分裂现象”。虽然有良好的阻尼止住了盆分裂共振，但毕竟已无法作完美的活塞运动，失真率相对提高，听感上便是柔顺有余，解析力及动态却不足，有些以8吋pp振膜中低音单元为基础的二音路喇叭，
　　会在中音到中高音域容易出现迟缓呆滞的症状，病因便在此。若在低音部份不要太贪心，选用较小口径的单元，便可在某种程度上减轻这样的问题。因为雪上加霜的是在大面积下要做到足够刚性所需的厚度相对较大，整体质量便水涨船高。所以，另一方面你也找不到高效率喇叭是采用pp振膜的单元。
　　虽不像纸盆那样有吸水气的问题，但pp振膜会有随温度改变特性的倾向。幸好这点应该不至于困扰我们，因为就像纸盆和湿度的问题一样，这样的变化应属缓慢而渐进，就别太担心了！
　　综观以上，pp好象因为刚性较差和质量较高的关系而不适于制作振膜，其实应该说是看我们如何在诸多妥协下作取舍了。就像前面提到的scan单元，虽然用上被我批评得很惨的pp振膜，但一样还是可以做出很成功的产品，整体表现一样很出色。
　　或者，更积极的作法是对这种材质加以改良，也就是以pp为基础，再混入一些添加物，以加强其刚性。这个动作的确能带来一定程度的改善，使得制作出来的单元在动态、失真率、细节表现，和发声效率上都有不同程度的进步。如dynaudio和infinity/genesis都有采用此类处理的单元，虽然混入的添加物和制作方式不尽相同，但成效都颇明显。
　　另外，既然石化原料和射出成型是这么的方便，所以当然有人会开发不同于pp的新材质，如bextrene、tpx，或neoflex的材质，其化学成份不详，虽看起来和pp很像，但这些材质的较佳刚性和较低质量能带来更好的动态及解析力，你应该能从各家喇叭的广告和型录上看到上述的材质，不妨有机会时验证一下。
　　金属振膜
　　既然刚性较弱会导致动态和解析力的缺失，那么利用高刚性的金属材质来制作振膜，应该会得到很好的效果才对。若不谈号角喇叭用的压缩驱动器，一般能看到用于直接放射的中音或低音单元所用的金属材质，应属铝金属或其合金产物为最多，最大的优势便是刚性很强，在一定范围的工作条件下不会变形，其结果便是很低的失真和很好的细节解析力。但是刚性强的另一面便是内损低，就像我上次提过的“一指蒋”高音一样，能量不会被振膜材质本身吸收，所以发生盆分裂时会有很明显的共振峰出现在频率响应的高端，若不妥善处理，就很容易出现“金属声”。
　　所谓妥善处理，首先可以在分音器的设计上尽可能将此共振峰压制，也就是把共振峰安排在滤波的截止带或以外，让进入单元的讯号不要含有会激起高频共振的频率，于是共振峰便会被分音器所“隐藏”起来，我们就不会听到金属声了。为达此目的，通常必须要采用至少二阶以上的分频斜率，才能有效滤除；若用一阶，斜率太缓，不足以有效压制。若再把分频点往低端移动，又会牺牲掉可用的频宽，这样的作法不太健康。因此，高阶分频和慎选分频点是采用金属振膜单元所必须特别注意的。
　　或者，相对于消极的避让，也可积极的改进缺点，那就是加强振膜的阻尼：三明治夹层结构、涂布阻尼物都是不错的方式。市面上这类的产品已经愈来愈多，其中也不乏相当成功的例子，如上一期“彻底研究”介绍的elac，或是声音和价钱都很高贵的瑞士ensemble。
　　除了高频共振不好对付之外，振膜重量是另一项不利因素。因为成本的关系，还没见过用钛金属制作的中音单元。所以，金属盆的中音或低音单元虽可在强劲驱动下表现出色的动态，但整体的发声效率事实上还是偏低，一般需要较大的功率来伺候。
　　合成纤维材质
　　历来似乎最先进的材料都会先用在杀人武器上，真是好斗成性的人类之最大悲哀，要是拿来用在音响上让大家聆赏音乐，岂不是一片祥和？在硼碳纤维及蜂巢式三明治结构应用于战斗机上获致极佳成效的多年以后，才有人将这类的材料用在音响上。
　　既然是航空级的材料，当然就兼具了质轻和高强度的双重优点，可以做到比纸还轻，刚性比金属还强，而且强度不只超过铝很多，甚至还高过钢铁（注2），用来制作喇叭单元的振膜应该是再理想不过了！所以各家制造kevlar或碳纤维单元的厂家，无不用力的标榜其高刚性、低质量、还有高阻尼的特性。前二项优点是成立的，但自体阻尼这一项则要视条件而定，并不一定就比较好。
　　（注2：这是指其它的成形方式所能得到的最佳成果，并不是指薄薄的单元振膜可以会你家的菜刀还硬，至少目前还做不到。）
　　若没有妥善处理，这类高刚性的人造纤维会和金属盆面临类似的问题，也就是高频盆分裂共振。虽不至于像金属振膜那么严重，但这个盆分裂共振的确存在，也轻易地达到扰人的程度。在没有妥善处理之下，听感上容易造成硬质的中频上段和高频下段，更厉害些便开始刺耳了。我在几年前曾读到一篇器材评论，其中主笔对kevlar中音的表现便是颇有微词。
　　在加强阻尼处理（如三明治夹层或涂膜等），加上适当分频的条件下，这类单元就能够展现非常好的细节解析力、停动自如的瞬时响应、极佳的大动态及微动态，而且这些好表现只需一点点的功率。如focal的audiom 7k，采用kevlar及聚合物发泡三明治夹层振膜加乳胶涂布，效率可达98db/w，即使稍逊于audax纸盆的100 db/w，也算表现相当突出了（注3）。
　　（注3：比较一下这二个单元的资料，发现focal audiom 7k的磁铁明显较大（1132g vs. 880g），振动部分质量也较低（7.3g vs. 9.1g），结果发声效率还是比“火力”较小的audax低，可见其它环节如悬挂顺服性、磁路系统的设计、音圈、振膜形状……等还是有许多的学问和妥协。）
　　在较常见的carbon和kevlar fiber单元制品以外，另有一种特殊的人造纤维振膜在数年前问世 ─ had（high definition aerogel），由audax所推出，使用压克力聚合物凝胶和多种合成纤维（包括carbon及kevlar）所制成（注4），特性表现极佳，由测量上可看出非常好的瞬时响应，失真极低，同时又能得到平滑的高频滑落特性，完全没有出现高频共振峰，目前的制成品虽在发声效率上不如纸盆或kevlar，但应该是磁路系统的设计企图心造成的差别，而其它项目的实力确也不容小觎。swans请来stereophile名主笔martin colloms所设计的三音路allure便采用了此种单元，我自己的短暂聆听经验是轻松自然有如上好的纸盆单元，解析力及动态表现又更加的现代化，听不出任何不良的僻性，称得上是非常成功的单元设计（当然，系统整合得当也应记一功）。
　　（注4：这种凝胶与纤维的混合制程非常特殊，从制程的初期到完成，凝胶的体积会缩小至原来的十分之一。更妙的是，在此过程中聚合键结的长炼状分子会顺着事先加入的纤维而成长，所以其分子排列方向是可控制的，极佳的刚性和自体阻尼便由此而来。）
　　其它材料
　　其实，除了上述的四大类材质外，其它还有很多质轻强度佳的材质皆可制成喇叭振膜，如玻璃纤维、赛璐络纤维、石墨纤维、电木、丝质纤维、发泡聚苯乙烯、各种发泡塑料，以及真空烧结精密陶瓷……等，其中许多材料都大有可为，有些适于做高音，有些适于做中音，有些适于做低音，有些高中低音皆宜，各擅胜场。
　　甚至还听过在日本有人研发出一种利用某种特殊的植物（就是霉菌啦），顺着设计好的模子，“长”出一个锥盆来！据称其发声之自然超乎任何材质。不过，我想这样的逸品应该是很难导入量产，因为成本实在太高（时间成本）。
　　（在此要提醒一点的是，很多单元的振膜会做得让你看不出到底是什么材质；或反过来说，做得『很像』某种材质。基本上，这已几近仿冒行为，身为无助的消费者，我们只能小心为上）
　　磁路系统
　　看过了形形色色的振膜，我们再来看看磁路系统。前二期陈运双先生已介绍了许多的磁铁材质，在此便略过，而将讨论重点放在磁路系统的整体设计上。严格说来，磁路系统应包含音圈的部分，而不是只有磁铁和磁极结构，因为它们是一起动作，也应该在设计时一并考虑。
　　简单的说，音盆之所以能动作就是*音圈，而音圈的动作是*其中电流变化的改变所产生之磁力与磁铁、磁极所产生的固定磁场相互作用而动作，这个原理大家应耳熟能详。其中，音圈的设计和磁隙的宽度、长度等有许多值得探讨的地方。
　　音圈设计顾名思义，音圈就是发声用的线圈，是由漆包线加上特殊接着剂紧密整齐的缠绕在音圈筒上而成。漆包线的材质有铜、铝、银或其它合金，其横截面的形状大多做成长方形或六角形，以期能够达到最大的缠绕密度，也就是说在一定的音圈长度（注5）下能绕出较多的圈数，而较多的圈数便意味着更大的磁力，驱动力也就更好，音盆的加速度系数也就更高，结果便是能有高效率、大动态的能力。以扁线音圈来说，若横截面的形状做成长宽比1:5的扁长方形，绕制时以短边*在音圈筒上，做出来的音圈将可提供比圆形截面的音圈高出30％的加速度系数、效率和动态。
　　（注5：音圈长度是指绕好的音圈在轴向上的长度，而不是绕线展开的长度。）
　　音圈绕在音圈筒上，其压力总和是非常可观的。你可以做个简单的实验：用一段细绳（缝衣绵线、尼龙钓线或牙线皆可），使三分力气密密的绕在手指上，绕上十圈就好，看看有什么结果？相信不用几秒你就会急着将它松开。有些单元的音圈在高张力的缠绕下，对音圈筒所施加的总压力可达到以吨计！所以音圈筒必须是要非常的强固，同时，为抵挡音圈的发热，音圈筒也要相当的耐热才行。一般是用铝（合金）、kapton，或其它质轻、高强度且耐热的材料来制造圆筒。一些较讲究的厂家会将绕好的音圈组合做多重热处理，以达到更佳的稳定性。
　　klipsh的jim hunter便曾在“speaker builder”的专访中提到，他们曾收到顾客送修的喇叭，其中高音号角驱动器已从烧熔的塑料质号角喉部掉下来，可见当时整个驱动器实在是烫得不可开交，但拆开后其中的音圈组竟然还是好的！
　　音圈尺寸的决定存在着两难，若求驱动力以达到高效率及大动态，大直径的长音圈应该能担当大任；但这么一来，重量增加，电感量也增加，又将不利于瞬时和高频响应。而长音圈便代表了音圈只有一部分被磁隙涵盖，如此磁隙中的磁场对音圈的控制力较弱，也较容易被音圈产生的磁场所调变，造成失真较高。若音圈做得很小，虽本身很轻，但驱动力又太弱，达不到理想的发声效率和控制力，承受功率也受限。所以，音圈的大小和振膜面积、形状，及磁铁的磁力大小等因素应该要有一个最适化的妥协。
　　磁铁及磁力系统
　　再来看看磁铁及磁极的结构。传统上喇叭单元中的磁铁都是轴向极化，也就是磁铁的两极方向和空心圆柱形磁铁的中心轴方向平行，然后再使用导磁材料做成的磁极将磁力线引导至磁隙中，构成回路。而音圈动作所需要者便是磁隙中的径向磁场，也就是磁场方向平行于半径方向，呈向心收敛或离心放射。磁隙中的总磁力强度和磁束密度便是源自于磁铁的磁力，而这其间和磁铁种类、大小有关。绝大多数单元采用的磁铁便是铁氧陶瓷磁铁（三氧化二铁），因为这种材质的抗温度变化力很好，对抗反充磁的能力很强，机械强度和抗蚀性也佳，最重要的是成本低。但缺点是获得单位磁力强度的体积和重量都很大，所以为了要达到高效率，你总会看到巨大的磁路结构。高音单元或号角驱动器就不用说了，磁铁的直径一定比振膜大得多。而有些6吋到7吋的中音单元，其磁铁直径也可做到和振膜差不多大。甚至有些专业的10到12吋的中低音，磁铁直径也和振膜一样大！
　　高磁力是我们所希望的，因为它能带来高效率、高动态、高控制力等好处。但是大体积的磁铁除了看起来比较雄状威武，其它便不见得有什么好处，甚至于对音波的传播会有一些不良影响。因为巨大直径的磁铁直接挡在振膜后方，背面的音波就只好从四周的侧面挤出来，有一部分还会直接被反射回振膜。若这个单元又是固定在很厚的障板上，情况就更雪上加霜了，因为振膜和磁铁间的距离也许和障板厚度差不多，若无额外的加工处理，那么背波就会从剩下的一圈窄缝间“喷出”。此时振膜背面所面临的，就是很强的近距离反射波和剧烈的压力变化，对整体的频率响应和失真都有很严重的不良影响。
　　所以若是用上了磁铁结构特大的单元，就必须要将障板的内面做适当的加工，削出信道让背波可以顺利导
　　出，如theil的喇叭就有这类处理。或者就使用高强度而较薄的金属障板也可避开这个问题。其实，更进一步看，单元的框架设计同样也会面临类似的难题，像旧式以铁板冲压成型的框架，就有着较宽的支撑部分，若同时又和音盆本身*得很近，就会增加背波的反射而造成音染。新的铝质铸造框架则能做出较为理想的形状，同时兼顾强度、美观，及低音染的实用性。
　　或者，使用高磁力小体积的磁铁来使单元背波得以充分地舒展。大约五年前，vendersteen（注6）推出的三音路喇叭中所用的中音单元便是特别向vifa订制，采用小型的neodymium磁铁。而wilson benesch的旗鉴bishop，因为采用特殊的面对面isobaric低音设计，单元的磁铁直接朝外，所以除了采用更新的强磁小型化镍铁硼磁铁，磁极还做成圆弧流线形，就连框架也在高强度的前题下做到了最小的正投影面积，解决先前提到的问题可谓面面俱到。而我多次提到的传奇性全音域单元lowther，虽问世已数十年，一样很细心的注意到这个问题。虽然lowther所采用的磁铁很大，但在形状上已尽可能流线化，巧妙的让出了音盆后方的空间，框架支撑部分也设计成以窄边面对发声方向，减低背波阻碍的努力可说无所不用其极。
　　除了上述的问题，还有一项影响单元性能的因素，就是音圈在磁隙中的动作还有与磁铁的交互作用。严格说来，音圈和磁力系统的动作实际上是互推或互拉，只因磁力系统被框架和障板固定住，所以看起来好象是磁铁在驱动音圈。
　　（ 注6：vendersteen这家喇叭厂的设计理念颇为正确健康，总将成本花在看不见的地方，外观包装极为简单节省，声音表现中规中矩，音乐性也佳，应是爱乐者的良伴。可惜体形较不讨好，始终不得本地代理商及消费者的青睐）
　　认清这个事实后，衍生出来的问题有：一、音圈本身产生的磁力会对磁铁进行反充磁，所以磁铁必须要挺得住，动态、驱动力和效率才不会打折扣。而磁铁对抗反充磁的能力和特性也会影响发声的特性，使用alnico磁铁的喇叭在中高音域音色迷人，相信便和这个因素有关。 二、音圈本身产生的磁力会扰乱磁隙中原本恒定的磁场，造成失真。这个问题可以采用镀铜的磁极或插入铜质短路环来消除磁场的调变，进而大幅减低失真。这个技术对于中低音单元互调失真的改善尤其明显，因低音域发声需要运动冲程较长，同时又要发冲程短而快的中音，这会使磁场调变的复杂度大增。
　　磁力系统的两难 vs. 创新的极化方向及磁极结构
　　一开始谈到磁力系统的时候，我便提到传统上喇叭单元中的磁铁都是轴向极化，但无论如何到最后音圈需要的是径向的磁场。那么，为什么不一开始就把磁铁的磁场做成径向？因为制作上难度高、成本昂贵，一直到大约四、五年前才有人提出用径向极化的方式来制造喇叭单元。
　　首先，传统的轴向极化结构有何缺点？一、体积较大；二、不易做到高磁束密度且深长的磁隙。体积大的问题先前已谈过，再来谈谈磁隙有啥蹊跷。
　　传统磁力系统的磁隙长度就可说是等于上极板在磁隙端的厚度，在相同的磁铁条件下，要做到较高的磁束密度，首先可缩小磁隙宽度，但此举将使音圈的组合困难，增加成本；况且极板内的磁通量不可饱和，所以又要考虑极板材质和厚度。
　　另外，若想做到长磁隙短音圈的组合，便势必会面临磁束密度降低的窘境，加上较短的音圈，整体发声效率将会降到很低。虽这样的组态可得到较佳的功率线性，但想同时兼具高效率，可要克服众多的两难。如altec 515系列和tad 160x系列，采用了短音圈长磁隙的架构，获致极佳的功率线性，同时又具有超高的效率，实在是非常的不容易，只能说这又是另一个人定胜天的例证。
　　若使用径向极化的磁铁，兼具高磁束密度和长磁隙的磁力系统便轻易达成（成本还是不低，只是物理上的两难较少），等磁束密度的磁隙长度可比传统结构超出数倍，意味着单元的线性冲程也多出数倍！在高音压操作下的失真也就非常低。这样看起来便很适合于低音的再生，现在已有这样的产品，是一种用于专业领域的18吋低音（注7），据称其最大线性音压已让人耳无法忍受，而此时的失真仍非常之低！
　　（ 注7：aura sound 1808，请注意这不是b&w的副牌aura，而是另一家公司。）
　　可惜到目前为止，还没听说有用这种方式做成的中音单元。虽然中音不用长冲程动作，但这样的架构可以做到体积很小、磁力很强，对于中音发声一样是两大利多。相信在某家喇叭厂的实验室里便有这样的东西，很快的应该就会有量产品问世，我们拭目以待。
　　跨入全音域
　　咦？这篇文章不是要谈全音域单元吗，怎么光是中音就说了大半天？
　　莫怪，莫怪！实在是因为全音域发声所面临的问题太多，无法一次说清楚，因此我想由中音切入，再往二端延伸，如此整体概念会比较清楚。因为一个理想的喇叭单元（无论高中低）要具备的条件应该是：一、低失真；二、功率线性佳；三、高效率；四、有效工作频段愈宽愈好。若我们把第四项发挥到极致，便是一个全音域单元了。
　　下期我将会介绍如何以中音单元为基础推展到全音域发声，其中所会面临到的众多两难和各家厂牌的巧妙解决也是非常精彩，请拭目以待。
　　乍看之下好象也不很复杂嘛，只要让一个中音单元再多发出一些高音和低音，不就成了全音域单元吗？你看那些汽车音响、计算机喇叭、手提收录音机、床头音响用的，不是到处可见那种不知名的“全音域”单元？好象也没多了不起嘛，穷嚷嚷的！
　　事情可没这么简单，你可知道上述用途的那些不知名单元能发多宽的频段吗？我想不需要提供测量的数据你也可以轻易地听出，那些喇叭若能发出清楚的人声已属佳作，鼓声及铙钹也常仅供辨识而已，bass声及高音打击乐器声更是常在虚无飘渺间。管风琴？弦乐器泛音？钢琴残响？别闹了！
　　至于如何才称得上是全音域发声，请参考边栏的说明。接下来我们要来讨论的是，要让一个单元去负担所有的音频范围在设计上会面临哪些问题和两难。
　　低端延伸问题
　　以外观而言，若尺寸相近，如同为6吋或7吋左右，锥盆中音和低音单元的差异实在有限，顶多是低音单元因需要较大的工作冲程而具备了较宽大而松软的悬边，其它的部分似乎“看起来”都差不多。但这也只是一般性法则，不见得放诸四海皆准。
　　那么，若给你一个6吋至7吋的中音单元，是否有办法把它改成能发低音？若只求发得出低音而不管音压和失真程度，应该是可以的。一般来说，单元的操作频率下限一般可以粗略地由它的自由共振频率看出来（注1），也就是一般习惯性标注为“fs”者。
　　那么，要如何调低这个频率呢？声学（音响）阻抗（注2）、振动部分质量、磁力强度，和悬挂顺服性等几项应是关键要素。其中，声学阻抗（或简称为『声阻』）与发声面积和工作频率直接相关，若以同尺寸直接发声和同频段工作而言，这项因素可视为相等而不必考虑（声阻这个概念对于低音的再生和全频段的发声效率息息相关，下次有机会再来谈这个主题）。所以，我们先来讨论其它的几项要素。
　　让我们回头看看低频段工作时，单元振膜的行为。其实粗浅的说低频动作就是“慢速”的往复运动，单位时间内往返的次数少，这就是低频了。那么，就基本的物理学观念来看，在一定的施力大小之下，物体的加速与其
　　质量成反比。所以，在其它条件相同或相似的情况下，振动质量愈大的单元，其自由共振频率就愈低。所以，若你稍仔细一些，去比较一下各种单元的数据资料，就会发现这项因素可说八九不离十。15吋以上的低音单元若自由共振频率在25hz以下，则振动部分质量常高达100公克以上。
　　要调低一个单元的自由共振频率，最简单的就是增加音盆的质量了。但是，这实在不是个好主意，因为重的音盆势必会带来低效率和很糟的高频延伸。所以，看起来此路不通。那么，接下来我们可以减少音盆的外部阻尼 ─ 主要有机械性阻尼和电气性阻尼二个因素。无论是哪一种阻尼，都是对音盆的动作施与制动力，阻止其原本的动作。
　　对此，我们可以用汽车的悬吊系统来作个比喻：传统的美国大车常为了舒适性而将悬挂调得非常软，要做到这点，简单说就是要用低弹性系数的弹簧和柔顺的避震器（减震筒），这样的组合便具备了很低的系统调谐频率（注3），因此就可以船过水无痕的吸收掉绝大多数的坑洞颠簸，因为这些外力都是短暂时间内的脉冲响应，转换成频率领域就是中高频，所以能够有效的被吸收而不会激起系统的共振。但遇上波长很长（也就是频率很低）的脉冲，如桥面的起伏，就常会产生二到三周期的缓慢上下晃动，这便是整套系统的共振频率被外力激发而引起的共振。
　　同样的，在喇叭单元上，要调低系统的共振频率也可以从悬挂的顺服性上面着手。将阻尼减弱，共振频率就降低了，直接了当。但采用此法还是会面临一些问题，我们再细看下去：
　　机械性阻尼方面：指的就是音盆悬边及音盆和音圈筒相接处附近黏附的波状折纹悬挂所施予音盆之制动力。这套悬挂系统除了对音盆整体的运动产生阻尼之外，另外对音盆的盆分裂共振也有抑制的作用，尤其是外围悬边。所以一个单元若换用不同的悬边，将会大幅改变其音色，因为整体的共振控制及音染的模式和程度都已不同。若为了调低系统共振频率而贸然大幅减低悬挂阻尼将会带来音染程度的增加，尤其是中音域部分。所以，调整机械阻尼须小心从事，适可而止。
　　电气性阻尼方面：指的其实是单元磁力对音圈的控制力。当然，单元的磁力愈大，驱动音圈的动力就愈大，同时制动力也愈大。强大的驱动力是我们所希望的，因为可以带来高效率低失真，但是如影相随的高阻尼却使得系统共振频率无法降低；这里，进退两难的态势便明明白白摆在眼前，因此我们只能取一个妥协。若再加入高端延伸的问题，这个妥协就更是不易取舍了。
　　高端延伸问题
　　影响一个单元高端工作状况的主要因素和低端一样是“电气因素”和“机械因素”，只是情形不尽相同。所谓电气因素指的就是音圈所造成之电感性负载，我在先前的文章就曾提过这件事，现在让我们来看得更深入些。
　　顾名思义，音圈就是一个电感线圈，若音圈单独存在，便是一个空心电感，此时，这个电感的电感量不高，而且很线性。不幸的是，音圈要在磁路结构内才能工作。没有例外的，音圈内就是中心磁极，这种结构就成了名符其实的铁心电感，这么一来电感量大幅提高，而且根据电感先天的低通特性，高频信号在这里就直接被大量衰减。更糟的是，随着音乐信号起舞的音圈与中心磁极的相对位置又不断改变，电感值和磁隙中的磁场便起了复杂的互动，严重的互相调变着，这种情况在大音量、宽频域发声时尤甚。此时，各种失真就直线上升，听感上便是模糊、粗糙、声音的纹理细节被抹平、立体音像溃散、音场扁平压缩。解决的方法是，在磁极上镀铜或插入铜片环，以使磁场短路，大幅减少相互调变，音圈的电感值也可大大的减低。此举可同时增加高频的延伸和降低失真。
　　另外，所谓机械性因素就可以从物理学的基本原理来讨论：施力的大小等于质量和加速度的乘积(f=ma)，其中加速度也就是速率的改变率。想象一下，一片振膜要在往前推的过程中减速，最后在冲程的终点停住，然后再加速往另一个方向后退，若是在20khz，这全部的过程要在四万分之一秒完成！有兴趣的读者不妨自设一个冲程值，然后算算这样一个半周期简谐运动的顶点加速度值有多大。我想，不用去算就可以想见在四万分之一秒当中作180度方向改变的运动是有很大的加速度值！
　　所以，要做到这等高频响应，就要使振膜达到这么高的加速度。从上述简单的定律，途径只有二：减轻振膜质量和加大驱动力。但这么一来，许多的两难和矛盾也随之而来。
　　难解的两难和矛盾
　　振膜质量
　　先前提到，要降低系统共振频率最简单的就是增加振膜质量；当然，这是很容易做到的。但是，为了高频响应和发声效率，这样又算不上是好方法。那么，我们不要硬碰硬，让单体在低频时“看到”较重的音盆，而在高频时就只看到较轻的音盆。
　　听起来有点诡异？
　　这是全音域单体的设计中非常巧妙的一招，也就是“机械性”分频。实际操作时的情况是，低音时，整个音盆一起动作，渐往高频时，利用盆分裂特性使得音盆较重且声阻较大的外围“来不及”跟着一起动。此时，真正随着音圈动的只剩下较内圈部分，相对上这个“局部”区域的音盆比起整个面积当然就轻得多了。所以，这样一来，随着频率的不同，音盆“实际有效”的运动质量就不同。如此，高频到低频的响应就可以同时达到。
　　刚刚提到的“盆分裂”，说来轻描淡写，但稍微想想就可以体会到其中的重重困难。如何在某个频率以上使得一部分的振膜“来不及”跟着音圈动就很难控制了，再者，要让这些部分“既然跟不上就干脆别动”也不简单，因为，最怕的是跟不上音圈的驱动而自己乱动，徒然增加音染。而且要注意的是，单体实际在播放音乐时其中包含的频率很广，且时时刻刻在变。所以一旦这样的盆分裂不在控制之内就可以想见其失真之恐怖！
　　驱动力
　　先前有提到，若要让高频延伸，势必要有很强的驱动力来使音盆的加速度达到高频的需要。而驱动力的来源有二：音圈及磁力系统。把音圈的圈数绕多些就能产生较大的磁力，以便和磁力系统相互作用而产生较大的驱动力，但圈数多就意味着电感量的提高和质量的增加，这二者又都不利于高频，所以此路不通，音圈的设计仍要取一妥协。在此，“小而美”显然比“大而不当”要好得多。
　　再来，我们只好增加磁力了。虽然先前提过，强大的磁路系统会造成很强的阻尼而使得自由共振频率不易降低，但是为了要达到高频发声所需的振膜加速度，磁力的强度还是要比一般单体强上许多，才有办法将“不轻”的音盆（注4）推出那种级数的加速度值，否则就和一般的中音单体没多大分别了。至于阻尼过度的问题，只好由放松机械性阻尼来做补偿了。
　　系统整合问题
　　不就只有一只单体，何来的“系统”整合？这里的系统整合指二方面：一是音域平衡的微调，二是装箱调谐的设计。此二者常相互牵动彼此。
　　理论上，一个理想的全音域单体应该是在装箱后或固定在适当的障板上就可以直接连上后级，没有任何阻隔的发出天籁。但想想先前提过的种种进退两难的窘境，在设计者绞尽脑汁、呕心沥血，好不容易做出一只能够全音域发声的单体后，你还希望它能“全面性”毫无妥协的发出你想要的一切？请记住，在各种的进退两难中，绝大多数的出路便是“妥协”。
　　若你对stereophile熟悉的话，应该对他们刊出的各种器材测试图谱有些印象。一般来说，扩大机的频率响应图在20hz─20khz之间几乎就像是尺画的一样平直，若是管机，顶多在频域二端有些微的滚降；而喇叭的频率响应图谱就崎岖得多，用坏掉的锯子来画还比它规则些。若再看衰减瀑布图和离轴响应，那就更糟糕了，各种奇形怪状的高山深谷遍布全频段。
　　为什么喇叭的频率响应没办法作到像扩大机一样的平直？因为喇叭是机械性动作的组件，一动起来各个部分的能量传递、释放和储存会非常复杂，且相互关联。如此，免不了会存在许多的能量堆积或相互抵消的状况 ─ 能量堆积处形成共振峰；相互抵消处形成凹陷，这么一来崎岖的频率响应就不足为奇了。较佳的情况是崎岖的形态较缓和且均匀，如此可避免集中在一个特定的范围而形成明显的音染。若起伏很大或集中在一处就不妙了，强烈的音染不但扭曲了音域平衡，其共振峰处的能量不但较强，而且久久不散（常可在瀑布图上看出），所以会严重掩盖其本身和临近频段的解析力和微动态表现，就算用高q值陷波器来加以衰减还是无法解决不干净的残余共振。
　　另外，单体的阻尼状况也常会表现在频率响应曲线的走势上。若高端上扬，则是中低音域的阻尼相对上有些过度，听感上便是紧瘦结实，稍偏明亮；若是反过来低端上扬，则是中低音域的阻尼相对上有些不足，听感上就较为肥胖宽松而昏暗。
　　说了这么多喇叭单体的“黑暗面”，不外是要提醒大家，就算历年来各“传奇”的全音域单体各自在不同的领域理皆有其“超级制作”之处，但在无可避免的众多妥协之下，免不了有其取舍，而很难做得面面具到。就连乐器的制作都要投注极大的心力，才能获得音色的完美和全音域响度的平均，更何况是喇叭单体这个“二线”的模仿者。
　　所以，一个全音域单体，虽可以做到全音域发声，但不见得一定平直。常见的问题有：中音部分（有些是中高，有些是中低）有宽而缓的凸出，造成听感上某种程度的音染；还有部分是高端有缓和的滚降，造成听感上较为昏暗；当然还有过度阻尼造成的低端滚降，听感上自然是又瘦又紧，低音没有量感。
　　若是频率响应有些微的凸出，而这个音染又令人无法忍受，只好用一个陷波器来将这个凸出压平。若症状不严重，这个方式多半能有令人满意的结果。别瞧不起这样的组合，虽然这样一来后级到单体之间有了一些“阻碍”，但这算只是频率响应的修整，比起多路分音的喇叭中频率响应复杂的交叠和扭曲的相位，这还是单纯多多。而且，这类陷波器线路其实在许多喇叭的分音器上都可以找到，所以也不算什么见不得人的东西。
　　若是高端滚降，则多半是因为相对上磁力系统不够力所致，或者是音盆太大，用上“机械分频”的技俩还是拖累太重，如早年的12吋甚至15吋的全音域单体或多或少有这样的问题。此时，除了加个高音单体，别无他法。你会说，唉，这算是哪门子的全音域！别急着下定论，若妥善处理，将高音单体的响应从16─18khz处（或甚至更高），以每八度-6db的斜率缓缓切入，还是能够得到很好的结果，因为分频衔接处已避开了人耳敏感的音域，且一阶分音能保持相位一致，所以还是保有全音域的“大部分”好处。（若你手上刚好有altec 412c，又嫌它们没高音，请赶紧通知我，我很有兴趣购买。等我弄出好声，你就别想再买回去）
　　最后一种情况就是低音部分的滚降，这类全音域单体具有较强的阻尼，低音的听感常紧缩而短促，好处是细节清晰。此时若能使用适当的装箱调谐或甚至用号角负载来提升低音部分的声阻而提高效率，整体响应便很理想。若制作得当，这样的组合能提供最佳的全音域发声表现。
　　既然提到了装箱调谐，我们就顺势谈下去。一般市售的喇叭，90％以上都是密闭音箱或开口调谐（一般俗称『低音反射式』）。只要是箱型喇叭便大致脱不了这二种设计及其衍生物，只有少数例外。对于全音域单体来说，应该要使其低音域发声时的振幅愈小愈好。因为振幅愈大，不仅低音本身的失真大增，同时中高音更大受影响。想象一下大振幅全音域发声时会是怎样的情形：中高音的小幅度快速运动“骑”在大幅度慢速的低音运动上，中高音的振动时而向你*近；时而离你远去，可想而知会带来很高的互调失真和都卜勒失真。虽说任何单体都会面临类似的问题，但全音域单体的工作频域远大于其它单体，所以这种情况会更明显而应极力避免或减少。
　　在刚刚提到的二种主流装箱方式中，开口调谐应是较适合全音域单体的，因为这种方式可在系统共振频率附近（一般是30─50hz，视设计情况而异）大幅减少音盆的冲程。如此便一举三得：失真降低、承受功率较高、发声效率也高。因为这个缘故，绝大部分的全音域单体都可以用这种装箱方式得到大致上不差的效果。
　　另外，有些纯粹主义者认为，这么好的单体装在箱子里会被箱体共振所玷污，所以不用箱子，直接装在开放式障板上。某些本身低音部分就足够的单体便适于如此使用，可以获得最无染纯净的声音，如we/altec 755c。据称，其中音瞬时快若闪电，比之静电喇叭毫不逊色，又有更佳的动态表现。但这个方式有一些缺点，首先当然是占地太大，因为系统的低音延伸取决于障板面积，为取得适当的低频响应，小则需要1公尺见方，大则没有上限，要将墙壁挖二个洞来装也可；再来是效率和承受功率都会较低，低频响应也会较弱；最后是双面发声会使得空间因素更形复杂难解，而二片大门板矗立眼前实在也不容易被大多数人接受。
　　最后，便是最复杂的号角负载方式了。关于号角的种种，我们择期再详谈，现在只能大略的介绍一下。简单的说，号角就是一个呈喇叭状展开的管道，宽的这边称为“号角开口”，窄的那边称为“喉部”。号角的形状会造成喉部的声阻大于开口，使得位在喉部附近的单体振膜和空气分子间有很大的压力，也就是说这之间的能量可以的耦合得很好，因此发声效率很高。
　　使用背载折叠号角的型式，在适当的制作下，中低音到低音部分的效率会有效的提升，刚好和之前提到的阻尼过度的单体能有几近完美的配合。
　　注1：当然，实际应用时会因为装箱调谐方式而有很大的变化，所以在这里便略过这项变量很多的因素而只看单元本身的表现。
　　注2：译自acoustic impedance，其定义为空气粒子的压力与速度的比值。
　　注3：在其它的地方，如lp唱盘或cd唱盘的机械悬挂，通常一样需要很低的系统调谐（低于1hz），设计时要考虑的因素其实和汽车悬吊系统也有共通之处。
　　注4：就算是用上了“机械性”分频的妙招，最终高频段工作时的等效质量还是比起一般的1吋直径高音单元要重得多了。
　　注5：“看起来很好听”正是李建德兄的名言之一，因这个单元的因缘，特此引用