[原創教學] 淺談「點音源」喇叭設計

點音源是所有大自然聲響的型態。簡單來說，我們所聽到的所有聲音都是發出於一個點。舉例來說：歌手唱歌的歌聲來自於歌手的喉嚨(聲帶)、車子碰帳的聲音來自於碰撞點、飛機飛過的聲音來自飛機引擎(點)不斷移動下所構成之連續線。

所以設計喇叭時，「全音域點音源」型態的喇叭設計也將是最理想的。但是現階段的喇叭技術在應付人耳可聽範圍時(20~20000Hz)，卻遭遇到空前的考驗！一般低音泛指500Hz(每秒鐘振動次數)以下之頻率，大音量低頻的發生須要大面積喇叭振膜以長衝程的方式振動發聲；反之高音發聲則須要質極輕小的喇叭振膜以極高速極短衝程的方式振動發聲。如此兩極化的狀態，讓全音域的單體設計變的困難重重。



因此，多音路分音結構設計的喇叭便是折衷的解決方案。讓多個不同大小的單體分別負責不同頻段的發聲工作。若是要設計成20~20000Hz的落地型喇叭，3音分路是一般最常見的設計手法，分別負責高、中、低頻段的發聲。



然而如上圖所示，採用3音分路設計之喇叭卻得面臨著高、中、低單體位處不同位置之狀態，尤其高、低音單體距離較遠。如此的設計會讓聲音分別來自不同的高度，也會讓各單體與耳朵距離不等。實際上聆聽將會發現當歌手唱歌時，高音是正常的位置。但是，中低音域時歌手唱歌的位置就往下移動了，另外中低音也會來的較慢。

為了解決音像上的定位模糊與時間差，將兩個中低音單體排列於高音單體的上下方設計 - 擬同軸式單體排列方式就成了質中的解決方案(如下圖)。此方式可縮短單體間距，讓聽覺上不易感受到時間差與定位模糊。但是，礙於單體排列所需體積多半會捨棄低頻，而採用2音分路設計(只有高音+中低音)。如欲補強彽頻範圍或增加量感，也只能採用中尺寸多單體設計(大尺寸低音單體會造成重心過高與音箱體積過大)，於是接近2公尺高的音箱設計就變成避免不了的狀態，而低頻延伸性也多半會犧牲。



同軸單體的開發，是為了從上述各種設計中跳脫出來回歸原點的革命性設計。同軸單體設計已有相當長久的歷史，然而高困難度也讓同軸設計的進步相當緩慢。如下圖所示，同軸單體就是將多個單體設計在同一個軸心上，藉此消弭方向上不一致的問題。



上圖之同軸單體設計是最為簡易且常見之設計。尤其對於單體體積並無踏大之影響，所以在汽車音響上最為常見。但是過於接近的兩個單體，相互間的磁性干擾也是聲音失真的一大殺手。一般來說，設計工程師只好遷就將兩個單體保持適當之距離以阻絕磁性上的相互干擾，如下圖。



如上圖所示將兩個單體拉開距離並加上導波號角設計，就變成同軸單體設計的象徵型態。尤以英國大廠TANNOY最為推崇。如果是大口徑中低音+高音同軸單體搭配上足夠大的音箱設計，通常可以獲得極好聽的中頻。英國老品牌TANNOY就是這方面的饒楚。這樣的同軸設計往往具備著極為優異的音像定位。

但是，這樣的設計卻並非完美。高音與中低音的距離卻也造成無法彌補的相位差。讓聲音的純淨度因為距離而產生時間差異，相對的也造成音場的模糊難清。因為理想的同軸設計必須能夠讓複數的單體處於同軸同點上，才可以同時兼具優異的音像定位與音場寬擴及深度表現。




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