2011/10/24發表,已被閱讀 64,248
傳輸線式喇叭的奧祕 PMC最出名的設計特點莫過於傳輸線式音箱,在這篇報導當中我們將從喇叭設計的基本原理,解釋PMC喇叭為何堅持傳輸線式音箱的設計。傳統上喇叭音箱大概分為兩類,一種是密閉式音箱(Sealed Cabinet, Infinte Baffle),一種是低音反射式音箱(Bass Reflexed, Ported),而傳輸線式音箱(Transmission Line)則是第三種解決方案,在設計上各有優缺點,而PMC認為傳輸線式音箱優於其他設計,所以他們創業二十年以來,製作的全部都是傳輸線式音箱喇叭,而PMC自家的傳輸線式喇叭設計稱為ATL(Advanced Transmission Line),代表更為先進的傳輸線音箱設計。

音箱設計概分為三大類,圖中由左至右分別是密閉式音箱、低音反射式音箱與傳輸線式音箱,PMC擅長者為傳輸線式音箱,光看簡圖就知道結構複雜許多。

密閉式音箱、低音反射式音箱、傳輸線式音箱

讓我們先從密閉式音箱說起,老LS 3/5A與ATC 10這些經典喇叭,都是密閉式音箱設計。密閉式音箱設計的優點是箱體結構相對簡單,低頻滾降比較平順,所以聽起來低頻很自然,不太會轟隆隆的,而且整體失真率很平均,不會偏重哪一個頻段失真特別大。可是密閉式音箱也有幾項缺點,第一、效率偏低,像ATC 10就出名的難推,Peter Thomas收藏的Gale 501A,當年也是出名的「後級殺手」。第二、低滾降雖然自然,但量感相對有限。第三、功率承受率偏低,且大音量播放時因為箱體內部壓力,容易造成中低音單體振膜變形,增加失真率。

密閉式音箱結構簡單,整體失真率也低,但效率不佳,低頻量感也稍微不夠(以相同音箱體積比較),相對而言,低音反射式音箱效率較高,低頻量感也較多,但反射孔容易產生氣流噪訊,低頻延伸的相位失真也比較大。

相對於密閉式音箱,低音反射式音箱的優點就浮現了。低音反射式音箱比密閉式音箱效率要高,功率承受率也比較大,再生低頻音壓也比密閉式喇叭要強,低頻段在大音量時也比較不容易產生盆分裂失真,而且音箱結構也相對簡單,製作成本不會增加太多。有優點也就有缺點,低音反射式音箱的效率雖然比密閉式箱體高,但還是不夠好,效率算中等,且大音量驅動時,低音反射孔容易產生氣流噪訊,此外在中低低頻段的音染也比密閉式音箱要高。而且低音反射式音箱的低頻滾降斜率陡峭,低頻延伸的相位失真比較大。

PMC所設計的傳輸線式音箱,稱為ATL,也就是先進的傳輸線式音箱。
至於PMC所設計的ATL呢?PMC表示ATL的效率很高,在任何頻段都有很自然的聲音表現,低頻最大音壓也比前面兩種設計要好,而且在相同的音箱體積當中,ATL可以創造更強勁的低頻再生能力。此外PMC強調ATL的音箱產生的音染遠比密閉式音箱或低音反射式音箱更好,功率承受率也更高。此外因為傳輸線式音箱在任何頻段的衰減都很自然,所以相位失真很低。好吧,這是PMC的資料,自然說他們的ATL比別人好,不過前面所講的有關密閉式音箱與低音反射式音箱的優缺點,PMC可沒加油添醋,優點和缺點並陳,只是講到自家ATL的時候,PMC省略了缺點。

ATL有沒有缺點?當然有。什麼缺點?很難設計,也很難製造。傳輸線式音箱早在1930年代就有理論出現,一直到1965年才有更深入的研究報告,而後來IMF與TDL都有真正的傳輸線式喇叭問世,其他還有一些喇叭公司推出傳輸線式音箱,但後來都倒了(您看Peter當年創辦PMC的時候多有勇氣),只有PMC一家公司到現在還堅持傳輸線式音箱,而且還一路健康地發展,歷經二十年而不衰,其中自有其道理。

好,密閉式音箱與低音反射式音箱我想大多數讀者都已經很熟悉,我們就不多談,我們接下來看究竟什麼是傳輸線式音箱。傳輸線式音箱內部有著長長的「傳輸線」,單體裝置在傳輸線的一端,而聲波通過傳輸線最後到「開口」。為了要讓傳輸線足以再生夠低的低頻延伸,這條傳輸線要盡可能的長,早年雖然有理論,但要作出那麼長的傳輸線來,再生很低的低頻(例如要到20Hz),在一般家用產品的「實用大小」,可能做不出來。

傳輸線式音箱的設計早就不是祕密,想找相關設計圖也不難,但傳輸線的長度、開口、轉折,都是學問,內部阻尼的配置更沒辦法從教科書上獲得答案,全部要靠反覆實驗。您看,PMC這麼大方地把喇叭剖面圖秀出來,有心想抄襲者真的可以按圖索驥,但內中的技術精華可不是看了就會懂。
看來要用傳輸線式音箱的理論製作出「實用」的喇叭,技術上須要妥協,PMC的設計是這麼處理,他們依據1/4波長的理論,定義傳輸線的長度,基本上要再生20Hz的低頻,以音速334公尺來計算,大約需要4公尺的傳輸線長度,而PMC會依據這些基本數據,設計出適當的傳輸線音箱,不一定會和公式計算一模一樣,因為考慮因素不僅有頻率與傳輸線長度的關係,還包括單體、箱內阻尼與分音器等等,所以1/4波長理論只是設計傳輸線式音箱的基礎,而不是唯一公式。

說傳輸線式音箱喇叭難做,還真不是隨便講講,傳輸線式音箱因為內部要隔出複雜的傳輸線通道,所以音箱本身結構就複雜許多,此外傳輸線的通道並不是「一路到底」,傳輸線的前端到開口之間並不是一致的大小,配合傳輸線的「轉彎」,通道的寬窄並不一致。

另一樣複雜之處則是內部阻尼,Peter說傳輸線導管的計算有公式可循,理論本身也不是祕密,但配合傳輸線所使用的阻尼,學問可就大了。Peter表示,傳輸線音箱的寬窄不同與轉折處,使用的阻尼物都不同,有些阻尼物比較鬆,有些密度比較高,阻尼物表面凹凸不平的程度也都不一樣,這些阻尼物的配置沒有公式可循,基本的公式計算可以算出所需的阻尼,但如何在傳輸線導管內部組合應用,可不是簡單按按計算機就算得出來。不能簡單算,那怎麼設計?答案是用聽的!反覆比較試聽不同的配置,決定最佳阻尼。

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單體必須配合傳輸線式音箱的特性來設計

至於單體的部份,PMC強調一般市面上買得到的單體,不一定適合傳輸線式音箱使用,所以他們自己設計了許多單體,也因為這些單體都是針對傳輸線式音箱所設計,所以也沒辦法「外賣」,也就是說一般喇叭廠沒有傳輸線式音箱的設計能力,買PMC的單體也作不出好喇叭。

PMC使用的低音單體,壯碩的金屬框架看起來雄壯威武。這可不光是為了好看,還兼具散熱功能。

目前PMC自己設計製造的單體,最出名的要算75mm絲質軟半球中音單體,這個大尺寸中音單體,長相和ATC很像,早期PMC還沒自己設計製作單體前,用的也是ATC的中音單體,但Peter說外購單體很麻煩,測試不良時經常要退換貨,影響生產流程的順暢,所以Peter決定自己設計75mm中音單體。這只軟半球中音大概只有軟半球與大尺寸音圈與磁鐵引擎和ATC相近,其他如短號角與框體等細節,都是PMC自己設計。最大的祕密藏在哪裡?一樣看不到,在軟半球振膜裡面,藏了一塊海綿阻尼,原來PMC發現這只中音因為尺寸大,背波與後方磁鐵引擎會產生震動噪訊,所以PMC加了一塊海綿當阻尼,把這些噪訊通通吸掉,中頻更乾淨。

絲質軟半球中音與高音單體,都是PMC自家設計製造。注意高音單體外面的金屬網罩,那不是為了好看,也不是「提防小手」的保護蓋,而是用來提升擴散角度。有印象嗎?LS 3/5A的高音外面也有一片金屬網罩,兩者功能一樣。

偏好多階分音

有了箱體,有了單體,分音器是另一項關鍵。PMC的分音器偏好多階分音,自家等級較高的鑑聽喇叭幾乎都是4階分音,而有部份喇叭採用2階分音,但配合單體與傳輸線的自然滾降,PMC所設計的2階分音的在特性上也接近4階分音。奇怪,不是有很多Hi End喇叭廠宣稱自己使用的單體配對嚴格,所以不需要多階分音,用最簡單的一階分音(-6dB)就好了,怎麼PMC偏好四階分音(-24dB),難道他們用的單體比較不好?其實一階或四階分音沒有哪一種比較好的問題,要看喇叭怎麼設計、單體怎麼匹配,PMC偏好四階分音,和專業鑑聽喇叭有關,對於專業錄音室而言,「準確」的音樂再生最重要,聲音美不美那是見仁見智的問題,如果以追求「準確」為出發點,四階分音比起一階分音要來得準確,所以PMC偏好使用四階分音。這麼做其實成本更高,因為四階分音的分音器所需的被動元件比起一階分音多了許多,安裝也比較煩瑣,成本當然比較貴,但這也是PMC為了準確再生音樂的堅持。

這些設計上的重點,紙上談兵有些不實際,但先瞭解理論,再走入PMC驗證,就知道PMC做喇叭有多用心了。下一篇報導我們將帶讀者們實際進入PMC工廠,一步步看PMC怎麼製作喇叭。

廠商資訊

進口總代理:瑩聲
電話:(02)2805-3569
網址:www.jadex.com.tw

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