号角喇叭

305825797 · 发表于 2010-7-29 11:33:53

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号角喇叭具备非常疾速的瞬态响应，它所驱动的空气几乎没有惯性

在三大古董中，号角喇叭好像是最不受国内兴致者青睐的。究其原因，既有技术和商业因素（技术难度大、门槛高，国内几乎没有厂家生产，因此短缺宣扬热心），也有心理方面的因素（过去遍及城乡的有线播送喇叭大多是号角式的，拙劣的音质使号角喇叭申明狼藉，以至连累了发烧级号角喇叭）。因为缺乏推介文章，更因为当前市场上的号角喇叭大多是些只可远观而不可近玩的天价货，以至多数人对它的原理、优缺点和发展示状知之不多。笔者觉得：只管没有必要去掀起一场“号角热“，但作为一种曾经光辉一时、至今生机尚存的音响器材，有些兴致者可能希望对它有所了解。本文将以Avantgarde公司的号角喇叭为实例，介绍一下这种喇叭的前因后果，供有兴致的读者参考。
历史的回忆
   大概在100多年前，Emil Berliner创造了机械留声机。唱针滑过唱片沟槽所产生的机械振动非常强劲，无法听到，当时又没有电子放大器，所以用一个号角把振膜的振动放大，使人耳可以闻声，这就是最早的号角喇叭。尔后，一些号角喇叭的先驱者如Gustavus、Webster、Klipsch和Voigt消费了数十年的时间探究号角技术的基本法则。1926年，Paul Voigt初次向英国专利局提交了tractrix号角的专利请求。
   尔后就开始了号角喇叭的黄金时代。那时的电子管功放输出功率很小，必须应用高效率的喇叭与之配合，于是号角喇叭成为一时之盛。知名的经典产品有Altec Lansing设计的The Voice of the Theatre、Paul Klipsch的Klipschorn、Jensen公司的Imperial Hyphex Horns、Paul Voigt的Voigt Domestic Corner Horn以及英国Lowther公司的Acousta和Audiovector等。
1925年，Kellog和Rice创造了动圈式喇叭，当时把这种喇叭称为“没有号角的喇叭“，但在相当长的一段时间里，号角喇叭仍然居于优势位置。直到1947年，贝尔实验室的Bardeen、Brattain和Shockley创造了晶体管。因为晶体管可以获得更大的输出功率，高效率的喇叭已经不再是不可缺乏的必要条件，随着电子管的衰败，号角喇叭也日益衰败了。但即便在今日，仍然有一部分人觉得：高效率并不是号角喇叭的惟一优点，它具备一些其它扬声体系不具备的奇特优点，仍然有存在的理由，并保持始终地推出新产品。
      号角式扬声器所使用的是最基本的物理概念，它的工作原理正好与我们的耳朵相反。外耳道的直径是从外向里逐步减少的，声压也会随之逐步增长。这种构造可以协助我们听到更轻微的声音。耳聋助听器创造之前，听力不佳的人曾经把一个号角放在耳朵上以放大声音，这就是最原始的助听器。基于同样原理，用两只手掌放在耳朵旁边，也可以提高听力。
穴居的原始人就已经领会：用手围成一圈放在嘴上，声音可以传得更远。古希腊和古罗马人对此有了更深刻的了解，他们的半圆形剧场实际上就是一个宏大的号角：舞台相当于号角的喉部，演员相当于振膜。在这样的剧场里，即便坐在剧场的最后一排（与舞台相距113米），也可以清楚地听到演员的轻声细语。在中国，天坛的寰丘和回音壁也利用了同样的原理，制造出巧妙雄伟的声音效果。
   号角喇叭的声音是由安装在号角喉部的振膜产生的。振膜在工作时需要战胜因号角外形而增高的空气压力，所以在相同功率的驱动下，安装在号角上的振膜的振幅会比安装在音箱里时小，减小的水平取决于号角的尺寸和外形。由此，我们可以推导出这样一个命题：振膜的振幅减小得越多，声音的强度就越高。
这个命题好像是矛盾的，因为我们通常觉得振幅越大，声音就越大。但这是一种误会。利用能量守恒定理可以解释这个问题：施加在喇叭单元上的电能将等于辐射的声波所携带的能量与因摩擦而造成的能量损失（会转换成热量）之和。运动部件的行程变短时，这些部件与空气摩擦而造成的能量损失会降低，更多的能量将被转换成有效的声能，或许说，号角所产生的机械阻力会提高电－声转换的效率。对于高效的能量转化机构来说，高的机械阻力是必不可少的条件。这就好像是一个赛跑运发起，把他衣着平底的皮鞋在光滑的跑道上时的状况和衣着钉鞋在正式跑道上的状况相比，后者的能量转换效率显然更高。
   除了能提高效率之外，行程变短的另一个益处是使瞬态响应得到改良。与安装在音箱中的喇叭相比，号角喇叭的行程会减小到无号角时的1÷10，运动速度则将因之而增长10倍。假如要在相同的时间内从静止状况启动而达到这一速度，加速度也必须增长10倍，其成果是所吸收的能量将增长100倍。
因此，号角喇叭具备非常疾速的瞬态响应，它所驱动的空气几乎没有惯性，这种疾速启动和刹车能力是非号角喇叭无法实现的。当驱动信号过去之后，振膜会极端敏捷地复原中立位置，厌恶的剩余振荡可以得到有效的抑制。因此，号角喇叭的解析力特别好，音乐细节特别丰盛。
指数号角与球形号角
   号角的外形是非常重要的，必须通过繁杂的数学计算得到，不同的外形和长度会造成不同的声音。即便外形渺小的变化，也会使声音有明显的变化。我们可以想一想乐器中的小号和圆号，正是它们的外形和长度造成了各自不同的音色。号角喇叭的设计目标则正好相反：它所产生的声音必须是均衡的、没有失真、没有个性的。
号角的外形有许多种，过去主要有指数形、抛物线形、双曲线形等，其中最广泛的是指数号角。这种号角早在上世纪20年代就出现了，尔后曾长期占领主导位置。但Avantgard觉得：指数号角的实际基本是差错的，会引起严重的声染色。对于这个问题的实际推导比较繁杂，触及到一些难懂的概念，在此就不详述了。
该公司觉得球形号角是最优越的。从外观上看，当频率响应范畴相同时，球形号角的开口比较大，长度比较短。指数号角的开口约为90°，球形号角则扩大到180°。这种号角不只可以避免指数号角的声染色问题，而且低频响应特征也优于指数号角，由左上图可以看出：在低端截止频率（f0）邻近，指数号角的频响曲线有许多峰和谷，而球形号角的响应曲线则是比较理想的。
此外，球形号角的指向特征也优于指数号角。从左下图可以看出：指数号角在高频段发生了集束效应，而球形号角则没有。

hififei · 发表于 2010-7-29 15:17:06

欣赏了，谢谢楼主发布啊，我收藏了啊！

柏屿 · 发表于 2010-7-30 16:26:27

写得很好，支持朋友

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[声卡] 号角喇叭

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