让人惊叹的号角扬声器

realguitar · 发表于 2006-7-7 03:32:00

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让人惊叹的号角扬声器

影音界有三大古董：胆机、LP和号角喇叭。这些古董之所以可以存活至今，真正的原因并不在于它们的珍藏价值或人们的念旧情结，而是因为仍然有人始终地用新技术、新材料、新理念在改造它们，使它们的生命周期得以延长。

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。

realguitar · 发表于 2006-7-7 04:23:00

指数号角与球形号角

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。

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。

号角喇叭的主观听感

号角喇叭的声音特征是动态宏大，声场定位正确。另外，号角喇叭受房间的影响比较小。这是因为它的辐射角度比较小，在特定角度之外的区域中，声压将急剧下降，这就大大减少了房间的反射声。在房间里倾听球形号角时，我们听到的声音中大概85％是直达声，只要15％的反射声。因此，号角喇叭对摆位及房间的要求比较宽松，在不同的房间里，无论是大房间还是小房间，声音差别不会很大。而且，它不会像辐射角度很大的普通音箱那样有大批反射声迭加在原始录音上，从而使声像模糊不清。号角音箱的声场清楚正确，可以保持原始录音的空间感和现场感。可以觉得出每件乐器的位置。

此外，正如前面已经说过的：号角喇叭具备很强的解析力。它就像一个放大镜，会把体系中的所有优点和缺点都暴显露来而不会加以掩盖和美化。所以，要用号角喇叭获得好声音，也不是一件容易的事。

为何低音号角难度高

为什麽低音很少採用驱动器加上号角的设计呢？前面说过，拥有强力磁铁的低音驱动器难寻，再者，低音号角的长度与开口都非常大，假如然要遵照实际製造低音号角，其体积不是一般家庭所可以包容者的。举例来说，号角的长度至少也要有最低截止频率波长的四分之一，假若要让低音号角再生30Hz，30Hz的波长大概为11。3公尺，四分之一波长大概为2。8公尺。假若您要使用二分之一波长来设计号角长度，想要再生30Hz的低频更需要长达5。6公尺的号角，您想想看，谁家可以包容那麽长的号角？

号角长度是一个问题，号角的开口大小则是另外一个问题，号角的开口大小可以用公式来计算：其中Afm是号角开口面积，单位是平方米，C是音速，每秒大概340公尺，F0是最低截止频率。按照公式计算，30Hz的最低截止频率需要大概10。2平方米的号角开口面积，这是多大的号角啊！就算退一步说，我们只需求最低频率为50Hz，那也大概要3。8平方米的开口面积。

因为低音号角的长度与开口面积对于一般家庭应用而言都是不实际的，所以就产生了许多「代替性方桉」，例如Lowther的背载折叠号角，Klipschhorn的牆角号角，以及採用传统动圈锥盆单体做驱动器的低音号角（这已经不是真正的号角，因为此处的号角只不过具备导波Waveguide作用而已。），甚至有些号角喇叭採用分离的锥盆主动式低音（如Avantgarde）。

号角的品种

前面说过，一般常见的扁号角通称为指数型（Exponential）号角。其实，号角按照从喉部到开口的由窄渐宽的扩大曲线设计，可以分为指数型、双曲线型（Hyperbolic）、指数÷双曲线溷合型（Exponential÷Hyperbolic）以及曳物线（Tractrix）等四种，其中开口曲线最大的是曳物线号角。终究设计号角喇叭时要採用哪种扁号角？这就看各家设计师的功力与诉求了。

与扁号角相同的是，圆号角也有不同的扩大曲线，造成不同角度的向外开口。也就是因为这样，几乎每家圆号角製造工厂皆声称拥有世界专利，但它们之间却仍能保持「互不侵犯」的状况，因为只需把扩大曲线更改一点角度，就可以避免侵权了。事实上，要请求圆号角的专利几乎是不可能的，因为早在音响用的圆号角出现之前，乐器裡早已存在许多「圆号角」。假如专利局要发给专利权，也应当发给创造小号与法国号的那个人。

号角喇叭的优点

号角喇叭的优点在哪裡？我们都知道号角喇叭的效率很高，其实效率高并不是号角喇叭的优点，许多锥盆喇叭的效率也达九十几dB啊。号角喇叭的优点是因为只需振膜往复运动一点点间隔，就可以推动很大的空气能量，因为振膜往复运动的间隔很短，失真率就低很多。而锥盆式喇叭想要推动很大的空气能量，就必须做激烈大幅度的往复运动。当锥盆在做激烈大幅度的往复运动时，失真往往非常高。换句话说，表面上看号角喇叭的优点是效率高，其实真正的优点是失真非常低。

1980年代以后，市面上开始出现圆形号角（Spherical Horn），这些圆号角的喉部比指数型扁号角更短，但开口曲线更大，而且开口是圆形。圆号角有什麽益处呢？根据德国AvantGarde所宣布的白皮书，他们实验证实圆号角的声波分散角度远比扁号角大，而且扁号角在低端截止频率邻近区域会有锋值出现，圆号角却仍然可以保持平坦的频率响应曲线。

既然号角喇叭有失真极低的优点，为何目前的主流喇叭仍然是动圈锥盆喇叭呢？最主要的原因是动圈锥盆单体廉价好用，製造成本低。而号角喇叭製造难度高，数量也少，售价通常居高不下，自然难以普及。再者，号角喇叭的体积通常都要比动圈锥盆喇叭还大，这也是号角喇叭不利之处。第三个原因是：号角喇叭的低频段延长能力通常不如动圈锥盆喇叭，而製造不良的低音号角又尖利生硬，以至于号角喇叭的美声形象不易建立。其实，只需可以拥有真正优质的号角喇叭，再配上恰当的扩大机，号角喇叭所表示出来的高度传真、直接、活生、宽广、细节特征真会令人终生难忘。

Stylophone · 发表于 2006-7-7 06:14:00

minihifi · 发表于 2006-7-7 08:29:00

哈，好啊！不错！[em10][em10]

whjfc · 发表于 2006-7-7 17:18:00

写的好。支持。

R潘 · 发表于 2006-7-8 00:32:00

不错支持下

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[有源音箱] 让人惊叹的号角扬声器

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