喇叭原理和發(fā)展歷

1、1、一種管樂器，上細下粗，多用銅制成，俗稱號筒。管樂器，上細下粗，最下端的口部向四周張開，可以放大聲音。明戚繼光《紀效新書號令》：“凡喇叭吹擺隊伍，是要各兵即于行次，每哨一聚。”《二十年目睹之怪現(xiàn)狀》第六八回：“忽然耳邊聽見哈打打，哈打打的一陣喇叭響。”茅盾《色盲》：“喇叭吹出嘹亮的音符，一個個飛來撞著林白霜的耳膜?！?、一種電聲元件。其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲音。也叫揚聲器。巴金《滅亡》一：“﹝車夫﹞先按一下喇叭，接著就開起車走了?！蔽?/p>

2、巍《東方》第四部第十六章：“在這危急的時刻，忽然聽見前面左山腿上廣播喇叭一陣嗞嗞喇喇地怪響?！?、喻替人鼓吹、宣傳的人。茅盾《子夜》八：“虧你還說韓孟翔夠朋友，夠什么朋友呀！他是趙伯韜的喇叭?！盵編輯本段]發(fā)展歷史早在1877年，德國西門子公司的ErenstVerner就根據(jù)佛萊明左手定律，獲得動圈式喇叭的專利。1898年，英國OliverLodge爵士進一步依照電話傳聲筒的原理發(fā)明了錐盆喇叭，與我們所熟悉的現(xiàn)代喇叭十分類似，Lodge

3、爵士稱為「咆哮的電話」。不過這個發(fā)明卻無法運用，因為直到1906年LeeDeFest才發(fā)明了三極真空管，而制成可用的擴大機又是好幾年以后的事，所以錐盆喇叭要到1930年代才逐漸普及起來。另一個原因是1921年以電氣方式錄制的新唱片問世了，它比傳統(tǒng)機械式刻制的唱片有更好的動態(tài)范圍（最大到30dB），逼得人們不得不設法改良喇叭特性以為配合。1923年，貝爾實驗室決定要發(fā)展完善的音樂再生系統(tǒng)，包括新式的唱機與喇叭，立體聲錄音與MC唱頭、立體聲

4、刻片方式等，就在這波行動中被發(fā)明出來。研發(fā)喇叭的重責大任，落在C.W.Rice與E.W.Kellogg兩位工程師身上。他們所使用的設備都是當時人前所未見的，包括一臺200瓦的真空管擴大機、許多貝爾實驗室自己完成的錄音，以歷年來貝爾實驗室發(fā)展出來的各種喇叭－像是Lodge的錐盆喇叭雛形、用振膜瓣控制壓縮氣流的壓縮空氣喇叭、電暈放電式喇叭（今天叫電離子驅(qū)動器），以及靜電喇叭。沒多久Rice與Kellogg從眾多樣式中挑選出兩種設計－錐盆式與

5、靜電式，這一個決定使喇叭發(fā)展方向從此一分而二：傳統(tǒng)式與創(chuàng)新式。動圈式喇叭動圈式喇叭是從舌簧喇叭的基礎演變而來，在環(huán)狀磁鐵中間有一個圓筒型線圈，線圈前端直接固定紙盆或振膜上，但線圈中通過音頻電流，磁場受到變化，線圈就會前后移動而牽動紙盆發(fā)聲。動圈式喇叭問世之初由于永久磁鐵強度難以配合，所以多采用電磁式設計，在磁鐵中另外纏繞一個線圈來產(chǎn)生磁場，這種設計曾流行廿年之久。但電磁喇叭有它的問題，比如通過電磁線圈的直流脈沖容易產(chǎn)生60Hz與120H

6、z的交流聲干擾；而電磁線圈的電流強度隨音頻訊號而變動，造成新的不穩(wěn)定因素。1930年代經(jīng)濟大蕭條期間，愛迪生留聲機公司倒閉了，其它人也好不到哪去，需要擴大機驅(qū)動的喇叭因此推廣不順，老Victla留聲機直到二次世界大戰(zhàn)前都還很流行。二次戰(zhàn)后經(jīng)濟起飛，各種新型音響配件成為搶手貨，錐盆式喇叭再度受到嚴重考驗。這段時間由于強力合金磁鐵開發(fā)成功，動圈式喇叭由電磁式全部變成永久磁鐵式，過去的缺點一掃而空（常用的除了天然磁鐵鈷以外，還有Alnico與

7、Ferrite磁鐵，除了磁通密度外，天然磁鐵的各種特性都較優(yōu)越，近年來高級喇叭則采用釹磁鐵）。為配合LP的問世，以及HiFi系統(tǒng)的進展，錐盆喇叭于是在紙盆材料上尋求改革。常見的像是以較厚重材料制造低音單體，輕而硬的振膜當高音；或者把不同大小的喇叭組裝成同軸單體；也有在高音前面加號筒變成壓縮式號角高音喇叭；甚至有將高音號筒隱藏在低音紙盆后面的設計。1965年英國的Harbeth發(fā)明了真空成型（Bextrene）塑料振膜，是材料上的一大進步

8、，這種柔軟但阻尼系數(shù)高的產(chǎn)品，在KEF與一些英國喇叭上仍可見到。后來Harbeth還發(fā)明了聚丙烯塑料振膜，這種新材料有更高的內(nèi)部阻尼系數(shù)，質(zhì)量更輕，目前仍被許多喇叭采用。工程師設計喇叭時變成有兩個思考方向：低音喇叭尋求音箱結構的突破；高音喇叭則進行單體的改良。所以這個時候出現(xiàn)的一些新設計，幾乎都是高音單體。比較成功的設計，就屬靜電喇叭了。靜電喇叭前面提到貝爾實驗室的Rice與Kellogg實驗喇叭，他們制造的靜電喇叭大得像扇門板，振膜由

9、豬大腸外包金箔構成（塑料還未為上市）。當真空管的光輝照耀，發(fā)亮的金色龐然大物具有催眠作用，加上實驗室空氣中充滿豬腸腐臭味與臭氧味，兩位科學家也許會想到「科學怪人」與利用死人耳朵制成的貝爾「記音器」。但開始發(fā)聲后，它光彩奪目的聲音與逼真的音色，簡直讓大家嚇呆了，他們明白一個嶄新的時代已經(jīng)來臨了。不過Rice與Kellogg在設計靜電喇叭時遇到了無法克服的問題：需要有龐大的振膜才能再生完整的低音，在技術難以突破的情況下，貝爾實驗室只得轉(zhuǎn)向錐

10、盆喇叭發(fā)展，這一停滯使得靜電喇叭沉寂了三十年。1947年一位年輕的海軍軍官ArthurJanszen受指派發(fā)展新的聲納探測設備，而這套設備需要很準確的喇叭。Janszen發(fā)現(xiàn)錐盆喇叭并不線性，于是他動手試做了靜電喇叭，在塑料薄片上涂上導電漆當振膜，事后證明無論是相位或振幅表現(xiàn)都不同凡響。Janszen繼續(xù)研究，發(fā)現(xiàn)將定極板（Stat）絕緣可防止破壞作用的電弧效應。1952年，Janszen完成商業(yè)化生產(chǎn)的靜電高音單體，與AR的低音單體搭

11、配，是當時音響迷夢寐以求的最佳組合。1955年，PeterWalker在英國的「無線電世界」一連發(fā)表多篇有關靜電喇叭式推出新型態(tài)的喇叭，起初命名「靜磁」（Magnestatic），后來改名為「平面磁」（Magneplanar）。Magneplanar上市后得到很大的回響，包括Strathearn、Wharfedale、JVC、CerwinVega、Thens等公司紛紛發(fā)展不同型態(tài)的平面動態(tài)喇叭，其中最有名的是Infinity。Infin

12、ity推出的QuantumReferenceStard附有雙擴大機與電子分音器，它不是用一整塊振膜，而是由許多小振膜組成。QRS高兩米，寬一米，一共有20個高音單體，其中13個向前，其余向后，垂直成一直線排列。中音則有三個單體，也是垂直排列。加上一只15吋低音，使得QRS可以發(fā)出極為震撼的音量，頻率也超出可聞范圍。后來的EMIT高音（ElectroMagicInduction）與EMIM中音，也是一種平面振膜，與后來Genesis所用的

13、高音已經(jīng)不太一樣，Genesis的高音可以視為帶狀單體與平面單體的混合設計，而中音部份Genesis的大喇叭都采用帶狀單體，與Infinity分道揚鑣。不過我們可以看到Infinity從IRS所建立的巨型喇叭架構，這么多年來仍是HiEnd揚聲器的最高典范。平面喇叭也有其限制，它的磁結構使得只有磁場的邊緣通量能與振膜上分布的「音圈」相互作用，因此效率都不高，到目前這個現(xiàn)象能然存在。再一方面，平面喇叭所用的振膜比靜電喇叭或帶狀喇叭都來得重，

14、因此會限制它的頻寬，過去只有Audire一家公司使用全音域的平面驅(qū)動器，連Magneplanar自己的喇叭后來都改采帶狀單體的中高音，加上平面振膜低音組合而成。Burwen與日本山葉曾利用平面振膜制成耳機，Pioneer則放棄磁性平板，改用高分子聚合物來制造耳機，但這些產(chǎn)品似乎都沒有獲得肯定。海耳喇叭非傳統(tǒng)式喇叭中最成功的要屬海爾式設計，就在Winey完成第一個平面動態(tài)喇叭后不久，德國物理學家海爾（OskarHeil）研究出一種很高雅的

15、帶狀喇叭變形物，他稱為氣動式變壓器（AirMotionTransfmer）。海爾的發(fā)明與平面動態(tài)喇叭很像，使用一層很薄的塑料振膜，上面覆以導電的鋁制「音圈」。不過海爾式喇叭的振膜不是拉緊的，而是打褶的、松松的掛在架子上，因此導線音圈位于一堆垂直磁鐵的間隙內(nèi)，當磁力交替擠壓彎曲皺褶的振膜，再將它們推開，空氣就隨著音頻而擠壓發(fā)聲。這樣的設計有很高的效率，振膜上的強大磁力可降低有效質(zhì)量電抗或音頻阻抗，這也是「氣動式變壓器」名稱的由來。事實上這

16、種喇叭就是聲音變壓器，跟號角一樣，較低的有效質(zhì)量使它的高頻可以往上延伸，普通的海爾驅(qū)動器有300Hz－25kHz的頻寬，完全不需要等化。雖然海爾博士對自己的設計信心滿滿，認為自己的喇叭才是合理，別人的喇叭都是奇特，但因為制造品質(zhì)掌控不佳，低音單體的配合又過于簡陋，所以海爾喇叭逐漸淡出市場。會冒火的離子喇叭當貝爾實驗室的Rice與Kellogg面對許多未知時，稱為響弧（SingingArc）或環(huán)形放電喇叭的怪物，大概是最令人敬畏的。早于1

17、920年代，無線電技術員就發(fā)現(xiàn)，用來調(diào)變發(fā)射機的高壓電訊號有時會形成藍色的球狀發(fā)亮氣體，廣播的聲音會從發(fā)亮的球體傳出來，聲音不大但很清楚，有人形容：簡直很火舌一樣。Rice與Kellogg并沒有認真去研究這個現(xiàn)象，因為這種發(fā)音裝置頻寬不足，還會發(fā)出大量臭氧。1940年代，法國核物理學家SiegfriedKlein再度發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，并嘗試開發(fā)新的喇叭，1950年他替新產(chǎn)品命名為「離子喇叭」。這種設計沒有機械諧振，沒有質(zhì)量，有無限的順服性，似

18、乎是喇叭的一大突破。英國的Decca、法國Audax、德國Telefunken、英國Fane與日本Realon都紛紛投入離子喇叭的研究，但首先商業(yè)化上市的卻是美國Dukane（ElectroVoice），它們在1962年推出名為Ionovac的新產(chǎn)品，后來改由AmericanAudioCom.生產(chǎn)，持續(xù)了很長一段時間。至于SiegfriedKlein本身并未參與生產(chǎn)，他繼續(xù)研究，神奇的離子喇叭猶如燭光一樣，可以朝它用力吹氣而絲毫不損音樂

19、播放。離子喇叭的另一優(yōu)點是效率很高，105dB的音壓只需10瓦的擴大機即可達成，頻率響應也可降至1000Hz左右。SiegfriedKlein的設計由德國Magant生產(chǎn)，但美國禁止出售，因為臭氧量超過標準，而且另一個HillPlasmatronic的品牌也威脅Magant獨占地位。雷射物理學家AlanHill所設計的Plasmatronic喇叭原理與SiegfriedKlein的離子喇叭相同，使用一只裝有特殊氣體的石英管產(chǎn)生放電現(xiàn)象，

20、使空氣電離而發(fā)出聲音，最簡單的說，它們的發(fā)聲過程好象是閃電過后的雷鳴現(xiàn)象。這種喇叭高頻特性極佳，但石英管壽命有限（每隔幾個月就要補充氦氣），成本又高，使用上并不方便。Hill的離子喇叭頻率從700Hz－20kHz，在10呎外仍有90dB的音壓，低音則交給傳統(tǒng)錐盆喇叭處理。這對喇叭有完美的相位與振幅線性，失真小于1％，可惜售價高達一萬美元（附贈A類擴大機一部推動高音，并且有電子分頻器），想當然的沒有幾個人購買。不過Hill與Magant的

21、離子喇叭，仍在市場上存在許久。真正的錐型喇叭1985年由Ohm所推出的Walsh，其創(chuàng)意足以和BES相提并論，也是第一對真正的錐型喇叭，不但用錐型單體，喇叭本身就是個錐型。Walsh只用一個單體處理20Hz－20kHz的廣闊頻率，錐型驅(qū)動器放在音箱頂端，音圈和磁鐵在上面，振膜朝向音箱內(nèi)部。Walsh以管制的分解方式工作，頻率上升時，對音圈起反應的紙盆范圍縮?。活l率較低時紙盆活動范圍增加。未達到此一目標，紙盆由數(shù)種不同材料的同心環(huán)組成，同

22、心環(huán)的作用等于低音濾波器。環(huán)越大，處理的頻率越低，最低的頻率使整個紙盆運動；高頻則只用很輕的振膜維持，以阻尼的方式維持頻率響應平直。這種設計不論相位或振幅都有很好的線性，最主要是它能180度發(fā)聲。另一個錐型喇叭的典范，是德國mbl的101喇叭。1975年左右，一家計算機儀控公司老板Meletzky發(fā)現(xiàn)，球面單體最能符合他的理想，球型單體的振膜大于傳統(tǒng)喇叭單體，更能仿真出自然樂器在空間中的表現(xiàn)。于是他結合柏林大學的兩位教授以鋁片作成百褶裙