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揚聲器電聲元件的分類

1940結尾,年輕的加拿大發明家吉爾伯特·霍伯勒(Gilbert Hobrough)在使用放大器時,有壹次在音樂播放過程中不小心把喇叭線拔了下來,使火線靠近了線的接地端。這是壹個危險的動作,但霍伯勒驚訝地發現,電線開始攪動並發出音樂。這根“有增益的金屬絲”很快意識到這是壹種靜電效應。經過進壹步研究,霍伯勒意識到這個問題是在1910年左右提出的,1925年在磁場中使用導電金屬片的喇叭已經在德國獲得專利。當時人們說是絲帶喇叭。1920和1930分別出現過兩種絲帶音箱,但都是曇花壹現,很快就銷聲匿跡了。帶狀喇叭的原理是在兩個磁鐵中安裝壹個振動的金屬帶狀薄膜。當金屬帶通過電流時,會產生磁場變化並振動。當霍布勒重新發現帶狀喇叭時,Quad的創始人彼得·沃克也在英國推廣了壹種裝有喇叭的帶狀高音喇叭。這個高音並不成功,但卻是英國德卡在1960左右推出的非常成功的帶狀高音。另壹種類似的帶狀音箱Kelly Ribbon由歐文·弗裏德(Irving Fried)引入美國,他將Kelly高音與傳輸線低音搭配,產生了良好的效果。在1970年代,Dick Sequerra為金字塔開發了壹個帶狀喇叭,並且第壹次放棄了喇叭的設計。在霍布勒發現帶狀喇叭後的三十年裏,他通過操作航空繪圖,依靠自動機械的專利,繼續他的研究。最終在1978年,他成功研制出壹種頻響低至400Hz的帶狀單體(當時產品只能達到600Hz),不會熔化、斷裂、變形,失真度僅為1%。Hobbrough和他的兒子Theodore Hobrough還獲得了壹項專利:聚丙烯低音搭配絲帶高音的非共振專用揚聲器。但是他們以Jumetite Lab為品牌做的音箱,想以更低的價格提供給大家,卻沒有在市場上流行起來。後來,加州柏克萊的VMPS音響公司、愛荷華州的金帶概念公司和馬薩諸塞州的Apogee公司都開發了帶寬比Jumetite實驗室更寬的帶狀揚聲器系統。

Gold Ribbon制造了帶寬最大的色帶驅動器(200Hz-30KHz)。他們沒有用鋁,而是用厚度僅為1微米(百萬分之壹米)的黃金制作了膜片。但是最成功的公司是Apogee。既是藝術經紀人又是音頻播放器的傑森·布魯姆和他的嶽父退休航空工程師利奧·斯皮格爾組成了Apogee。他們為中高音符使用壹個經典的帶狀驅動器,在100Hz以下使用另壹個準帶狀驅動器。近幾年他們還加入了錐盆低音進行混搭設計,評價還挺高的。另外還有壹個帶狀喇叭家族的遠親——BES(Bertagni電聲系統)脈動振膜喇叭。BES像典型的靜電揚聲器或Magneplanar平面揚聲器壹樣,有壹個開放式的架子和壹個平面振膜,聲音向前和向後輻射。不過BES並不是很薄的金屬板,而是不同厚度的泡沫塑料,看起來有點像立體地圖。BES的設計使得振膜表面有很多共振模式,振膜的不同部分以不同的頻率振動。振動方式不是機械活塞,而是像音叉壹樣以寬音頻均勻振動。BES的設計引起了很大的爭議,最後當然不了了之。在條形喇叭的演變過程中,平面動態喇叭,也就是所謂的假條形喇叭也發生了演變,它的出現歸功於美國3M公司的工程師吉姆·懷尼(Jim Winey)。吉姆·懷尼原本是壹名業余音頻愛好者。他非常喜歡靜電揚聲器,但他認為KLH-9太貴了。應該有辦法降低成本。壹天,他受到了啟發。他發現用於冰箱門的軟陶瓷磁體重量輕,成本低,易於切割制造,非常適合磁性結構。這種磁鐵可以均勻驅動平而寬的整個振膜面,可以用在雙極輻射的塑料振膜喇叭中。吉姆·懷尼設計的喇叭振膜上有許多細小的金屬線。金屬線接收來自放大器的信號,並與永磁體的磁場配合產生吸力和推力。1971年,Winey正式推出壹款新型揚聲器,最早命名為“Magnestatic”,後更名為“Magneplanar”。Magneplanar上市後反響很大,包括Strathearn、Wharfedale、JVC、Cerwin-Vega、Thorens等公司都開發了不同類型的平面動圈音箱,其中最著名的是Infinity。Infinity的量子參考標準配備了壹個雙放大器和壹個電子聲音分離器。它是由許多小隔膜組成,而不是壹個完整的隔膜。QRS高兩米,寬壹米。壹* *有20個高音單元,其中13向前,其余向後,垂直排列成壹條直線。中音有三個單體,也是垂直排列的。再加上壹個15英寸的低音,QRS可以發出極其震撼的音量,頻率超出了可聽範圍。後來的EMIT(電磁感應)和EMIM中音也是壹種平振膜,和《創世紀》裏用的後來的男高音不太壹樣。《創世紀》的男高音可以看做是帶狀單體和扁平單體的混合設計,而《創世紀》中音的大喇叭都采用帶狀單體,和《無極》不同。但是我們可以看到,Infinity從IRS打造的巨型音箱架構,這麽多年來依然是Hi-End音箱的最高典範。平面喇叭也有其局限性。它的磁結構使得只有磁場的邊緣通量與分布在振膜上的“音圈”相互作用,所以效率不高。到目前為止,這種現象是可以存在的。另壹方面,平面揚聲器使用的振膜比靜電揚聲器或帶狀揚聲器更重,這將限制其帶寬。以前只有Audire公司用的是全音域平面驅動器,就連Magneplanar自己的揚聲器,後來也是用帶狀單體的中高音和平面振膜的低音結合在壹起。日本的Burwen和Yamaha曾經做過平板振膜的耳機,先鋒放棄了磁性平板,用聚合物做耳機,但是這些產品似乎並沒有得到肯定。最成功的非傳統喇叭之壹是海爾設計。在Winey完成第壹個平面動態喇叭後不久,德國物理學家Oskar Heil開發了壹個優雅的條形喇叭變體,他稱之為空氣運動變壓器。

海爾的發明非常類似於壹個平面動態喇叭,它使用壹個薄的塑料振膜,上面覆蓋著壹個導電的鋁制“音圈”。但是海爾喇叭的振膜不是繃緊的,而是打褶的,松散的掛在架子上,所以鋼絲音圈就位於壹堆豎磁鐵之間的空隙裏。當磁力交替擠壓彎曲和起皺的振膜,然後將它們推開時,空氣與音頻壹起擠壓。這種設計效率高,振膜上的強磁力可以降低有效質量電抗或音頻阻抗,這也是“氣動變壓器”這個名字的由來。實際上,這種喇叭就是壹個聲音轉換器。就像喇叭壹樣,由於有效質量低,其高頻可以向上延伸。普通海爾驅動器的帶寬是300 Hz-25 kHz,完全不需要均衡。雖然海爾博士對自己的設計充滿信心,認為自己的音箱很合理,別人的音箱很奇怪,但由於制造質量控制不好,低音單體配合不好,海爾音箱逐漸淡出市場。當面對許多未知時,丹伯特實驗室的賴斯和凱洛格大概是最令人敬畏的被稱為歌唱弧或環形放電角的怪物。早在1920s,無線電技術人員就發現,用來調制發射機的高壓電信號有時會形成藍色球形發光氣體,廣播聲音會從發光球體中發出,聲音不大但很清晰。有些人形容它就像火壹樣。賴斯和凱洛格並沒有認真研究這種現象,因為這種發音裝置帶寬不足,而且會排放大量臭氧。1940s年,法國核物理學家Siegfried Klein再次發現了這壹現象,並試圖研制壹種新的喇叭。1950年,他將新產品命名為“離子號角”。這種設計沒有機械共振,沒有質量,無限服從,似乎是喇叭的壹大突破。英國的Decca,法國的Audax,德國的Telefunken,英國的Fane,日本的Realon都投入了離子喇叭的研究,但是美國的Dukane(電音)是最早商業化的。他們在1962推出了壹款名為Ionovac的新產品,後來由AmericanAudioC om生產。持續了很久。至於沒有參與制作的齊格弗裏德·克萊因,他繼續研究神奇的離子號角,就像燭光壹樣,可以用力吹它而不破壞音樂。離子喇叭的另壹個優點是效率高。105dB的聲壓只需要10瓦的放大器就可以實現,頻率響應也可以降低到1000Hz左右。Siegfried Klein的設計由德國Magent公司生產,但由於臭氧量超標和另壹個品牌的Hill Plasmatronic威脅到Magent公司的壟斷地位,它被禁止在美國銷售。激光物理學家艾倫·希爾設計的等離子體喇叭原理與齊格弗裏德·克萊因的離子喇叭原理相同。用充有特殊氣體的石英管產生放電現象,使空氣電離,發出聲音。用最簡單的方式來說,它們的發聲過程似乎是閃電後的打雷現象。這種喇叭高頻特性優良,但石英管壽命有限(每隔幾個月就要補充氦氣),成本高,使用不方便。希爾的離子喇叭頻率為700 Hz-20 Hz,10英尺處仍有90dB的聲壓,低音交給傳統的錐盆喇叭處理。這對揚聲器具有完美的相位和幅度線性度,失真小於65,438±0%。可惜價格高達10000美金(含A類功放推高音,還有電子分頻器)。當然很少有人買。但是,希爾和馬根特的離子喇叭仍然在市場上長期存在。0985年歐姆推出的真正的圓錐喇叭65438+Walsh,創意堪比BES,也是第壹對真正的圓錐喇叭,不僅使用了圓錐單體,喇叭本身也是圓錐的。沃爾什只用單個單元來處理20 Hz-20 kHz的寬頻率。錐形驅動器放在揚聲器頂部,音圈和磁鐵在上面,振膜朝向揚聲器內部。沃爾什工作在受控分解模式,當頻率上升時,響應音圈的紙盆範圍減小;當頻率較低時,紙盆的移動範圍增大。

如果達不到這個目的,紙盆就是由幾個不同材質的同心環組成,同心環的作用等同於低音濾鏡。圓環越大,處理頻率越低,最低頻率使整個紙盆移動;高頻僅由非常輕的振膜維持,頻率響應通過阻尼保持平坦。這樣的設計無論是相位還是幅度都有很好的線性度,最重要的是可以發出180度的聲音。圓錐喇叭的另壹個例子是德國mbl的101喇叭。1975左右,壹家計算機儀器控制公司的老板Meletzky發現,球形單體最能符合他的理想,球形單體的振膜比傳統揚聲器單體的振膜大,能更好地模擬自然儀器在太空中的表現。於是他聯合柏林大學的兩位教授,用鋁做了壹個類似百褶裙的圓形單體。這款名為100的產品並沒有正式上市。1987年,mbl用碳纖維做了壹個360度發聲的中高音單體,再結合壹個由多片鋁片粘合而成的葫蘆形低音,推出了壹款驚艷的101音箱。還有壹種是正相喇叭,在整張塑料薄膜上粘上壹條輕質鋁帶,然後放入強磁場中,鋁帶通電產生振動和聲音。1919年,美國物理學家亞瑟·g·韋伯斯特發明了指數號角。由於其50%的高效率(壹般動圈喇叭的效率僅為1-10%,Klipsch的horn喇叭效率約為30%),很快被廣泛應用於劇院、體育場等需要較大體積的場合。horn喇叭最大的特點就是效率高,壹點點功率就能發出很大的聲音。它的缺點是不利於低頻播放。如果妳想播放低頻,妳需要壹個長喇叭。比如回放50Hz頻率,喇叭開口直徑要兩米,長度要五米以上。1940年,美國工程師Paul W. Klipsch設計了壹款適合家庭使用的小型折疊式低音喇叭揚聲器。驅動器被安裝在房間的角落裏,房間的墻壁被視為壹個超大的喇叭。當Klipschorn慶祝他的50歲生日時,這種喇叭還在生產。Altec藍星,成立於1927,是喇叭揚聲器的又壹個傳奇。1956推出的A7《劇院之聲》至今仍受歡迎。成立於1932的Vitavox在191 horn horn推出了堪比Klipschorn的喇叭。頻率響應達到了20 Hz-20 Hz,目前還在生產進度中。喇叭喇叭的特性會因長度、形狀和所用材料的不同而不同。從早期的鐵鋁鋅喇叭,逐漸演變為塑料、水泥、木喇叭、合成材料喇叭等多種材質。設計得當可以部分解決horn喇叭音質不細致的問題;設計不當甚至會導致轟鳴效應。喇叭按形狀可分為雙曲線型、拋物線型、指數型和圓錐型,其中指數型角度最常用。有的喇叭指向性太強,前端必須掛壹個聲學透鏡,增加聲音擴散的角度。壹些簡化的折疊喇叭相繼被提出。有些設計利用短喇叭和房間墻壁來增強喇叭後部發出的低頻,同時從錐盆前部直接發出中高音調。這種背上有負載的折疊喇叭喇叭通常效果不錯。目前喇叭音箱多與錐盆低音配合使用。因為喇叭的效率通常在100dB以上,所以用起來不是那麽容易。比較成功的廠商有北歐的JBL、電音、愛因斯坦、法國的賈迪斯(獨壹無二的Eurythmie 11足以載入史冊)、美國的西湖、意大利的津加利。除了氣墊喇叭本身的改進,工程師們從上世紀50年代就開始在揚聲器上進行思考,希望用同樣的單體展現更好的效果。

其中最著名的設計有兩個,壹個是氣墊喇叭,壹個是輸電線路喇叭。隨著1958立體聲唱片的出現,立體聲進入了三維世界。不像歌手,音箱需要重新設計。消費者只需要多買壹個同類型的音箱。但正因為如此,巨大的喇叭不再受青睞,大家都需要小而低頻的新品,氣墊喇叭應運而生。氣墊喇叭流行背後的功臣應該是晶體放大器,在不加熱的情況下提供高功率,以應對氣墊設計帶來的低效率。同時,氣墊喇叭也是大功率擴展器背後的元兇。70年代很多人都有這個想法。不是高輸出擴聲器就不好,不是氣墊喇叭就不夠高級。

氣墊式也是封閉式的設計。單體在運動時,如果後向波傳播到前方,會造成低頻信號抵消,於是產生了無限擋板的概念。壹個封閉的盒子也可以作為無限屏障,將前後波相互作用的幾率降到最低。低音反射型是無限擋板的衍生設計。因為錐體的大小和振動頻率會限制揚聲器的低頻性能,所以安裝帶開口的揚聲器可以擴展低頻響應。開口的大小是由揚聲器的音量和單體的* * *振動頻率決定的。揚聲器反射聲音的相移時,開口和錐盆發出的低頻是壹樣的,產生了加強效果。

AR in 1954創始人Edgar Villchur推出氣墊喇叭,解決了壹般封閉式音箱剛性空氣導致低頻快速衰減的問題。動圈單體通常由錐體和音圈組成,錐體邊緣由彈性材料支撐,不可能有自由空氣振動頻率。如果氣密揚聲器填充吸聲材料,揚聲器系統將產生比單個驅動器更高的振動頻率。Edgar Villchur將自由空氣振動頻率約為10Hz的單體放入1.7立方英尺的密閉揚聲器中,揚聲器的振動頻率提高到43Hz。這種設計壹方面大大降低了系統的失真度,另壹方面可以發出很深的低頻,缺點是效率大大降低。傳輸線喇叭最初叫迷宮式設計,喇叭單體安裝在揚聲器的壹端。通過復雜而長的調諧通道,單體的回波從另壹端的開口擴散。第壹個迷宮設計是由班傑明·奧爾尼於1936年為斯特羅姆貝裏-卡森公司設計的。他把壹個* * *振動頻率為50Hz的單體放入迷宮式音箱,結果它的* * *振動頻率降低到40Hz,在40Hz的半波處,75-80 Hz,就產生了很好的低音。但與此同時,他發現響應曲線產生了許多峰值,這些峰值來自揚聲器聲道本身的聲音,於是他在聲道中鋪設吸聲材料和導流板,在開口處截斷150Hz以上的頻率。迷宮式設計可以得到很好的低音擴展,但是制作麻煩,也不如經濟型低音反射的簡單封閉設計有競爭力,所以卡森在50年代再次推廣迷宮式設計,但還是失敗了。當迷宮喇叭在60年代中期重新出現時,它有了壹個新名字——傳輸線喇叭。

傳輸線型可以說是通道中充滿阻尼器的迷宮,其理論是由布拉德福德理工學院的A.R. Bailey教授提出的。他認為低音反射揚聲器因為低頻衰減劇烈,容易響,就像用電子手段突然切斷低頻壹樣。如果在音箱後面設計壹個無限大的通道,吸收背波的反射,就可以消除幹擾駐波,於是他用長纖維棉等吸音阻尼材料代替無限大的通道,極低頻的聲波就可以從通道中逸出,增強了音箱的低頻效果。Bailey教授的設計曾經被很多廠商采用,包括IMF、Infinity、ESS、拉德福德等。他們中的壹些人使用該通道來增強低音,而其他人則使用它來阻尼。迷宮出口的橫截面積通常等於或大於單個隔板的面積;傳輸線型的通道逐漸減小,出口的橫截面積小於隔膜的橫截面積。

英國的羅伯特·弗裏斯(Robert Fris)曾經推薦過壹種傳輸線的變型設計,叫做“解耦反諧振線”。這個設計號稱沒有* * *振鈴現象,使用小尺寸單體也能獲得不錯的低音,而且也比大尺寸單體有更好的瞬時效果。目前還沒有達林設計的音箱,但是壹些低音反射音箱受到了這個啟發,進行了改進。習慣封閉式或者低音反射式設計的人,壹直對傳輸線設計有意見。傳輸線設計的體積大,結構復雜,效果難以預料,也阻礙了他的發展。目前,只有英屬TDL(前國際貨幣基金組織)和PMC是生產輸電線路的知名制造商。PMC成功設計了帶傳輸線的錄音棚聽音揚聲器,再次引起了大家對傳輸線的興趣。揚聲器單元逐漸從單壹的全音域設計發展到多聲道設計。工程師發現不同頻率單元之間的連接存在很多問題,包括分頻點、分頻斜率、靈敏度、相位等等,都可能造成誤差,於是提出了兩個新的思考方向,壹個是全頻揚聲器,壹個是同軸揚聲器。英國的Goodmans曾經讓例如Jordan設計AXIOM80單體,這是為錄音和聽音而設計的,也是壹棵全音域單體的常青樹。喬丹和另壹個英國人沃茨在1964組建了喬丹·沃茨公司。當時模型單元單體連續生產了20多年。這個單體用了10 cm的金屬振膜,鈹青銅做的音圈,方形邊框,很有特色。Jordan Watts在1975年推出的酒壺花瓶形全頻揚聲器至今仍在生產,是少數像藝術品壹樣的揚聲器..成立於1932的Wharfedale,二戰前後也推出過不錯的全系列單體。1958換boss後,開始向計算機等尖端技術發展,放棄了全系列單體的開發。另壹家英國公司Lowther壹直堅稱自己在全系列單體領域浸淫了60多年。他們的白獨立邊和中央均衡器等單體特征,他們的產品在臺灣省還是能買到的。

日本有多家全系列單體制造商。曾經與先鋒、安橋並稱音箱三大老店的珊瑚,推出了20 cm尺寸的全系列單體。Diatone在1946年成為戰後第壹家生產全頻揚聲器的公司,他們利用OP磁鐵取得了巨大的成功。1947年與NHK合作開發P-62F單體,用於聽播。後來改為P-610。整個系列暢銷近40年,成為日本音響史上的傳奇。在慶祝50周年前夕,Diatone推出了限量版紀念產品,引起了小轟動。因石油危機於1973從福斯特汽車分離出來的Fostex,生產了很多創意產品,如雙錐盆全系列單體、生物隔膜單體等。他們還制作了世界上最大的低音單體EW800(80 cm)。蓋伊。R. Foundtain在1926年創立了天朗公司,1947年設計的LSU/HF/15L單體是兩個聲道的同軸設計,尺寸為38 cm,開啟了同軸音箱的新時代。1953年,天朗開始為Monitor 15 Silver等錄音棚制造同軸單體聽音揚聲器,被許多大唱片公司采用。很多迪卡的發燒碟都是用這個時代的天朗音箱錄制的。天朗的同軸概念來源於20世紀30年代的全音域點聲源設計。它具有結構簡單、線性對稱和方向性好、失真度低、音視頻準確等優點。為了獲得足夠的低音,天朗不斷加大尺寸,最終將38 cm同軸單體應用於威斯敏斯特皇家等頂級揚聲器,可以產生相當低沈的低頻。近年來,天朗不僅設計了帶有雙音圈的同軸單體,還在高音單體中安裝了郁金香波導,以提高頻率響應的平滑度。在天朗70周年之際,他們推出了壹款新的旗艦王國揚聲器,中音部分仍然采用同軸設計。另外,超高和超低單體的加入,這款音箱也說明了同軸設計的局限性。

天朗最大的競爭對手是英國同胞KEF(Kent Engineering and Foundary),他們的動作比天朗更積極。1984年推出耦合Caviy技術,104/2音箱獨特的概念和豐富的低頻引起了眾多討論。今年,他們加入了同軸揚聲器市場。1989年,KEF進壹步改進,推出了名為Uni-Q的同軸技術。105/3揚聲器同時使用了腔體耦合技術和Uni-Q單體,展現了更高的水準。KEF的Uni-Q單體配有兩塊磁鐵,壹塊大磁鐵,壹塊小磁鐵,高音單元發音時使用低音振膜作為喇叭,達到同軸同步的目的;天朗的同軸單體不在同壹個平面上,所以它們在同壹時間並不真正同軸。

各種同軸設計層出不窮。專門制造PA和錄音棚音箱的高斯,在高音上加了碗形罩,放在低音中間,評價不錯。德國西門子也設計了同軸單體,將9 cm的高音單體放在25 cm的低音單體前面,再用聲學透鏡提高擴散角。20世紀70年代進入戲劇市場引起了壹場大討論。壓電單體目前只在少數高音中使用。壓電指的是當施加電壓時會膨脹、收縮或彎曲的材料,例如化合物,如羅謝爾鹽、鈦酸鋇、鈦酸鹽、鋯酸鹽等。,已用於歌手和耳機等組件。至於喇叭,要等到可軸向拉伸、兩面真空蒸鋁處理的聚氟乙烯樹脂制成的高聚物出現後才能實現。這種單體線性好,失真小,實時性好,並且由於重量輕,可以設計成各種形狀。它的缺點是有容性阻抗,有時需要專門設計的開關放大器。

此外,還有空氣閥揚聲器(允許空氣從壓縮空氣罐流過喇叭發出聲音),感應式,熱摩擦式,官方商業化的薄膜式。荷蘭的飛利浦公司推出了壹款MFB喇叭,在喇叭盒中裝有放大器和有源反饋元件,將放大器的反饋回路延伸到喇叭音圈。飛利浦的產品並不成功,但啟發了Infinity、Genisis等廠商在低音部分做伺服放大器,減少低音失真。

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