直流电路中喇叭的工作原理

核心提示目前绝大多数的喇叭都还是用传统的锥盆式单体前后运动声,比较学术性的说法,这些喇叭叫电动(ElectrokineticDynamic)或动圈式(Moving Coil)。早在一八七七年德国西门子的Erenst Vemer就获得了动圈式喇叭的专

目前绝大多数的喇叭都还是用传统的锥盆式单体前后运动声,比较学术性的说法,这些喇叭叫电动(ElectrokineticDynamic)或动圈式(Moving Coil)。早在一八七七年德国西门子的Erenst Vemer就获得了动圈式喇叭的专利,不过真空管迟至一九0七年才正式运用,而爱迪生最早的唱机是唱针直接带动振膜而后经号角放大发声,所以西门子的专利一直没有用上。一九二0年美国奇异公司的Chester Rice与Edward Kerrog还有爱迪生贝尔P.G.Hokuto才首度发展出实用的动圈式喇叭,七十多年来,除了材料不断改良外,你记为喇叭科技真的有进步吗?下面是几种常见的喇叭发声方式:

一、动圈式。基本原理来自佛莱明左手定律,把一条有电流的道线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间,道线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动,在把一片振膜依附在这根道线上,随著电流变化振膜就产生前后的运动。目前百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。

二、电磁式。在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象,并同时带动振膜运动。这种设计成本低廉但效果不佳,所以多用在电话筒与小型耳机上。

三、电感式。与电磁式原理相近,不过电枢加倍,而磁铁上的两个音圈并不对称,当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁通量会互相推挤而运动。与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率,不过效率却非常的低。

四、静电式。基本原理是库伦(Coulomb)定律,通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理,两个膜片面对面摆放,当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。静电单体由於质量轻且振动分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,对低音动力有未逮,而且它的效率不高,使用直流电原又容易聚集灰尘。目前如Martin-Logan等厂商已成功的发展出静电与动圈混合式喇叭,解决了静电体低音不足的问题,在耳机上静电式的运用也很广泛。

五、平面式。最早由日本SONY开发出来的设计,音圈设计仍是动圈式为主题,不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜,因为少人空洞效应,特性较佳,但效率也偏低。

六、丝带式。没有传统的音圈设计,振膜是以非常薄的金属制成,电流直接流进道体使其振动发音。由於它的振膜就是音圈,所以质量非常轻,瞬态响应极佳,高频响应也很好。不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战,Apogee可为代表。另一种方式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑胶薄片上,这样可以解决部分低阻抗的问题,Magnepang此类设计的佼佼者。

七、号角式。振膜推动位於号筒底部的空气而工作,因为声音传送时未被扩散所以效率非常高,但由於号角的形状与长度都会影响音色,要重播低频也不太容易,现在大多用在巨型PA系统或高音单体上,美国Klipsch就是老字号的号角喇叭生产商。

八、其他还有海耳博士在一九七三年发展出来的丝带式改良设计,称为海耳喇叭,理论上非常优秀,台湾使用者却很稀少。压电式是利用钛酸等压电材料,加上电压使其伸展或收缩而发音的设计,Pioneer曾以高聚合体改良压电式设计,用在他们的高音单体上。离子喇叭(Ion)是利用高压放电使空气成为带电的质止,施以交流电压后这些游离的带电分子就会因振动而发声,目前只能用在高频以上的单体。飞利浦也曾发展主动回授式喇叭(MFB),在喇叭内装有主动式回授线路,可以大幅降低失真。这些设计目前都不是主流,我们有机会再来探

 麦克风是录音室中最常见到也最重要的器材之一,它站在第一线面对所要收录的声音,将物理振动产生出的声波能量转变成电子讯号的一种工具。以下将针对几种录音室常见麦克风的构造及特性做简单的介绍。

麦克风种类及运作原理

 一、动圈式Dynamic

 振膜(diaphragm)是麦克风最核心的组件,振膜的作用是用以接收声波的振动,并将这些物理动能转换成电子讯号。动圈式麦克风及电容式麦克风的收音原理都式透过振膜来收音。

 动圈式麦克风的振膜正面接受音压,反面连接着一个线圈,线圈再缠绕着磁铁。当振膜正面接受音压时,振膜的振动会使得线圈移动而与磁铁感应起电,而随着音压的强弱振膜移动感应起电的程度也就有所强弱,麦克风的电路再将感应起电产生的电流做放大的处理。与电容式麦克风相比起来,电容式需输入一额外的电源来使麦克风运作,而动圈式麦克风则单纯透过振动振膜与线圈产生电磁感应;线圈的重量使得振膜需要较大的音压才能驱动,且也较难因为细微的音压变化而产生感应起电,因此对于细微的声音较不易收录,灵敏度较电容式麦克风低。这样的特点使得动圈式麦克风适合用于不需收录很多细节的场合,例如:演唱技巧较差的歌手使用电容式麦克风就会显出许多瑕疵,但使用动圈式麦克风,由于灵敏度较低,瑕疵便不太明显。

 动圈式麦克风可以承受的音压大,因此常用于收音压大的乐器,例如:大鼓、钹…等等。而它的结构使得它的频率响应不是那么平整,因此也常常有针对特定用途使用的麦克风,例如专门收大鼓的Shure Beta52,就特别针对了低频做强化。最常见的动圈式麦克风Shure SM57,它的频率响应在4k~6kHz的地方特别强化,在收小鼓、电吉他音箱及人声时皆有很好的表现。

 二、电容式Condenser

 电容式麦克风的特点之一就是需要额外的电源才能运作。音圈(Capsule)是由较厚的Back Plate和较薄的Front Plate所组成,两者之间有个极小的间距。Front Plate是由振膜(Diaphragm)组成,当金属振膜接收到音压的振动时,通电的线路会因为Front Plate与Back Plate的距离改变而产生电位差,感应电流再透过电路放大获得足够的讯号以便撷取。

 麦克风振膜是以一不导电的薄膜再镀上一层金属,而金属镀膜的厚度及重量会直接影响振膜的敏感度,这样的工艺也是一般电容式麦克风会比动圈式麦克风贵的原因。此外,电容式麦克风的讯号经过了电路放大,且振膜的厚度较动圈式麦克风的震膜薄且脆弱,因此它能承受的最大音压也比动圈式麦克风来的小。但反之,电容式麦克风的`敏感度(sensitivity)与频率响应都较动圈式高,并且讯号放大的电路也可以有不同的方式,例如真空管放大就会让麦克风的声音表现比较温暖。

 电容式的高灵敏度让它多用在人声配唱、或者是弦乐等需要细腻表现的收音场合。录音室有许多经典的电容式麦克风,例如像Neumann U87,在人声收音的场合经常会使用。AKG C414系列的麦克风,对乐器、人声等都有相当好的表现,可说是录音室必备的一支麦克风。DPA 4006是全向式的电容式麦克风,常用于乐器的收音,更多是使用在古典音乐的现场演奏上。Manley Gold Reference是非常昂贵的一支麦克风,其放大回路中使用了真空管,因此有种真空管特有的温暖特性。

 三、丝带式Ribbon

 丝带式麦克风的收音原理与动圈式麦克风相同,是透过振膜振动与磁场产生感应起电,两者的差别在于使用不同的振膜材质。丝带式麦克风的振膜材质大多是极轻薄的铝,极脆弱,若不小心撞击或是供电都会使麦克风的丝带损坏。因其制作成本高,保存不易,也较少录音室使用,但现在丝带式麦克风的振膜材质因着科技的进步,已有很大的突破,不再如早期丝带式麦克风的振膜如此脆弱,但相较起来,仍不如动圈式麦克风一样坚固。

 多数的丝带式麦克风的收音型态为8字型(Figue 8),原因是因为其设计电磁感应的方式,可参考图例中,丝带振膜位在两个磁铁之中,因此振膜的正反两面皆可收音。丝带式麦克风的灵敏度介于动圈式与电容式麦克风之间,声音表现带有温暖的特性,一般使用于人声配唱或一些弦乐器收音。

 
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