[组图]BBC LS3/5A 徹底剖析

2011-10-10 17:17:45来源: 互联网
我們可以發現以往所公開發表,關於BBC LS 3/5A喇叭的文章,在感性面的著墨,大過理性面甚多,如果真的要探究其中的因素,那大概就是因為它的聲音表現,有一股特殊的迷人魅力吧!要解釋這股特殊而又迷人的魅力,到底從何來其實不難,只有一個「謎」字?!沒錯,它就像吹笛手手裡的魔笛,以一種特有的、近乎催眠的咒語,迷幻了許多人,讓聽者為之沉迷、為之扼腕,沉迷的是它濃郁典雅的音色,扼腕的是它不夠全面的表現。這個「謎」如何解?!對不起,到目前為止還沒有任何具有共識的答案。
搜羅市場上所流通的資料,可以發現BBC LS 3/5A發表至今的數十年中,僅有部份文章曾經針對這對喇叭的改機方式做過報導,而深入且廣泛的設計探討,則至今尚不多見。之所以會有如此的現象,不外乎是因為這對喇叭在重播音樂之時,所呈現的豐沛音樂性,令大部分聽者動容、令有識者激賞的緣故。既然有許多的前人,已針對LS 3/5A的聲音表現,以及改機方式,做過廣泛而且深入的研究,我們不妨從另外的角度,切入來看這對一代銘器。

不按牌理出牌的LS 3/5A

您知道喇叭的開發流程嗎?就商業化的角度來探討,絕大多數喇叭的設計,都是由「市場售價」開啟第一個步驟,因為這個要素將會牽涉到箱體、單體、分音器等必要的組成部份,因此這個步驟可說是喇叭設計最重要的一環。決定好售價之後,也就等於宣告了這款新商品的市場定位,接下來就是單體的選定、音箱的設計以及分音器的構成。經過這些重重步驟之後,如果沒有任何意外,當然就會有產品上市。

LS 3/5A是經過如此過程產生的嗎?不好意思,可能不是!熟知這對喇叭歷史的讀者一定都曉得,這對喇叭最初的功能設計,是用在廣播車上作為收音監聽之用,因此為了遷就狹窄的車廂空間,有許多的細部設計,便以此為前提作出許多變化,例如︰高音單體四周用來防止過度擴散的吸音毛氈、迷你的體積、更強調的中頻等,並且將它作成單聲道使用!也就是說,一次只用一支喇叭作為監聽播放。

就因為最初不是要用來作為商業用途(公開銷售),因此它的設計步驟,也就可能脫離設計常規的程序,當然也有些商品的設計步驟,並不像我所交代的那樣,不過那僅只是少數。我們僅針對下列幾個點,來探究這對喇叭為何迷人!以及Rogers、Harbeth與Spendor三家公司,用來與LS 3/5A媲美的三款同類型喇叭之間的不同點。

分音器

喇叭的主要組成部份除了單體、箱體以外,還有一項常被忽略的重要組成單元-「分音器」。它之所以容易被忽略的原因,是因為它通常被放置在箱體的內部,除非您卸下喇叭單體,不然一定無緣窺見。不過,當您看見分音器之時,一定會覺得很奇怪,為什麼它的長相與組成元件,會與器材的電路板一樣,都是印刷電路板、電容、電感、電阻等零件?這些零件在分音器上,又扮演什麼角色呢?
分音器上各種零件各自職司不同的功能,像電容只允許高頻訊號通過,因此稱為高通濾波器;電感只允許低頻訊號通過,因此又稱為低通濾波器;電阻則是作為阻止或降低電流通過的量,因此在分音器上主要的功能,是作為降低量感之用,通常會被使用在高音單體的正極。如果電阻是與單體作並聯的話,就不是作為降低量感之用了!而是用來作為阻抗匹配,因為在單體正極之前串聯電阻降低量感的同時,單體將會因為與電阻串聯致使阻抗增加而降低效率,這時候便必須在單體上並聯一顆電阻,使這部分的阻抗回復到原先的阻抗值,這便是阻抗匹配的作用。

經由以上的簡略解說後,我們便可以清楚的知道,分音器要使用這些零件的原因,以及這些元件各自所職司的功能。接下來則是再為各位簡單的介紹分音器線路,我們就以低通濾波器為例:一階分音就是只在單體的正極串聯一只電感;二階分音則是在一階分音的線路上,再加上一顆電容,不過並不是串聯喔!而是與單體呈現並聯狀態;三階分音當然也是建構在二階分音線路之上,用文字解說太麻煩,就請您直接看圖吧!四階分音就像是二組二階分音器加在一起,當然也請您看圖就明瞭了。那高通濾波器的線路呢?簡單,您只要把剛才低通濾波器的元件互換就成了!也就是說,電感的位置換成電容,電容換成電感就成了。

簡略介紹過分音器後,我們回頭來看看BBC LS 3/5A的分音器設計吧!由BBC公司所制定的分音器線路配置,可以看出LS 3/5A是一個標準的二階分音,同時它運用了許多看似簡單,實際上卻很繁瑣的線路來進行分頻的動作︰像高頻線路裡的電感,便是作為電路分流以及自耦變壓器之用;高音頻段的頻率響應則是以電阻與電容做調整;低音單體的頻率特性與響應曲線突起,則是運用另一組RL線路作為等化之用。

既然各家廠商都得使用同樣的分音器線路,那聲音的差異從何而來呢?撇開其他因素不談,就分音器的部分來說好了,原因就出在「零件」上頭。Spendor都是使用自行製作的零件,並且經過BBC公司的授權,可以不使用E&I繞線電感,而是使用鐵粉電感;Rogers公司則是使用鐵粉磁心電感。

家用來取代LS 3/5A的喇叭,在分音器的設計就都是以獨家的技術作為基礎,雖然零件的配置與LS 3/5A有許多的相似之處,但是就器材設計的角度來看已有極大的分野。像零件的使用便有許多的不同,Roger不用說一定是使用該公司長期以來堅持的純鐵/鐵粉心電感;;Harbeth也是鐵粉心電感Spendor則是以空心電感為主。當然改變的不僅是電感而已,其他像是金屬皮膜電阻、PP電容等也紛紛出籠。

分頻點的設定影響聲音表現甚鉅,因此必須配合單體的特性為之。
分頻點

分頻點的作用簡單來說,就是區隔二只喇叭單體的工作範圍,它的動作就像是用建築人 員用網篩來篩選細砂與石頭一樣。比網篩孔目小的細砂,會經由網篩掉落到地板上,比孔目大的石頭則會滯留在網篩上,這時候我們可以將細砂比喻為高頻訊號、石頭則為低頻訊號,網篩呢?沒錯,可以視為分頻點,孔目大小可以決定細砂的顆粒大小,當然也就是分頻點的高低囉!至於一對喇叭的分頻點會有幾個,就必須視設計狀況而定了。二音路喇叭因為只有二只單體,因此只要在高、低音單體之間,設定一個分頻點就行了;三音路喇叭共使用了高、中、低音單體,因此便必須有二個分頻點,將音頻訊號區隔為高、中、低三個頻段,再各別供給單體發聲之用;四音路喇叭?!不常見!根據上述的方式區分,當然得有三個分頻點囉。

看到這兒您一定會問︰分頻點的設定的依據何在?如何設定呢?第一個問題不難回答,只要您曾經購買過進口單體,或者是曾經瀏覽過單體廠的網站,您就會看見一些關於單體的測試資料,設計師便是依據這些單體原廠的特性數據,去制定高、低音單體的滾降斜率。至於分頻點的設定,則是依據精密的公式演算,推估出一個數值,再根據這個數值去製作電感以及選定電容,詳細的解說,請參照「分音器」部份。

瞭解了分頻點的意義以後,我們就可以更進一步探討LS 3/5A的設計了;一般常見二音路書架型喇叭,由於僅用高、低音域二只單體,因此分頻點的設定便必須格外注意,不然,問題可大了!因為人耳最敏感的聲音頻率,約為2KHz-3KHz左右,如果將分頻點設在這個範圍之內,人耳將很容易分辨,而且會覺得所發出的聲音,像是分成二只個別的喇叭在發聲一樣。分頻點如果設得太低,會影響到中頻的表現,因為高音單體必須負責發出中頻的聲音,您想這會好聽嗎?分頻點如果設得太高,低音單體又必須發出較高音域的聲音,這與它的原始設計,極有可能會超出LS 3/5A的分頻點,就很巧妙地設在3KHz,它的著眼點便是為了二只單體的發音整體性。

取代LS 3/5A的三款喇叭,因為各家廠商所使用的單體、音箱容積、音箱材質、吸音材料等的不同,而有了不同的設定點,不過著眼點與設定的考量,都還是必須遵照上述的方式進行。
密閉式設計的小喇叭,為了獲得更好的低頻量感,因此便以密閉的箱室,控制高Q值單體的活塞運動振幅。如果有漏氣的現象,必須加以克服,不然聲音的表現可是會大為走樣。

阻尼係數

這個名詞講的是單體所具備的特性,而所謂的阻尼係數,也就是常聽到的「Q值」。這部分可以分為機械性Q值與電氣性Q值二種。機械性Q值指的就是彈波、懸吊、音盆等沒有磁場與電氣的部分。電氣性Q值指的是音圈與磁鐵部分。單體的Q值高,低頻量感就會多,至於Q值的數值應該要定在多少,需視喇叭設計師本身的喜好或者是商品需求。一般喇叭的Q值約在0.7-1.0之間,LS 3/5A則是定在1.2,此舉當然是想讓低音單體口徑不大的3/5A,發出更好的低頻量感。

另外,有一點不得不提,高Q值單體因為前後活塞運動的振幅較大,為了避免前一個訊號的活塞運動還沒停止,下一個訊號又傳輸進單體造成失真現象(重疊失真),因此多運用密閉式箱體來控制活塞運動的量能。這時候您一定會問︰密閉式箱體如何控制單體的活塞運動呢?

回答這個問題,應該先由反射式箱體設計談起。由於低Q值單體做活塞運動時前後的振幅較小,因此速度快而且次數少,比較不發生訊號的重疊失真,這時候設計師便可因應這樣的特性,將之運用在反射式箱體設計上,並將單體做往復運動時所產生的背波加以運用,藉以增加低頻量感,因為低頻必須藉由錐盆推動空氣來產生,當然往復運動除了會往前推動空氣以外,往後的運動當然也會有另一股背波產生,這背波理所當然的也是低頻波的一種,這些背波經由箱體的開孔,往外逸去後當然就可以增強低頻的量感了!這時候設計師還可以根據個人對低頻的喜好,藉由增減反射孔口徑的大小與管道的長短,來控制這些背波的強度。

既然反射式喇叭是運用低Q值單體的特性來設計,那回過頭來談像BBC LS 3/5A這樣的密閉式設計,我們就得注意單體的Q值特性了!由於高Q值單體的活塞往復運動的振幅,比低Q值單體大,因此必需藉由密閉的箱體來控制單體的運動,以避免先前提過的重疊失真。

(深黑色的部份,即為抑制共震的瀝青膠。)

箱體材質

現代常見的喇叭箱材質,當然是壓縮密集板也就是所謂的MDF,前一陣子Discovery頻道曾經播過高壓密集板的製作方法,它是將細微的木質碎屑,經過高磅數壓力的擠壓後形成。這些MDF板將會因為使用材質的顆粒大小、組成材質、密度,而產生不同的諧振頻率,當然這些MDF板作為喇叭箱之後,對發聲也會產生若干的影響囉!

當年BBC公司所規定的LS 3/5A箱體材質,是採用一種叫做Plywood的材料,您一定好奇Plywood到底是什麼材質?聰明的您曉得了嗎?嘿嘿Plywood就是所謂的合板。當年BBC公司之所以會使用合板,純粹是因為當時的材料科學,不若現代進步,因此便以最容易取得的材料作為箱體材質,您可別誤以為是BBC公司「偷工減料」或者是有什麼密技存在。合板好,還是MDF好?就現代科學的眼光來看,當然是MDF好,不過只要LS 3/5A聲音好聽就好了,您還會在意箱體材質嗎?!內面的餡談完了,接下來跟各位說說外皮吧!您一定聽說過,玫瑰木皮比核桃木皮聲音還好聽吧!為什麼?道理一定眾說紛紜,沒關係在此提供一些資料,讓各位參考,或許能解出這個謎吧!

木皮的不同為何會造成聲音的不同,這與箱體內部貼覆瀝青膠應該有異曲同工之妙,因為大家都知道不同的貼覆物,將會影響諧震頻率因此將造成音色的變化。既然如此,箱體外部所貼覆的木皮,當然也會影響聲音的表現了,就以樂器常用的玫瑰木與雲杉為例,玫瑰木(Rosewood)的密度為0.777、動彈性係數為1.40、內部摩擦係數為7.4、?縱向音速為4243,雲杉的密度為0.427、動彈性係數為1.25、內部摩擦係數6.4、縱向音速5392。

這些數據顯示出雲杉的比重較小、動彈性係數較大、內部摩擦係數小、縱向音波速度大因此極為適合用來作為鋼琴的響板。而玫瑰木的比重較大、動彈性係數大、內部摩擦大、縱向音波速度小,因此音響特性並不是很優良,但是它的材質堅韌、強度大、表面紋理美觀,因此經常使用來作為樂器之背板使用。

由以上的二個例子,應當不難看出箱體的外皮,對聲音表現的對應關係。當然,這二個例子並不足以證明玫瑰木與胡桃木外觀的LS 3/5a,在聲音上的差異關係,之所以會提出這二個例子,是因為想讓讀者能更容易瞭解,木皮與箱體對喇叭的影響,如果有舉證錯誤之處,尚請各位讀者不吝指正。

三款準備用來取代LS 3/5A的喇叭,箱體材質用的正是現代喇叭的新寵「MDF板」,用意當然是取其質地緊密、容易加工、共振少箱音小……等優點。外表再貼覆原木皮,如此一來美觀的程度自然不在話下。

箱體結構

各廠牌LS 3/5a的內部結構,都是根據BBC的規範進行製造的,就吸音材來說,每一家廠商都是使用聚亞胺脂發泡材料作為吸音材料,這些吸音泡棉塞滿了箱體內部,藉以吸取單體運動時所產生的背波。抑制諧震的材質,則是像現今Harbeth公司使用在喇叭箱體的黑色瀝青貼片,當年各家授權生產LS 3/5A的公司,便是將這種瀝青貼片打洞,貼覆在箱體內部的側板藉以增加阻尼,頂板與底板也同樣貼覆瀝青貼片,不過是舖上二層。

除了這些吸音與抑制諧震的材料以外,還不能漏掉單體邊框的發泡墊片!猜看看,這一圈墊片的作用是什麼?聰明的你一定猜到了,沒錯這一圈軟質的發泡墊片的主要用途,是作為密封之用。密閉式喇叭在高音壓的狀態下,箱體如果有空氣滲漏的話,便會產生「嘶嘶」的雜音,這雜音不只惱人,也會影響聲音的表現,因此這一圈密封用墊圈的重要性可是不容忽略的喔!

看完箱體內部,我們把視覺焦點轉到箱體外觀吧!首先當然由高音單體談起,當您看到那顆半球形的鐵網時不用驚訝,當年這對喇叭因為主要是作為戶外鑑聽之用,因此便少不了會有搬運以及拆卸的動作,為了怕搬運的過程會對隆起的高音單體造成傷害,因此設計小組便為這個高音單體加上防護鐵網,以避免造無謂的傷害,這裡面並沒有任何的密技成分,可別誤會了!

單體邊緣的羊毛氈與剛才提過的鐵網不同,可沒有任何的保護作用,主要是因為高音單體的振膜很小,擴散角度接近無指向性,因此為了防止它在發聲時受到突起的箱板干擾,因此便在高音單體的周圍加上羊毛氈,降低箱板的邊緣干擾。

另外三款喇叭的音箱設計,由前障板開始便有了極大的變化,LS 3/5A在前障板有一小段突起的箱板,新世代喇叭則無此設計,因此連帶的黏貼在高音單體四周的毛氈,也不見了蹤影;又因為不用考慮到搬運的問題,因此全部取消了高音單體的金屬保護罩;背後的喇叭端子,不僅端子的材質各家不同,接續的方式也更接近現代的設計,全都是使用Bi-Wire端子(特別聲明一點,這次商借的Spendor LS 3/5A,背後的端子也是Bi-Wire設計)。

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新世代喇叭的設計與規格

接下來我們整理了一些LS 3/5A與三款新世代喇叭的基本資料,並將這些資料製成表格,讓有興趣的讀者做比較之用。

外箱材質
末代LS 3/5A︰合板箱體,內部除障板與背板面外,其餘皆黏貼黑色瀝青膠抑制諧振。
Rogers Studio 3︰MDF板,外觀與內部同時貼覆原木皮,箱體內部除障板面,其餘皆黏貼黑色瀝青膠抑制諧振,左右二側板加貼紙纖板,箱體厚度10mm。
Harbeth HL-P3ES︰MDF板,外觀與內部同時貼覆原木皮,箱體內部除障板面,其餘皆黏貼黑色瀝青膠抑制諧振,左右二側板加貼紙纖板,箱體厚度10mm。
Spendor S3/5︰MDF板,外觀與內部同時貼覆原木皮,箱體中心加柱補強,箱體內部除障板面,其餘皆加釘黑色板塊抑制諧振,箱體厚度15mm。

障板構成
末代LS 3/5A︰內凹式設計
Rogers Studio 3與LS3/5a一樣,採用內凹式設計。
Harbeth HL-P3ES︰平面設計,採用該公司無繞設面網設計。
Spendor S3/5︰平面設計,外加黑色防塵罩。

高音單體
末代LS 3/5A︰KEF T27 27mm Mylar振膜。
Rogers Studio 3︰使用Seas單體。
Harbeth HL-P3ES︰使用Seas 19 TAFD/GB單體,阻抗8歐姆。
Spendor S3/5︰使用Vifa TC20SD05-06單體,阻抗6歐姆。

低音單體
末代LS 3/5A︰KEF B110 SP1228 110mm Bextrene錐盆。
Rogers Studio 3︰使用Rogers DU-125-ST3單體,錐盆為半透明塑料材質、橡皮懸邊,未採用防磁設計。
Harbeth HL-P3ES︰使用Seas E14RC/TV-HB單體,錐盆為塑料材質、橡皮懸邊,具備防磁設計。
Spendor S3/5︰低音單體︰Spendor公司自行設計製造單體,錐盆為塑料材質、橡皮懸邊,具備防磁設計。

原廠規格
末代LS 3/5A︰頻率響應70Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗11Ω,重量5Kg,承受功率30瓦。
Rogers Studio 3︰頻率響應80Hz-21KHz,效率85dB,平均阻抗8Ω,重量5Kg,承受功率︰45瓦。
Harbeth HL-P3ES︰頻率響應78Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗6Ω,重量5.9Kg,承受功率︰50瓦。
Spendor S3/5︰頻率響應70Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗8Ω,重量4.7Kg,承受功率︰70瓦。

喇叭輸入端子
末代LS 3/5A︰大型鍍金喇叭端子,採用Bi-Wire設計。
Rogers Studio 3︰採用Bi-Wire設計。
Harbeth HL-P3ES︰大型鍍金喇叭端子,採用Bi-Wire設計。
Spendor S3/5︰大型鍍金喇叭端子,採用Bi-Wire設計
寫在最後
以上所分析的分頻點、阻尼係數、箱體材質與體積等因素,都會影響到整體音質、音色的呈現,而且是牽一髮動全局,其中只要有任何一個項目更動,整體的聲音表現就會發生變化。當然,剛剛所談到的那些因素,並不足以代表LS 3/5A全部的好聲條件,其實喇叭單體也是一個極為重要的關鍵,但是這些年來各類音響雜誌,對單體的介紹著墨甚多,我們並不想班門弄斧、狗尾續貂一番,因此單體的介紹我們就在此掠過,有興趣的朋友可以參考其他雜誌的介紹。這個章節只在探討各對喇叭的設計差異,聲音的表現將由下面的章節做介紹。
世界公认的细小参考音箱,LS3/5a表现出精确的效果。特别为细小广播鉴听而设计,每一只都经BBC规格精密挑选。于家居环境之内,LS3/5a更表现出清纯无瑕,特别适合于古典音乐的播放。
规格:
类别:二路无限障板式
灵敏度:83分贝(1瓦1米)
频率响应:70赫—20,000赫(+/-3分贝)
中低范围:B110电脑选配单元
高音单元:19毫米直径相位修正单元
分音网络:双线式,BBC FL 6/38,分频点 3000 赫;
阻抗:11欧姆
建议功放功率:25—80瓦
声箱:12毫米厚桦木多层板
外饰:玫瑰木、黑木、胡桃木
面网:黑色
体积(毫米):304(高)x190(阔)x160(深)

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一般喇叭的Q值約在0.7-1.0之間,LS 3/5A的Q值則是定在1.2,此舉當然是想讓低音單體口徑不大的3/5A,發出更好的低頻量感。

LS 3/5A箱體材質,是採用胶合板的材料,木皮的不同為何會造成聲音的不同,這與箱體內部貼覆瀝青膠應該有異曲同工之妙,因為大家都知道不同的貼覆物,將會影響諧震頻率因此將造成音色的變化。

抑制諧震的材質,則是像現今Harbeth公司使用在喇叭箱體的黑色瀝青貼片,當年各家授權生產LS 3/5A的公司,便是將這種瀝青貼片打洞,貼覆在箱體內部的側板藉以增加阻尼,頂板與底板也同樣貼覆瀝青貼片,不過是舖上二層。


就吸音材來說,每一家廠商都是使用聚亞胺脂發泡材料作為吸音材料,這些吸音泡棉塞滿了箱體內部,藉以吸取單體運動時所產生的背波

除了這些吸音與抑制諧震的材料以外,還不能漏掉單體邊框的發泡墊片!猜看看,這一圈墊片的作用是什麼?聰明的你一定猜到了,沒錯這一圈軟質的發泡墊片的主要用途,是作為密封之用。

單體邊緣的羊毛氈與剛才提過的鐵網不同,可沒有任何的保護作用,主要是因為高音單體的振膜很小,擴散角度接近無指向性,因此為了防止它在發聲時受到突起的箱板干擾,因此便在高音單體的周圍加上羊毛氈,降低箱板的邊緣干擾。

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