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11月 19, 2021

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何謂「單體」?看完馬上理解揚聲器--聲音是如何被聽見的?

地震波聽不見 身體感覺得到

單體運作原理--「磁電效應」賦予動圈單體生命

1819 年,丹麥物理學教授厄斯特(Hans Ørsted, 1777-1851)意外發現,一條通有電流的導線竟會使附近的磁針產生偏轉,意味著載有電流的導線周圍會產生感應磁場,且感應磁場的方向會隨著電流的流向不同而改變。這個物理史上的重大發現即為「電流的磁效應」,也是動圈式單體運作的基本原理。

動圈式單體的運作力量,來自於單體中間的永久磁鐵與音圈。當音圈通上電流方向不斷改變的訊源後,音圈的周圍會產生方向不斷變動的感應磁場,這個感應磁場與永久磁鐵所生成的磁場交互作用,時而互相排斥,時而互相吸引,進而使音圈上下運動。

有關載流音圈在磁場中的受力方向,可用「佛萊明左手定則」簡單地判別。圖 B截取圖 A 音圈與磁鐵的一小段來作說明,大拇指代表導線運動的方向,食指代表永久磁鐵的磁場方向(由 N 指向 S),而中指則代表電流方向。當電流的方向為出紙面時(如圖 B 所示),線受力向上運動;當電流的方向為入紙面時,導線則會受力向下運動。

由此可知,隨著電流方向不停地改變,音圈會依電流反向的頻率上下往復運動,而與音圈相連的振膜也會跟著上下運動,進而推動空氣產生疏密波,進而發出聲音。電流方向變化的頻率越快,所發出的聲音頻率也會越高,這就是動圈式單體運作的方式。

 

頻率定位 各有專業表現

了解動圈式單體作動的原理之後,更進一步來討論不同種類的單體。

辨別其差異,但在聽不見的範圍中,人們還是可以透過身體或其它的感官,感受到聲音的存在。例如:當大批動物跑過草原,站在遠方地面上的人,會先感受到地面的震動,才看到跑過眼前的動物、聽見跑過時的嘈雜聲,因此人類的五感是彼此影響,進而促成腦中所出現的感受,這是一個複雜的生理運作過程,而追尋愉悅的路上,正需要了解自己對五感的需求。

市面上多以「頻率」來區分動圈式單體,常見的種類如以下:

  1. 超低音單體:工作範圍大約在 15 赫茲到 200 赫茲。

    30 赫茲以下人耳不容易聽見,但身體會感受到。像電影中出現的地震場面,或是火箭發射的震撼感,超低音擁有足夠的量感及衝擊力,能讓聽者獲得相當大的滿足感。

  2. 低音單體:工作範圍大約在 30 赫茲到 3k 赫茲。

    一般而言,低音單體需要較大的體積才能產生較好的表現,作動出厚實的低音,因此低音單體的直徑多在 8 吋以上,又以 12 吋或 15 吋最為普及,常見於KTV、舞台等寬闊的場所。

  3. 中音單體:工作範圍大約在 200 赫茲到 4k 赫茲之間。

    中音域是分佈在人耳最敏感並且訊源集中的區域,中音單體的發聲表現往往能夠做到逼真還原,音色乾淨有力,且讓人感受到強烈的節奏性。

  4. 高音單體: 工作範圍大約在 2k 赫茲到 20k 赫茲之間。

    訊源中的樂器,像是小提琴、吉他等等的樂器都包含了泛音,所以高音單體通常都必須設計成 20k 赫茲才行。

  5. 超高音單體: 通常是指超過人耳聽覺上限 20k 赫茲的高頻,工作範圍大約在 4k 到 40k 赫茲。

    像是海豚、蝙蝠所發出的聲波就是超高音。不過既然人耳聽不到,為什麼還需要超高音呢?那是因為超高音雖然聽不到,但有助於定位,且讓音場更為寬闊。現在的音樂格式例如 SACD,取樣頻率已經遠遠超過 20k 赫茲,如果想完整呈現音樂內容並單就高頻作提升,加裝單獨的超高音喇叭就是簡單又立即的方法之一。

 

另外還有二種單體的組成形式,這二者因為外觀都是一個單體組成的揚聲器,有不少人會將這二者搞混:

  1. 同軸單體:

    採取複合式的設計,先經過分音器將音頻分成二音路(Coaxial)或三音路(Triaxial),同軸是將高音與中/低音單體,裝置在同一個單體中,由於採用同一條軸心線,因此稱為「同軸」。採用同軸設計單體的好處是,因二/三音路單體共用相同的軸心,需在振膜面上重合,因物理定位接近同點的聲源,所以重新演繹音樂之音場定位表現更為理想。

  2. 全音域單體:

    所謂全音域(Full-Range)是以一個單體,涵蓋大部份的頻率表現。因為沒有經過分音器,也沒有聲音的損耗、頻率被分割與相位的問題,所以高低頻到耳朵的時間一致。其強項在於中頻的表現,曲線平順自然,適合長時間聆聽,人聲、樂器的定位準確,可以聽到音樂演奏的微小細節,因為只有一個振膜發出聲音,且高低音音色一致,是全音域單體的一大特色。

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音響入門誌 Soundbody
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作者

德川音箱為減少消費者盲目摸索的過程,提供音響入門者的科普知識與音響設備資訊整合,所規畫的一系列音響入門雜誌。每期都結合了專業嚴謹的音響科學小知識與富含童趣感的音響玩具。一套共三集,分別是揚聲器、藍牙擴大機、DAC耳機擴大機,內容循序漸進,淺顯易讀,幫助您更輕鬆地進入音響世界。


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