掌握喇叭基本细节与能力 – 了解各种参数意义
喇叭是一套音响最重要的部分,几乎占有七成重要性。挑选最适合的喇叭,决定了聆听时的品质。好的喇叭带你上天堂,不好的喇叭破坏了影视欣赏乐趣。但市面上喇叭品牌、型号族繁眾多,有时难免无从入手。除了亲身试听,去现场实地了解喇叭的声音个性、取向外,在出发前,从网路上先找到目标待选清单,不失為一个方法。尤其音响一大堆专有名词,对於新手而言简直是天书。
如何了解喇叭的性能、适用与否,最简单的方式就是看懂喇叭背面标註的参数意义。我们可以从喇叭的基本规格稍微了解到喇叭的基本特性。本文将从「频率」、「响应」、「灵敏度」等喇叭的基本参数介绍,从外观大概了解一个喇叭的基本细节,在选购前可以对数据「心中有个谱」,知道喇叭的基本特性,也不致於无从下手,也无法理解店员的介绍。
什麼是分音?為什麼要分音?
简单了解喇叭分音(Crossover)
所谓分音顾名思义就是把人类可听到的频率,从20~20KHz的声音分成几个频段,分别送往对应的高、中、低音不同的单体。其原理就是利用电容电阻及电感,将扩大机发出的信号,在某一频率以上过滤掉(Low Pass Filter,俗称低通),或以下过滤掉(High Pass Filter,俗称高通),或上下过滤掉(BAND PASS俗称带通),透过高低通的电子电路,将全音域频率分割為低频、中频及高频的音域。而实现这种高低通的电子电路,我们称之為分音器。
ARENDAL的ˊ分音网路设计在材料上几乎都採用订製零件
由於高、低音单体间,必须有两者皆可工作的频率,但又不希望实际发声时,同一个频率两者都一齐「全力」发音,所以就有了分音器的存在。如果拆开喇叭箱,您会看到一些电线及一些被动式零件,例如电容、电阻及电感,而这些零件就是组成这个扬声器的分频网路,俗称分频器的主要元件。有些製造商是将这些零件焊在电路板上,有些是直接焊在喇叭单体上,两种方式各有优缺点。
分音就是為了让每个单体分工合作
莫里国际 MORY SPEAK
越高阶喇叭对於分音越细分,以求在最佳特性范围内工作,发挥分工组合效果,达到 HI-FI 高传真的目标,因此了解喇叭的第一个重要部件就是分音器。分音(分频)器,可以说是喇叭系统的灵魂。分音器依据分音器在讯号路径上所在的位置,可分為被动分音器与主动分音器,其中所谓主动式分音又叫电子分音。被动分音器位於功率放大器与扬声器之间,主动分音器则位於功率放大器之前。主动分音器又可根据讯号处理的模式分為类比与数位两种,数位主动分音器通常能提供除分音以外的功能如:限制、延迟、等化等功能。也有人称不需外加电源的分音器為被动分音器,这裡说明的就是被动式分音器。被动分音器有显著的缺点:体积庞大、消耗大量的功率,但成本相对低廉,不过高效能的被动分音器造价很可能比主动分音器来得昂贵,因為能承受高电压、电流的被动元件非常昂贵。
主动分音器再讯号路径上的位置在於功率放大器之前,处理的讯号等级也是被放大之前的小讯号;相反地,被动分音器则是处理功率放大器与扬声器之间的大讯号。但也由於这样的特性,主动分音器有增加额外杂讯的可能性。
一个理想的全音域喇叭系统,是不需要分音器的,但由於音频信号的频谱范围很宽,所以要使用同一个喇叭单体,来詮释20 ~ 20KHz的整段频率响应信号是不可能的,因為一般 12吋以上大口径喇叭单体,低音特性很好,失真不大,但超过 1.5KHz 的信号,它的表现就很差了;1 ~ 2吋的高音喇叭单体,播放 3KHz 以上的信号性能很好,但无法播放中音和低音信号。不过虽然分音的目的达到了,但分频器内部的被动原件,却也消耗掉扩大机的输出功率。现实上反而通常是分音越细,定位越高阶。
分音器到底提供什麼样的功能?
在专业技术上,我们可以称分音器的功能主要有「提供斜率与分频点」,及「控制阻尼係数」二项功能。
提供斜率与分频点
斜率指的是频率每升高八度音程所衰减的幅度。以一个分音高、低音频的两音路喇叭来看,分音器就是设计让喇叭的高、低音单体以我们希望的斜率衰减,这时候便交会出一个分频点(Fx),让单体各自在表现最佳的区域内工作,发出理想的声音。
控制阻尼係数―即Q值
分音器让不同频段重叠部分的频率响应更為平坦,此外更重要的是,分音器具有相位等化(修正相位)的功能,能让整个系统阻抗更容易受控制,相位表现最佳化。依据经验,Q值低较佳,在0.5时最為恰当,不仅重叠部分的波动幅度最小,分频点的相位也会趋近於0度。但Q值过低,频率会衰减得过早,而减低高阶分音的效果。
分音器的设计与类型
一般来说,分频器包括三个基本参数:
分频点( Crossover Frequency):分音器的分频点。
路(Way):就是所谓分频器的”路”,也就是分频器可以将输入的原始信号分成几个不同频段的信号,我们通常说的二分频、二路(Two-Way)、三分频、三路,就是分频器的路。
阶(Order):也称类。
分音器本质上就是几个高通和低通滤波电路的复合体,而这些滤波电路的数量,就是所谓的路。若以滤波器的频段数量来分类分音器,通常会以「N音路」的方式来表明,例如:二音路扬声器的分音器,由低通滤波器与高通滤波器组成;三音路则是低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器。四音路的扬声器并不常见,因為分音器的设计复杂度过高,且整体的声学表现不见得较二、三音路者為佳。
但是在每一个滤波电路中,还有更精细的设计;换句话说,在每一个滤波电路中,都可以分别经过多次滤波,这个滤波的次数,就是分频器的阶。通常我们用多少「阶」分音来设计,一阶分音表示每八度音程衰减6dB(-6dB/octave),二阶是每八度音衰减12dB(-12dB/ octave),依此类推,四阶分音则是每八度音衰减24dB(-24dB/ octave)。即阶数愈高,衰减愈快。
一个完整的分音器叙述应该是「双路分音器,高低频皆採用二阶滤波Second Order(12dB/ octave)Two-way Crossover」。
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喇叭规格会标明分音设计,例如二路分音、三路分音等。另外由喇叭外形也可以大致分辨出来。简单来说,两个单体就二路分音、三个单体就三路分音。不过有时就并不是这麼简单,例如很多中置喇叭都有三个单体,不过就只是二路分音:中间是高音、两边两隻是中低音单体;又或者一些高阶落地式喇叭,会有两组中音或两组低音单体,甚至会有更多「重复」的单体来提升音质、增加输出。越高阶的喇叭通常分音就愈细緻,而且单体通常也愈大。
一阶分音器
一阶分音器具有20 dB/decade( 6 dB/octave) 的分频斜率,在输出端有 90°的相位误差,而高通方面它与输入信号有正 45°的误差,而在低通方面有负45°的误差,在分频点的频率附近或有这样的误差。
一阶分音器被许多音响发烧友视為理想的分音器,因為这类分音器在暂态响应良好,亦即在滤波器的导通带当中,频率响应与相位响应非常平坦;此外,它使用最少的电子元件完成分频的工作,產生的损失相对较低。不过,也因為一阶分音器的分频斜率低,在导通带以外也保留了更多我们不想要的讯号。如此一来,低音单元容易接收到在分频点以上的高频成分、產生较大的失真;高音单元容易接收到在分频点以下的低频成分,除失真外更可能因此损坏。
实际应用上,採用一阶分音器的扬声器系统不容易设计,因為必须配合频率响应非常宽阔的扬声器单元, 且较低的分频斜滤使得单元之间的干涉更加明显,也就是扬声器的离轴频率响应将有剧烈变动。
二阶分音器
第二阶分音器的零件刚好是第一阶的两倍。二阶分音器具有40 dB/decade(12 dB/octave) 的分频斜率,两倍的零件造成更多的 90°旋转,因為它是一个更陡峭的衰减。这个意思就是说,在分频点上有 180°的误差,它是以 12dB 做為分频斜率。12dB 的分音器一般都应用於汽车音响,一般的喇叭也适用此种分音方式。
这类分音器在被动分音器中最為常见,因為它在设计复杂度、频率响应与高音单元保护性当中取得了合理的平衡。当扬声器的所有单体在摆放时对齐,二阶分音器与所有的偶数阶分音器都能够提供对称的极性响应。
第三阶和第四阶分音器
第三阶分音器零件更多,当然它的相位误差也更大。它是以 18dB 做衰减,具有60 dB/decade(18 dB/octave) 的分频斜率。高通与低通有 270°的相位误差。而第四阶分音器则是以 24dB 斜率做衰减,具有80 dB/decade(24 dB/octave) 分频斜率,高通与低通有 360°的相位误差。这类分音器则可确保低频部份远离高灵敏度的高音喇叭,使音场更深,尤其24dB 低音,您可以感觉更深的低音。分音器的设计须要仪器测试,不是自己可以任意改变的。
三音路分音器
採用高阶分频的好处在于其滤波衰减斜率更大,分频效果更好,而且也有利于设计分频补偿电路(因為并不是”分”得越彻底越干凈的分频器就是好分频器,理论上说,分频后的两个信号曲线在叠加之后,与原曲线完全一致,这才是真正的好分频器)。
分音器的基本判断
分音器能完全决定喇叭声音的走向,因此分音器的设计相当重要。如何设计一个良好的分音器?首先要根据单体的特性曲线,选择最佳的频率段,进而决定喇叭的分频点,此外,还要依据高低音单体的效率与阻抗,来设计出最适合此音箱与单体的分音器。
在家用的领域上,分音器的设计是儘可能使喇叭拥有最平坦的频率曲线。但在专业的领域上则不然,例如在舞厅的喇叭,為了使喇叭能拥有强劲的力道,因此分音器在中低频段上会特别的加强。另外,分音器的设计也会影响喇叭的效率,当使用的零件越多,相对也会减少喇叭整体的效率。
综上来说,购买时应该先了解扬声器採用了哪种方式的分音,是二阶、三阶或其他设计,有时候厂商会特别在行销上说明採用了良好材料的分音网路,这些将有助於喇叭的表现。
了解单体规格的组合与配置
另一个从喇叭的规格列表当中可以了解到的重要项目,就是用到的单体组合(Drive Units)。书架式喇叭较常採用二路分音设计,配备高、低音单体;落地式喇叭就多数採用三路分音,有高、中、低音三个或以上的单体。而卫星喇叭或者入门多媒体喇叭,就多都只是一个单体。
ARENDAL 1961系列喇叭。多款扬声器中採用了两个到五个的单体。
值得留意的是单体的大小,通常愈高阶的喇叭会拥有愈多、愈大的单体。例如两个或以上的中、低音单体,让中频或者低频的输出与控制力更好。而直径愈大的单体,理论上低音的下潜越好,振幅可以愈强,可以输出的声压也愈大。不过这些当然都要与振膜、驱动电路、分音等组件配合良好。因此单体大小有参考价值,不过并不是绝对的指标。以高音单体為例,半吋、1吋、1½吋都是常见尺寸,4至 6 吋就常见於中音单体,低音则是 5 至 10 吋较常见。
重现高低音的能力:了解频率响应
重现高、低音能力指标
喇叭规格当中,其中一个最重要的项目之一就是「频率响应(Frequency Response)」,简单来说就是喇叭播放音乐或者声效时,可以重现到「适当音量」的声音频率的范围。
一个频率范围标示為50Hz-20KHz的喇叭,所能產生的最低频率声音為50赫,而最高频率声音则為20千赫。就其他音响器材,如唱盘、录音座、或扩大机而言,也常以此等频率范围的标示方式,显示音响处理音讯的能力,而将之称為频率响应。举例来说Audio Research LS1型扩大机即将频率响应标示為1Hz-100KHz,代表此型扩大机能平顺的处理并输出由1赫到100千赫范围的音讯。
若一个书架喇叭标示的频率范围是60Hz~20KHz±2.5dB。其中60Hz代表音箱在低频方向的伸展值。这个数字越低,代表音箱的低频响应就越好;20KHz则表示该音箱可达到的高频延伸值。该数字越高,表明该音频特性越好。
而后缀的±2.5dB则表示上述该段频率范围的失真度大小,失真度越小,频率响应曲线就会比较平坦。一些音箱标註的失真度是±3dB,其频率范围应会变得宽一些。有的音箱不标明该指标,频率延展范围就会变得很宽。如果不註明失真度正负2.5分贝,频率范围就可以标成40Hz~23KHz。
若不标註失真度的频率范围是製造厂商的问题。如果厂家明知故犯,只能猜测其可能居心不良,有意欺矇消费者,同时也说明该音箱指标不规范,厂家对自己的產品缺乏信心,很难让人放心选购。
大部分喇叭其实可以输出频率响应之外的音频,这个更大的音频范围就叫做「频率范围」(Frequency Range,FREQ RANGE),通常是指音压衰减到 -6dB 之内的频率。落地式喇叭由於拥有较大的单体,所以低音通常可以「潜得更深」,低频可能由 20Hz 甚至更低的频率起跳;而书架喇叭则比较常见由 50Hz、60Hz 等起跳。喇叭可以重现的音频当中,通常头同尾(超低频及超高频)的输出(音压)都会衰减得很厉害,所以并不算入「频率响应」(Frequency Response)的范围,不过就依然可能是「频率范围」(Frequency Range)。
有青才敢大声:灵敏度
常有人以喇叭的承载功率来判定喇叭所能发出的音压,但事实上这并不正确,应该是要先看喇叭的灵敏度(Sensitivity)才对。什麼是音箱灵敏度?简单白话就是在输入一定功率的信号后,音箱所能够发出的音量大小。灵敏度愈高的喇叭,在功放同一个输出之下音量愈大。
同一功率之下更大音量
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当两支不同效率的喇叭,输入相同的瓦数时,灵敏度较高的能获得较大的音压。因此,就算灵敏度低的喇叭拥有较大的承载功率,但其最大音压未必能大过高灵敏度但承载功率较小的喇叭。
现有的有源音箱一般採用db/w/m作為音箱灵敏度的单位,也就是说,在有源音箱中的扬声器系统中,输入1w(或者 2.83Vrms @ 8Ω)的功率,在其正前方1m处测试声压的大小。有的以输出 1,000Hz音频然后量度,有的则以输出 300Hz 至 3kHz 的平均值来量度。大部分喇叭在这个条件下面会量度得 80dB 至 90dB 的声压,通常 88dB、89dB 以上算是灵敏度高,85dB 左右算是中等,82dB 以下算低。
灵敏度的数值,是通过 1W 输入之下,在离喇叭正对住的声效轴心1米距离量得的声压,通常在 80dB 至 90dB 之间。
灵敏度是音箱最重要的指标,在很大程度上决定了音箱应该选配什麼样的功放,需要多大的功率去推等等。大多数监听级家用音箱的灵敏度均在86-92dB之间,对同一台功放而言,在同等音量下灵敏度越高,意味声音越大,音箱对功放的功率要求就会越低。通常你会听到人们常说:这对音箱比较好推,就是这个意思。很多卡拉OK、PUB或舞池用的专业音箱灵敏度都超过100dB,这会让人感觉去唱卡拉OK时声音非常清亮,而且毫不费力就能获得很大的音量。
高灵敏度喇叭有许多的好处,除了只需搭配小瓦数的扩大机,还有能拥有较多的细节,较宽广的动态。和低效率喇叭相比,高效率的喇叭在小音量时,依然能保有全频段的细节,相对於低效率喇叭可能只剩下中频段的声音,必须将音量开到某个音压才能获得较佳的解析。因此对於现今流行的家庭剧院系统,其特别强调高动态及高解析的音质,如果能选择灵敏度较高喇叭,将会是最佳的选择。
但要注意的是,实际上并非灵敏度越高越好,灵敏度超过92dB的喇叭通常都是振盆比较轻薄的金属盆、PP盆之类,这类的材质设计也会导致功驾驭喇叭的控制力受损,从而导致音质偏薄、偏亮、偏夸张、偏硬朗,少了许多音乐的细节和韵味,不大适合作HI-FI鉴听用。
而许多声音厚实柔和且充满音乐味的名牌音箱通常灵敏度都比较低,如英国皇牌ATC、义大利名琴、卓丽等顶级喇叭的灵敏度仅82dB。大多数鉴听级家用音箱的灵敏度均在86-92dB之间,这类音箱往往需要输出电流极大的巨无霸功放,才能让喇叭运作在理想线性区域。例如平时功放用开 50% 音量刚刚好,换了一对灵敏度更高的喇叭,50% 音量就可能太大声。
阻抗与承载功率
阻抗(Impedance)的概念同电阻相似,是喇叭电路入面电阻、电容、电感等对於交流电(AC)的「阻力」。喇叭较常见的阻抗数值有 4Ω、6Ω、8Ω等等,阻抗愈低,同一功率之下对电流的需求愈大,除了对功放是负担之外,亦会影响音质。现时很多功放都可以对应 4Ω、8Ω等不同阻抗。喇叭背面通常都会标示喇叭阻抗、可以接受的最高输入功率。
Denon AVR-2400H 支援 4Ω 到 16Ω
许多扩大机可以对应不同阻抗的喇叭,图中是Denon AVR-2400H 支援 4Ω 到 16Ω
大多数扬声器都会在背板的铭牌上标示额定的阻抗值提供使用者作為参考。
而承载功率(Power handling)则用多少瓦来表示,是选配功率放大器时的重要参考依据,该指标并不能说明音箱质量的好坏。例如一对音箱的承载功率标註為10~200W,即说要推动该音箱所需的功放至少要具备10W以上的输出功率,但不能用大於200W以上的放大器作满功率输出,否则可能有烧箱之虑。
喇叭是透过扩大机输出才能发出声音,也就是推动该喇叭的功率。喇叭与扩大机之间第一个要注意的是阻抗的匹配,再来才是承载功率:瓦数是否足够的问题。扩大机输出功率低於喇叭承载功率,会有扩大机推不动喇叭、声音失真的问题,但若扩大机阻抗大於喇叭阻抗,那就可能有毁损的问题。因此选购喇叭时,要注意搭配的扩大机规格,以确认喇叭是否适配。
好的音响提供了多种阻抗,阻抗一般以8Ω為其标準值,大多数二音路书架喇叭的阻抗值均為8Ω,多单体多分频的落地式音箱也有6Ω、4Ω的。阻抗值越小,需要推动的电流就越大,要求的功放功率也相应高一些。家用音箱选用8Ω阻抗较容易搭配适合的扩大机。
而承载功率在一般而言,家用音箱绝不会有推不动之虞,只有好不好推,推好推坏的问题,200瓦以下的承载功率对一般家庭的使用已是大大有餘了,不刻意追求过高。
以貌取人:音箱板材的判断
音箱板材要评估单体的特性,来选择适用的板材。例如单体本身在低频的能量较不足时,便必须採用『质轻而坚』之板材,使单体容易藉由音箱共鸣,发出较多量感的低频,来补足单体的缺点。因此不是板材『薄』的喇叭就一定差,硬的像石头的声音就会最好。这都必须根据单体的特性,来选用最适当的板材,使声音达到最佳的平衡点。
一般音箱板材可分為两类:
原木(非合成木):指未经处理的木板。其密度為非均衡的质材,简单来说,就是以手敲打原木板的每个部份,并无法获得相同的声音。因此在生產音箱时,每支喇叭在声音及品质上均较难掌握。除非原木能够在初始加工处理时即得到极為精密的控制与要求,否则还是只以其美丽的木纹做為外表装饰较為适合。
『合成木』:先将木材以化学药剂处理,使其有防水或防蛀等功效,再由高压处理完成。例如:甘蔗板(易因潮湿而损坏)、密集板(MDF)、夹板、防水夹板(具防潮处理)及钢琴用夹层响板(质坚且密度最高)。合成木本身的密度非常均匀,品质也相当一致,且在声音共鸣的特性上也非常的好,因此对喇叭系统的开发及量產较容易掌控。
此外,音箱板材也常因用途上的需求而有其特别的要求,例如演唱会的喇叭,由於大部份都在户外使用,因此為防止雨水的淋湿而造成喇叭的损坏,通常会採用具有防水功能的防水夹板。还有像是為了搬运方便,必须採质轻的塑胶材料,以减轻时常搬移的工作量及碰撞时对喇叭的伤害。
音箱结构的设计对於喇叭用途也有关係
音箱结构的设计,对於喇叭的整体效率、音色取向皆有重大的影响。然而受到使用的用途所影响,在结构的设计上也就大為不同。例如在专业的演唱会里,便会有低音号角式喇叭,其藉由号角的形状,将低频输送至远的距离。接下来,我们将以家用与专业的角度来剖析一般常用的音箱结构。
家用音箱结构常见有以下的几种:
反射式音箱
最多的设计方式。当单体振膜发声时,其声音打到后板所反弹的声波,藉由反射导管将反相的声波传递出来。其反射孔的大小与导管的长度皆会影响低频的延伸,因此必须根据单体的特性,设计出适合的孔径与导管的长度,以取得最佳的速度感与良好的低频延伸。
密闭式音箱
音箱完全採密闭式,虽然能获得不错的低频音色,可是此种设计方式会大大降低喇叭的效率,若要获得良好的控制力,就必须採用超大功率来推用,否则其低频的速度感会有迟顿的现象。
背辐式音箱
属於密闭式音箱,主要多增加一支只有振膜的单体(称背辐式低音单体),当低音振动发声时,其藉由空气来推动背辐式振膜,以增加低频的延伸。但有效率低及速度慢的缺点。
等压式音箱
能增加低频的能量,但密闭式的设计会造成效率较低,且当两支单体同时发声时,若声音有不同步的问题產生,也会影响喇叭的暂态反应。
传输式音箱
藉由较长的传输管道来增加低频的延伸,但过长的管道会导致低频速度慢。
号角式音箱
利用号角扩散性佳的特色,先将低音予以挤压,再经由号角的摆盪,能将声音传送较远处。在户外大型的演唱会上,一般的低频并无法传送较远处,因此必须藉由号角的挤压将低频传送出去,使后方的观眾也能感受到低音。缺点為低频延伸较差。
被负载号筒式音箱
在音箱内部拥有传输管道,以增加低频延伸,再由号筒将声音打出去。其比号角式音箱能获得较多的低频,且亦能将声音传送至更远处。
耦合(压缩)式音箱
為两支单体面对面,当单体发声时,藉由互相挤压產生出更低频率。此外,由於两支单体皆锁在音箱里,因此必须有开口设计在两支单体的中间。
内行看质量、外行掂重量:掂掂看!
好的音箱大多是以18~25mm的优质MDF板打造、高档旗舰级音箱则是以紫檀、黄柚之类的超重实木或多层复合胶合板来打造,所以重量非常惊人。往往一对音箱凈重就达五六十公斤。
中低档大路货多半採用质地鬆软的刨花板,仿冒偽劣產品更採用质量低劣的纸胶板,故重量一般较轻。音响界常有「内行看质量、外行掂重量」之说。重的音箱肯定比轻的音箱要好些。但要警惕不良商家在箱体底部灌沙石水泥增重以欺骗消费者。
敲敲看,回声听门道
用指节敲击箱体上下左右前后障板,箱体各面均发出沉实而轻微的脆响,感觉板材质地坚硬厚实、内部有多根加强筋支撑,箱体结构合理、结实,有多种隔音和防驻波的措施等效果。该种箱体加工成本高、难度大,因而很少有假冒偽劣產品。如用指节敲击箱体发出「噗、噗」的空响,说明板材太薄,材质质量太差,结构不合理。且内部没有吸音材料或加强筋维繫,从而导致箱体内有大量漫反射和驻波形成。选购这种音箱,绝不可能获得好的重放效果。
结论
以喇叭来说,最重要的还是声音的表现。当单体、分音器、音箱的用料到达一个水平之后,只要容积和型式设计得当、没有出现离谱的失误,发出的声音可以接受,就已经称得上是好喇叭,再来才是考量锦上添花的外观造型设计。
每支喇叭的单体特性都不同,所设计的分频点也都不同,音箱形式、材质不同,表现出的声音特性也完全不同,基本上很难有所有类型的音乐都可以完美通吃的喇叭,每支喇叭必定有它表现较好的音乐类型,同样的也会有表现较平凡的音乐类型,完全取决於它的设计。
当然,较好较差是很主观的,但有些部分可以很明显的去感受到,有的喇叭低频表现软弱单薄、不适合放舞曲,但它的人声特别柔美;有的低频浑厚有力、但中高频明显虚掉或是生硬,所以还是要看您常听的是哪种类型的音乐,然后再去挑选在该音乐类型表现良好的喇叭。
掌握喇叭基本细节与能力 – 了解各种参数意义
喇叭是一套音响最重要的部分,几乎占有七成重要性。挑选最适合的喇叭,决定了聆听时的品质。好的喇叭带你上天堂,不好的喇叭破坏了影视欣赏乐趣。但市面上喇叭品牌、型号族繁眾多,有时难免无从入手。除了亲身试听,去现场实地了解喇叭的声音个性、取向外,在出发前,从网路上先找到目标待选清单,不失為一个方法。尤其音响一大堆专有名词,对於新手而言简直是天书。
如何了解喇叭的性能、适用与否,最简单的方式就是看懂喇叭背面标註的参数意义。我们可以从喇叭的基本规格稍微了解到喇叭的基本特性。本文将从「频率」、「响应」、「灵敏度」等喇叭的基本参数介绍,从外观大概了解一个喇叭的基本细节,在选购前可以对数据「心中有个谱」,知道喇叭的基本特性,也不致於无从下手,也无法理解店员的介绍。
什麼是分音?為什麼要分音?
简单了解喇叭分音(Crossover)
所谓分音顾名思义就是把人类可听到的频率,从20~20KHz的声音分成几个频段,分别送往对应的高、中、低音不同的单体。其原理就是利用电容电阻及电感,将扩大机发出的信号,在某一频率以上过滤掉(Low Pass Filter,俗称低通),或以下过滤掉(High Pass Filter,俗称高通),或上下过滤掉(BAND PASS俗称带通),透过高低通的电子电路,将全音域频率分割為低频、中频及高频的音域。而实现这种高低通的电子电路,我们称之為分音器。
ARENDAL的ˊ分音网路设计在材料上几乎都採用订製零件
由於高、低音单体间,必须有两者皆可工作的频率,但又不希望实际发声时,同一个频率两者都一齐「全力」发音,所以就有了分音器的存在。如果拆开喇叭箱,您会看到一些电线及一些被动式零件,例如电容、电阻及电感,而这些零件就是组成这个扬声器的分频网路,俗称分频器的主要元件。有些製造商是将这些零件焊在电路板上,有些是直接焊在喇叭单体上,两种方式各有优缺点。
分音就是為了让每个单体分工合作
莫里国际 MORY SPEAK
越高阶喇叭对於分音越细分,以求在最佳特性范围内工作,发挥分工组合效果,达到 HI-FI 高传真的目标,因此了解喇叭的第一个重要部件就是分音器。分音(分频)器,可以说是喇叭系统的灵魂。分音器依据分音器在讯号路径上所在的位置,可分為被动分音器与主动分音器,其中所谓主动式分音又叫电子分音。被动分音器位於功率放大器与扬声器之间,主动分音器则位於功率放大器之前。主动分音器又可根据讯号处理的模式分為类比与数位两种,数位主动分音器通常能提供除分音以外的功能如:限制、延迟、等化等功能。也有人称不需外加电源的分音器為被动分音器,这裡说明的就是被动式分音器。被动分音器有显著的缺点:体积庞大、消耗大量的功率,但成本相对低廉,不过高效能的被动分音器造价很可能比主动分音器来得昂贵,因為能承受高电压、电流的被动元件非常昂贵。
主动分音器再讯号路径上的位置在於功率放大器之前,处理的讯号等级也是被放大之前的小讯号;相反地,被动分音器则是处理功率放大器与扬声器之间的大讯号。但也由於这样的特性,主动分音器有增加额外杂讯的可能性。
一个理想的全音域喇叭系统,是不需要分音器的,但由於音频信号的频谱范围很宽,所以要使用同一个喇叭单体,来詮释20 ~ 20KHz的整段频率响应信号是不可能的,因為一般 12吋以上大口径喇叭单体,低音特性很好,失真不大,但超过 1.5KHz 的信号,它的表现就很差了;1 ~ 2吋的高音喇叭单体,播放 3KHz 以上的信号性能很好,但无法播放中音和低音信号。不过虽然分音的目的达到了,但分频器内部的被动原件,却也消耗掉扩大机的输出功率。现实上反而通常是分音越细,定位越高阶。
分音器到底提供什麼样的功能?
在专业技术上,我们可以称分音器的功能主要有「提供斜率与分频点」,及「控制阻尼係数」二项功能。
提供斜率与分频点
斜率指的是频率每升高八度音程所衰减的幅度。以一个分音高、低音频的两音路喇叭来看,分音器就是设计让喇叭的高、低音单体以我们希望的斜率衰减,这时候便交会出一个分频点(Fx),让单体各自在表现最佳的区域内工作,发出理想的声音。
控制阻尼係数―即Q值
分音器让不同频段重叠部分的频率响应更為平坦,此外更重要的是,分音器具有相位等化(修正相位)的功能,能让整个系统阻抗更容易受控制,相位表现最佳化。依据经验,Q值低较佳,在0.5时最為恰当,不仅重叠部分的波动幅度最小,分频点的相位也会趋近於0度。但Q值过低,频率会衰减得过早,而减低高阶分音的效果。
分音器的设计与类型
一般来说,分频器包括三个基本参数:
分频点( Crossover Frequency):分音器的分频点。
路(Way):就是所谓分频器的”路”,也就是分频器可以将输入的原始信号分成几个不同频段的信号,我们通常说的二分频、二路(Two-Way)、三分频、三路,就是分频器的路。
阶(Order):也称类。
分音器本质上就是几个高通和低通滤波电路的复合体,而这些滤波电路的数量,就是所谓的路。若以滤波器的频段数量来分类分音器,通常会以「N音路」的方式来表明,例如:二音路扬声器的分音器,由低通滤波器与高通滤波器组成;三音路则是低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器。四音路的扬声器并不常见,因為分音器的设计复杂度过高,且整体的声学表现不见得较二、三音路者為佳。
但是在每一个滤波电路中,还有更精细的设计;换句话说,在每一个滤波电路中,都可以分别经过多次滤波,这个滤波的次数,就是分频器的阶。通常我们用多少「阶」分音来设计,一阶分音表示每八度音程衰减6dB(-6dB/octave),二阶是每八度音衰减12dB(-12dB/ octave),依此类推,四阶分音则是每八度音衰减24dB(-24dB/ octave)。即阶数愈高,衰减愈快。
一个完整的分音器叙述应该是「双路分音器,高低频皆採用二阶滤波Second Order(12dB/ octave)Two-way Crossover」。
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喇叭规格会标明分音设计,例如二路分音、三路分音等。另外由喇叭外形也可以大致分辨出来。简单来说,两个单体就二路分音、三个单体就三路分音。不过有时就并不是这麼简单,例如很多中置喇叭都有三个单体,不过就只是二路分音:中间是高音、两边两隻是中低音单体;又或者一些高阶落地式喇叭,会有两组中音或两组低音单体,甚至会有更多「重复」的单体来提升音质、增加输出。越高阶的喇叭通常分音就愈细緻,而且单体通常也愈大。
一阶分音器
一阶分音器具有20 dB/decade( 6 dB/octave) 的分频斜率,在输出端有 90°的相位误差,而高通方面它与输入信号有正 45°的误差,而在低通方面有负45°的误差,在分频点的频率附近或有这样的误差。
一阶分音器被许多音响发烧友视為理想的分音器,因為这类分音器在暂态响应良好,亦即在滤波器的导通带当中,频率响应与相位响应非常平坦;此外,它使用最少的电子元件完成分频的工作,產生的损失相对较低。不过,也因為一阶分音器的分频斜率低,在导通带以外也保留了更多我们不想要的讯号。如此一来,低音单元容易接收到在分频点以上的高频成分、產生较大的失真;高音单元容易接收到在分频点以下的低频成分,除失真外更可能因此损坏。
实际应用上,採用一阶分音器的扬声器系统不容易设计,因為必须配合频率响应非常宽阔的扬声器单元, 且较低的分频斜滤使得单元之间的干涉更加明显,也就是扬声器的离轴频率响应将有剧烈变动。
二阶分音器
第二阶分音器的零件刚好是第一阶的两倍。二阶分音器具有40 dB/decade(12 dB/octave) 的分频斜率,两倍的零件造成更多的 90°旋转,因為它是一个更陡峭的衰减。这个意思就是说,在分频点上有 180°的误差,它是以 12dB 做為分频斜率。12dB 的分音器一般都应用於汽车音响,一般的喇叭也适用此种分音方式。
这类分音器在被动分音器中最為常见,因為它在设计复杂度、频率响应与高音单元保护性当中取得了合理的平衡。当扬声器的所有单体在摆放时对齐,二阶分音器与所有的偶数阶分音器都能够提供对称的极性响应。
第三阶和第四阶分音器
第三阶分音器零件更多,当然它的相位误差也更大。它是以 18dB 做衰减,具有60 dB/decade(18 dB/octave) 的分频斜率。高通与低通有 270°的相位误差。而第四阶分音器则是以 24dB 斜率做衰减,具有80 dB/decade(24 dB/octave) 分频斜率,高通与低通有 360°的相位误差。这类分音器则可确保低频部份远离高灵敏度的高音喇叭,使音场更深,尤其24dB 低音,您可以感觉更深的低音。分音器的设计须要仪器测试,不是自己可以任意改变的。
三音路分音器
採用高阶分频的好处在于其滤波衰减斜率更大,分频效果更好,而且也有利于设计分频补偿电路(因為并不是”分”得越彻底越干凈的分频器就是好分频器,理论上说,分频后的两个信号曲线在叠加之后,与原曲线完全一致,这才是真正的好分频器)。
分音器的基本判断
分音器能完全决定喇叭声音的走向,因此分音器的设计相当重要。如何设计一个良好的分音器?首先要根据单体的特性曲线,选择最佳的频率段,进而决定喇叭的分频点,此外,还要依据高低音单体的效率与阻抗,来设计出最适合此音箱与单体的分音器。
在家用的领域上,分音器的设计是儘可能使喇叭拥有最平坦的频率曲线。但在专业的领域上则不然,例如在舞厅的喇叭,為了使喇叭能拥有强劲的力道,因此分音器在中低频段上会特别的加强。另外,分音器的设计也会影响喇叭的效率,当使用的零件越多,相对也会减少喇叭整体的效率。
综上来说,购买时应该先了解扬声器採用了哪种方式的分音,是二阶、三阶或其他设计,有时候厂商会特别在行销上说明採用了良好材料的分音网路,这些将有助於喇叭的表现。
了解单体规格的组合与配置
另一个从喇叭的规格列表当中可以了解到的重要项目,就是用到的单体组合(Drive Units)。书架式喇叭较常採用二路分音设计,配备高、低音单体;落地式喇叭就多数採用三路分音,有高、中、低音三个或以上的单体。而卫星喇叭或者入门多媒体喇叭,就多都只是一个单体。
ARENDAL 1961系列喇叭。多款扬声器中採用了两个到五个的单体。
值得留意的是单体的大小,通常愈高阶的喇叭会拥有愈多、愈大的单体。例如两个或以上的中、低音单体,让中频或者低频的输出与控制力更好。而直径愈大的单体,理论上低音的下潜越好,振幅可以愈强,可以输出的声压也愈大。不过这些当然都要与振膜、驱动电路、分音等组件配合良好。因此单体大小有参考价值,不过并不是绝对的指标。以高音单体為例,半吋、1吋、1½吋都是常见尺寸,4至 6 吋就常见於中音单体,低音则是 5 至 10 吋较常见。
重现高低音的能力:了解频率响应
重现高、低音能力指标
喇叭规格当中,其中一个最重要的项目之一就是「频率响应(Frequency Response)」,简单来说就是喇叭播放音乐或者声效时,可以重现到「适当音量」的声音频率的范围。
一个频率范围标示為50Hz-20KHz的喇叭,所能產生的最低频率声音為50赫,而最高频率声音则為20千赫。就其他音响器材,如唱盘、录音座、或扩大机而言,也常以此等频率范围的标示方式,显示音响处理音讯的能力,而将之称為频率响应。举例来说Audio Research LS1型扩大机即将频率响应标示為1Hz-100KHz,代表此型扩大机能平顺的处理并输出由1赫到100千赫范围的音讯。
若一个书架喇叭标示的频率范围是60Hz~20KHz±2.5dB。其中60Hz代表音箱在低频方向的伸展值。这个数字越低,代表音箱的低频响应就越好;20KHz则表示该音箱可达到的高频延伸值。该数字越高,表明该音频特性越好。
而后缀的±2.5dB则表示上述该段频率范围的失真度大小,失真度越小,频率响应曲线就会比较平坦。一些音箱标註的失真度是±3dB,其频率范围应会变得宽一些。有的音箱不标明该指标,频率延展范围就会变得很宽。如果不註明失真度正负2.5分贝,频率范围就可以标成40Hz~23KHz。
若不标註失真度的频率范围是製造厂商的问题。如果厂家明知故犯,只能猜测其可能居心不良,有意欺矇消费者,同时也说明该音箱指标不规范,厂家对自己的產品缺乏信心,很难让人放心选购。
大部分喇叭其实可以输出频率响应之外的音频,这个更大的音频范围就叫做「频率范围」(Frequency Range,FREQ RANGE),通常是指音压衰减到 -6dB 之内的频率。落地式喇叭由於拥有较大的单体,所以低音通常可以「潜得更深」,低频可能由 20Hz 甚至更低的频率起跳;而书架喇叭则比较常见由 50Hz、60Hz 等起跳。喇叭可以重现的音频当中,通常头同尾(超低频及超高频)的输出(音压)都会衰减得很厉害,所以并不算入「频率响应」(Frequency Response)的范围,不过就依然可能是「频率范围」(Frequency Range)。
有青才敢大声:灵敏度
常有人以喇叭的承载功率来判定喇叭所能发出的音压,但事实上这并不正确,应该是要先看喇叭的灵敏度(Sensitivity)才对。什麼是音箱灵敏度?简单白话就是在输入一定功率的信号后,音箱所能够发出的音量大小。灵敏度愈高的喇叭,在功放同一个输出之下音量愈大。
同一功率之下更大音量
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当两支不同效率的喇叭,输入相同的瓦数时,灵敏度较高的能获得较大的音压。因此,就算灵敏度低的喇叭拥有较大的承载功率,但其最大音压未必能大过高灵敏度但承载功率较小的喇叭。
现有的有源音箱一般採用db/w/m作為音箱灵敏度的单位,也就是说,在有源音箱中的扬声器系统中,输入1w(或者 2.83Vrms @ 8Ω)的功率,在其正前方1m处测试声压的大小。有的以输出 1,000Hz音频然后量度,有的则以输出 300Hz 至 3kHz 的平均值来量度。大部分喇叭在这个条件下面会量度得 80dB 至 90dB 的声压,通常 88dB、89dB 以上算是灵敏度高,85dB 左右算是中等,82dB 以下算低。
灵敏度的数值,是通过 1W 输入之下,在离喇叭正对住的声效轴心1米距离量得的声压,通常在 80dB 至 90dB 之间。
灵敏度是音箱最重要的指标,在很大程度上决定了音箱应该选配什麼样的功放,需要多大的功率去推等等。大多数监听级家用音箱的灵敏度均在86-92dB之间,对同一台功放而言,在同等音量下灵敏度越高,意味声音越大,音箱对功放的功率要求就会越低。通常你会听到人们常说:这对音箱比较好推,就是这个意思。很多卡拉OK、PUB或舞池用的专业音箱灵敏度都超过100dB,这会让人感觉去唱卡拉OK时声音非常清亮,而且毫不费力就能获得很大的音量。
高灵敏度喇叭有许多的好处,除了只需搭配小瓦数的扩大机,还有能拥有较多的细节,较宽广的动态。和低效率喇叭相比,高效率的喇叭在小音量时,依然能保有全频段的细节,相对於低效率喇叭可能只剩下中频段的声音,必须将音量开到某个音压才能获得较佳的解析。因此对於现今流行的家庭剧院系统,其特别强调高动态及高解析的音质,如果能选择灵敏度较高喇叭,将会是最佳的选择。
但要注意的是,实际上并非灵敏度越高越好,灵敏度超过92dB的喇叭通常都是振盆比较轻薄的金属盆、PP盆之类,这类的材质设计也会导致功驾驭喇叭的控制力受损,从而导致音质偏薄、偏亮、偏夸张、偏硬朗,少了许多音乐的细节和韵味,不大适合作HI-FI鉴听用。
而许多声音厚实柔和且充满音乐味的名牌音箱通常灵敏度都比较低,如英国皇牌ATC、义大利名琴、卓丽等顶级喇叭的灵敏度仅82dB。大多数鉴听级家用音箱的灵敏度均在86-92dB之间,这类音箱往往需要输出电流极大的巨无霸功放,才能让喇叭运作在理想线性区域。例如平时功放用开 50% 音量刚刚好,换了一对灵敏度更高的喇叭,50% 音量就可能太大声。
阻抗与承载功率
阻抗(Impedance)的概念同电阻相似,是喇叭电路入面电阻、电容、电感等对於交流电(AC)的「阻力」。喇叭较常见的阻抗数值有 4Ω、6Ω、8Ω等等,阻抗愈低,同一功率之下对电流的需求愈大,除了对功放是负担之外,亦会影响音质。现时很多功放都可以对应 4Ω、8Ω等不同阻抗。喇叭背面通常都会标示喇叭阻抗、可以接受的最高输入功率。
Denon AVR-2400H 支援 4Ω 到 16Ω
许多扩大机可以对应不同阻抗的喇叭,图中是Denon AVR-2400H 支援 4Ω 到 16Ω
大多数扬声器都会在背板的铭牌上标示额定的阻抗值提供使用者作為参考。
而承载功率(Power handling)则用多少瓦来表示,是选配功率放大器时的重要参考依据,该指标并不能说明音箱质量的好坏。例如一对音箱的承载功率标註為10~200W,即说要推动该音箱所需的功放至少要具备10W以上的输出功率,但不能用大於200W以上的放大器作满功率输出,否则可能有烧箱之虑。
喇叭是透过扩大机输出才能发出声音,也就是推动该喇叭的功率。喇叭与扩大机之间第一个要注意的是阻抗的匹配,再来才是承载功率:瓦数是否足够的问题。扩大机输出功率低於喇叭承载功率,会有扩大机推不动喇叭、声音失真的问题,但若扩大机阻抗大於喇叭阻抗,那就可能有毁损的问题。因此选购喇叭时,要注意搭配的扩大机规格,以确认喇叭是否适配。
好的音响提供了多种阻抗,阻抗一般以8Ω為其标準值,大多数二音路书架喇叭的阻抗值均為8Ω,多单体多分频的落地式音箱也有6Ω、4Ω的。阻抗值越小,需要推动的电流就越大,要求的功放功率也相应高一些。家用音箱选用8Ω阻抗较容易搭配适合的扩大机。
而承载功率在一般而言,家用音箱绝不会有推不动之虞,只有好不好推,推好推坏的问题,200瓦以下的承载功率对一般家庭的使用已是大大有餘了,不刻意追求过高。
以貌取人:音箱板材的判断
音箱板材要评估单体的特性,来选择适用的板材。例如单体本身在低频的能量较不足时,便必须採用『质轻而坚』之板材,使单体容易藉由音箱共鸣,发出较多量感的低频,来补足单体的缺点。因此不是板材『薄』的喇叭就一定差,硬的像石头的声音就会最好。这都必须根据单体的特性,来选用最适当的板材,使声音达到最佳的平衡点。
一般音箱板材可分為两类:
原木(非合成木):指未经处理的木板。其密度為非均衡的质材,简单来说,就是以手敲打原木板的每个部份,并无法获得相同的声音。因此在生產音箱时,每支喇叭在声音及品质上均较难掌握。除非原木能够在初始加工处理时即得到极為精密的控制与要求,否则还是只以其美丽的木纹做為外表装饰较為适合。
『合成木』:先将木材以化学药剂处理,使其有防水或防蛀等功效,再由高压处理完成。例如:甘蔗板(易因潮湿而损坏)、密集板(MDF)、夹板、防水夹板(具防潮处理)及钢琴用夹层响板(质坚且密度最高)。合成木本身的密度非常均匀,品质也相当一致,且在声音共鸣的特性上也非常的好,因此对喇叭系统的开发及量產较容易掌控。
此外,音箱板材也常因用途上的需求而有其特别的要求,例如演唱会的喇叭,由於大部份都在户外使用,因此為防止雨水的淋湿而造成喇叭的损坏,通常会採用具有防水功能的防水夹板。还有像是為了搬运方便,必须採质轻的塑胶材料,以减轻时常搬移的工作量及碰撞时对喇叭的伤害。
音箱结构的设计对於喇叭用途也有关係
音箱结构的设计,对於喇叭的整体效率、音色取向皆有重大的影响。然而受到使用的用途所影响,在结构的设计上也就大為不同。例如在专业的演唱会里,便会有低音号角式喇叭,其藉由号角的形状,将低频输送至远的距离。接下来,我们将以家用与专业的角度来剖析一般常用的音箱结构。
家用音箱结构常见有以下的几种:
反射式音箱
最多的设计方式。当单体振膜发声时,其声音打到后板所反弹的声波,藉由反射导管将反相的声波传递出来。其反射孔的大小与导管的长度皆会影响低频的延伸,因此必须根据单体的特性,设计出适合的孔径与导管的长度,以取得最佳的速度感与良好的低频延伸。
密闭式音箱
音箱完全採密闭式,虽然能获得不错的低频音色,可是此种设计方式会大大降低喇叭的效率,若要获得良好的控制力,就必须採用超大功率来推用,否则其低频的速度感会有迟顿的现象。
背辐式音箱
属於密闭式音箱,主要多增加一支只有振膜的单体(称背辐式低音单体),当低音振动发声时,其藉由空气来推动背辐式振膜,以增加低频的延伸。但有效率低及速度慢的缺点。
等压式音箱
能增加低频的能量,但密闭式的设计会造成效率较低,且当两支单体同时发声时,若声音有不同步的问题產生,也会影响喇叭的暂态反应。
传输式音箱
藉由较长的传输管道来增加低频的延伸,但过长的管道会导致低频速度慢。
号角式音箱
利用号角扩散性佳的特色,先将低音予以挤压,再经由号角的摆盪,能将声音传送较远处。在户外大型的演唱会上,一般的低频并无法传送较远处,因此必须藉由号角的挤压将低频传送出去,使后方的观眾也能感受到低音。缺点為低频延伸较差。
被负载号筒式音箱
在音箱内部拥有传输管道,以增加低频延伸,再由号筒将声音打出去。其比号角式音箱能获得较多的低频,且亦能将声音传送至更远处。
耦合(压缩)式音箱
為两支单体面对面,当单体发声时,藉由互相挤压產生出更低频率。此外,由於两支单体皆锁在音箱里,因此必须有开口设计在两支单体的中间。
内行看质量、外行掂重量:掂掂看!
好的音箱大多是以18~25mm的优质MDF板打造、高档旗舰级音箱则是以紫檀、黄柚之类的超重实木或多层复合胶合板来打造,所以重量非常惊人。往往一对音箱凈重就达五六十公斤。
中低档大路货多半採用质地鬆软的刨花板,仿冒偽劣產品更採用质量低劣的纸胶板,故重量一般较轻。音响界常有「内行看质量、外行掂重量」之说。重的音箱肯定比轻的音箱要好些。但要警惕不良商家在箱体底部灌沙石水泥增重以欺骗消费者。
敲敲看,回声听门道
用指节敲击箱体上下左右前后障板,箱体各面均发出沉实而轻微的脆响,感觉板材质地坚硬厚实、内部有多根加强筋支撑,箱体结构合理、结实,有多种隔音和防驻波的措施等效果。该种箱体加工成本高、难度大,因而很少有假冒偽劣產品。如用指节敲击箱体发出「噗、噗」的空响,说明板材太薄,材质质量太差,结构不合理。且内部没有吸音材料或加强筋维繫,从而导致箱体内有大量漫反射和驻波形成。选购这种音箱,绝不可能获得好的重放效果。
结论
以喇叭来说,最重要的还是声音的表现。当单体、分音器、音箱的用料到达一个水平之后,只要容积和型式设计得当、没有出现离谱的失误,发出的声音可以接受,就已经称得上是好喇叭,再来才是考量锦上添花的外观造型设计。
每支喇叭的单体特性都不同,所设计的分频点也都不同,音箱形式、材质不同,表现出的声音特性也完全不同,基本上很难有所有类型的音乐都可以完美通吃的喇叭,每支喇叭必定有它表现较好的音乐类型,同样的也会有表现较平凡的音乐类型,完全取决於它的设计。
当然,较好较差是很主观的,但有些部分可以很明显的去感受到,有的喇叭低频表现软弱单薄、不适合放舞曲,但它的人声特别柔美;有的低频浑厚有力、但中高频明显虚掉或是生硬,所以还是要看您常听的是哪种类型的音乐,然后再去挑选在该音乐类型表现良好的喇叭。
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