全音域喇叭實驗室#5：淺談全音域單體的擴散性

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在全音域喇叭實驗室第二集中，我們曾經說到全音域單體在重播中高音以上的頻段時，振膜的振動主要是集中在靠近音圈的振膜內圈發聲。此時中高音以上聲波的擴散，會受到錐盆的形狀，而使擴散角度受限。這種狀況雖然會因為錐盆的角度與造型而不同，但是基本上，對全音域單體而言，聲音的頻率越高，不但聲波擴散角度越小，而且在單體軸線上聆聽，中高音以上還會因為擴散角度小，能量過於凝聚而增強。


到底聲波頻率要到多高，擴散性才會受到錐盆的限制呢？簡單的說，聲波的波長必須要大於錐盆的直徑，聲波才能越過錐盆，向外擴散，如果聲波的波長小於錐盆，就會受到錐盆的限制而影響擴散性。以我使用過的Diatone P-610全音域單體為例子，依照官方規格，它的口徑是16公分，約等於6.3吋。16公分的波長，相當於多少頻率呢？將16公分代入頻率與波長的公式：

音速每秒34029公分 ÷ 波長16公分 ＝ 頻率2,126Hz

由計算結果可知，當聲波頻率高於2.1kHz時，波長將會小於P-610的錐盆口徑，擴散性就會因此受限。當頻率低於2.1kHz時，聲波才能擺脫錐盆的限制而向外擴散。發現了嗎？這就是一般兩音路喇叭將分頻點設在2～3kHz的原因，將中高頻以上的頻段交給不是採用錐盆設計的高音單體負責，避免聲波擴散受到中低音錐盆的限制。


全音域單體該如何解決中高頻擴散性受限的問題呢？它沒有高音單體可以分擔中高頻以上頻域的重播工作，也沒有分音器可以修正高、中、低頻的平衡性，所以只能靠單體本身的結構與機械特性進行修正，例如特殊的相位錐設計、高音杯的採用，或是錐盆本身的造型與角度等等方式進行修正。除此之外，藉由全音域單體本身的中高頻衰減，也能與中高頻增強的能量取得互補平衡。


從Diatone P-610的測試資料，我們可以發現它的頻率響應其實頗為平直，中高頻並沒有因為擴散性受限，能量過於凝聚，而出現不均衡的凸起。不過1kHz以上中高頻的離軸能量，倒是衰減得頗為明顯，可見中高頻的擴散性的確較差。這種狀況反應在實際使用上，最佳聆聽區域可能會較為侷限，喇叭擺位時，則可嘗試將喇叭正對聆聽位置，從這個位置開始調整Toe-in角度，讓高、中、低頻可以更為均衡。

從全音域單體擴散性的探討，我們可以更接近全音域喇叭的核心本質。許多人認為多路分音喇叭是更複雜的設計，全音域喇叭則是最簡單的喇叭型態，這個說法其實只對了一半。多路分音雖然看似複雜，但是它卻可以藉由分音線路的調整，更輕易的修正喇叭設計上所遭遇到的問題。反觀全音域喇叭，雖然構造看似簡單，但是它卻只能藉由單體與箱體的機械結構進行調整，克服喇叭設計的難題，這項工作其實比調整分音器要更為困難，而且也更難以掌握。所以，請千萬不要小看全音域喇叭了，最簡單的構造，有時其實才是難度最高的設計。

關於全音域喇叭的擴散性，這次其實只講到全音域單體本身的問題。當全音域單體裝到喇叭箱之後，還會遭遇到更複雜的聲波繞射問題，我們下次再聊。