BBC LS3/5A 彻底剖析
我们可以发现以往所公开发表,关於BBC LS 3/5A喇叭的文章,在感性面的着墨,大过理性面甚多,如果真的要探究其中的因素,那大概就是因为它的声音表现,有一股特殊的迷人魅力吧!要解释这股特殊而又迷人的魅力,到底从何来其实不难,只有一个「谜」字?!没错,它就像吹笛手手里的魔笛,以一种特有的丶近乎催眠的咒语,迷幻了许多人,让听者为之沉迷丶为之扼腕,沉迷的是它浓郁典雅的音色,扼腕的是它不够全面的表现。这个「谜」如何解?!对不起,到目前为止还没有任何具有共识的答案。
搜罗市场上所流通的资料,可以发现BBC LS 3/5A发表至今的数十年中,仅有部份文章曾经针对这对喇叭的改机方式做过报导,而深入且广泛的设计探讨,则至今尚不多见。之所以会有如此的现象,不外乎是因为这对喇叭在重播音乐之时,所呈现的丰沛音乐性,令大部分听者动容丶令有识者激赏的缘故。既然有许多的前人,已针对LS 3/5A的声音表现,以及改机方式,做过广泛而且深入的研究,我们不妨从另外的角度,切入来看这对一代铭器。
不按牌理出牌的LS 3/5A
您知道喇叭的开发流程吗?就商业化的角度来探讨,绝大多数喇叭的设计,都是由「市场售价」开启第一个步骤,因为这个要素将会牵涉到箱体丶单体丶分音器等必要的组成部份,因此这个步骤可说是喇叭设计最重要的一环。决定好售价之後,也就等於宣告了这款新商品的市场定位,接下来就是单体的选定丶音箱的设计以及分音器的构成。经过这些重重步骤之後,如果没有任何意外,当然就会有产品上市。
LS 3/5A是经过如此过程产生的吗?不好意思,可能不是!熟知这对喇叭历史的读者一定都晓得,这对喇叭最初的功能设计,是用在广播车上作为收音监听之用,因此为了迁就狭窄的车厢空间,有许多的细部设计,便以此为前提作出许多变化,例如∶高音单体四周用来防止过度扩散的吸音毛毡丶迷你的体积丶更强调的中频等,并且将它作成单声道使用!也就是说,一次只用一支喇叭作为监听播放。
就因为最初不是要用来作为商业用途(公开销售),因此它的设计步骤,也就可能脱离设计常规的程序,当然也有些商品的设计步骤,并不像我所交代的那样,不过那仅只是少数。我们仅针对下列几个点,来探究这对喇叭为何迷人!以及Rogers丶Harbeth与Spendor三家公司,用来与LS 3/5A媲美的三款同类型喇叭之间的不同点。
分音器
喇叭的主要组成部份除了单体丶箱体以外,还有一项常被忽略的重要组成单元-「分音器」。它之所以容易被忽略的原因,是因为它通常被放置在箱体的内部,除非您卸下喇叭单体,不然一定无缘窥见。不过,当您看见分音器之时,一定会觉得很奇怪,为什麽它的长相与组成元件,会与器材的电路板一样,都是印刷电路板丶电容丶电感丶电阻等零件?这些零件在分音器上,又扮演什麽角色呢?
分音器上各种零件各自职司不同的功能,像电容只允许高频讯号通过,因此称为高通滤波器;电感只允许低频讯号通过,因此又称为低通滤波器;电阻则是作为阻止或降低电流通过的量,因此在分音器上主要的功能,是作为降低量感之用,通常会被使用在高音单体的正极。如果电阻是与单体作并联的话,就不是作为降低量感之用了!而是用来作为阻抗匹配,因为在单体正极之前串联电阻降低量感的同时,单体将会因为与电阻串联致使阻抗增加而降低效率,这时候便必须在单体上并联一颗电阻,使这部分的阻抗回复到原先的阻抗值,这便是阻抗匹配的作用。
经由以上的简略解说後,我们便可以清楚的知道,分音器要使用这些零件的原因,以及这些元件各自所职司的功能。接下来则是再为各位简单的介绍分音器线路,我们就以低通滤波器为例:一阶分音就是只在单体的正极串联一只电感;二阶分音则是在一阶分音的线路上,再加上一颗电容,不过并不是串联喔!而是与单体呈现并联状态;三阶分音当然也是建构在二阶分音线路之上,用文字解说太麻烦,就请您直接看图吧!四阶分音就像是二组二阶分音器加在一起,当然也请您看图就明了了。那高通滤波器的线路呢?简单,您只要把刚才低通滤波器的元件互换就成了!也就是说,电感的位置换成电容,电容换成电感就成了。
简略介绍过分音器後,我们回头来看看BBC LS 3/5A的分音器设计吧!由BBC公司所制定的分音器线路配置,可以看出LS 3/5A是一个标准的二阶分音,同时它运用了许多看似简单,实际上却很繁琐的线路来进行分频的动作∶像高频线路里的电感,便是作为电路分流以及自耦变压器之用;高音频段的频率响应则是以电阻与电容做调整;低音单体的频率特性与响应曲线突起,则是运用另一组RL线路作为等化之用。既然各家厂商都得使用同样的分音器线路,那声音的差异从何而来呢?撇开其他因素不谈,就分音器的部分来说好了,原因就出在「零件」上头。Spendor都是使用自行制作的零件,并且经过BBC公司的授权,可以不使用E&I绕线电感,而是使用铁粉电感;Rogers公司则是使用铁粉磁心电感。
三家用来取代LS 3/5A的喇叭,在分音器的设计就都是以独家的技术作为基础,虽然零件的配置与LS 3/5A有许多的相似之处,但是就器材设计的角度来看已有极大的分野。像零件的使用便有许多的不同,Roger不用说一定是使用该公司长期以来坚持的纯铁/铁粉心电感;;Harbeth也是铁粉心电感Spendor则是以空心电感为主。当然改变的不仅是电感而已,其他像是金属皮膜电阻丶PP电容等也纷纷出笼。
分频点的设定影响声音表现甚巨,因此必须配合单体的特性为之。
分频点
分频点的作用简单来说,就是区隔二只喇叭单体的工作范围,它的动作就像是用建筑人 员用网筛来筛选细砂与石头一样。比网筛孔目小的细砂,会经由网筛掉落到地板上,比孔目大的石头则会滞留在网筛上,这时候我们可以将细砂比喻为高频讯号丶石头则为低频讯号,网筛呢?没错,可以视为分频点,孔目大小可以决定细砂的颗粒大小,当然也就是分频点的高低罗!至於一对喇叭的分频点会有几个,就必须视设计状况而定了。二音路喇叭因为只有二只单体,因此只要在高丶低音单体之间,设定一个分频点就行了;三音路喇叭共使用了高丶中丶低音单体,因此便必须有二个分频点,将音频讯号区隔为高丶中丶低三个频段,再各别供给单体发声之用;四音路喇叭?!不常见!根据上述的方式区分,当然得有三个分频点罗。
看到这儿您一定会问∶分频点的设定的依据何在?如何设定呢?第一个问题不难回答,只要您曾经购买过进口单体,或者是曾经浏览过单体厂的网站,您就会看见一些关於单体的测试资料,设计师便是依据这些单体原厂的特性数据,去制定高丶低音单体的滚降斜率。至於分频点的设定,则是依据精密的公式演算,推估出一个数值,再根据这个数值去制作电感以及选定电容,详细的解说,请参照「分音器」部份。
了解了分频点的意义以後,我们就可以更进一步探讨LS 3/5A的设计了;一般常见二音路书架型喇叭,由於仅用高丶低音域二只单体,因此分频点的设定便必须格外注意,不然,问题可大了!因为人耳最敏感的声音频率,约为2KHz-3KHz左右,如果将分频点设在这个范围之内,人耳将很容易分辨,而且会觉得所发出的声音,像是分成二只个别的喇叭在发声一样。分频点如果设得太低,会影响到中频的表现,因为高音单体必须负责发出中频的声音,您想这会好听吗?分频点如果设得太高,低音单体又必须发出较高音域的声音,这与它的原始设计,极有可能会超出LS 3/5A的分频点,就很巧妙地设在3KHz,它的着眼点便是为了二只单体的发音整体性。
取代LS 3/5A的三款喇叭,因为各家厂商所使用的单体丶音箱容积丶音箱材质丶吸音材料等的不同,而有了不同的设定点,不过着眼点与设定的考量,都还是必须遵照上述的方式进行。
密闭式设计的小喇叭,为了获得更好的低频量感,因此便以密闭的箱室,控制高Q值单体的活塞运动振幅。如果有漏气的现象,必须加以克服,不然声音的表现可是会大为走样。
阻尼系数
这个名词讲的是单体所具备的特性,而所谓的阻尼系数,也就是常听到的「Q值」。这部分可以分为机械性Q值与电气性Q值二种。机械性Q值指的就是弹波丶悬吊丶音盆等没有磁场与电气的部分。电气性Q值指的是音圈与磁铁部分。单体的Q值高,低频量感就会多,至於Q值的数值应该要定在多少,需视喇叭设计师本身的喜好或者是商品需求。一般喇叭的Q值约在0.7-1.0之间,LS 3/5A则是定在1.2,此举当然是想让低音单体口径不大的3/5A,发出更好的低频量感。
另外,有一点不得不提,高Q值单体因为前後活塞运动的振幅较大,为了避免前一个讯号的活塞运动还没停止,下一个讯号又传输进单体造成失真现象(重叠失真),因此多运用密闭式箱体来控制活塞运动的量能。这时候您一定会问∶密闭式箱体如何控制单体的活塞运动呢?
回答这个问题,应该先由反射式箱体设计谈起。由於低Q值单体做活塞运动时前後的振幅较小,因此速度快而且次数少,比较不发生讯号的重叠失真,这时候设计师便可因应这样的特性,将之运用在反射式箱体设计上,并将单体做往复运动时所产生的背波加以运用,藉以增加低频量感,因为低频必须藉由锥盆推动空气来产生,当然往复运动除了会往前推动空气以外,往後的运动当然也会有另一股背波产生,这背波理所当然的也是低频波的一种,这些背波经由箱体的开孔,往外逸去後当然就可以增强低频的量感了!这时候设计师还可以根据个人对低频的喜好,藉由增减反射孔口径的大小与管道的长短,来控制这些背波的强度。
既然反射式喇叭是运用低Q值单体的特性来设计,那回过头来谈像BBC LS 3/5A这样的密闭式设计,我们就得注意单体的Q值特性了!由於高Q值单体的活塞往复运动的振幅,比低Q值单体大,因此必需藉由密闭的箱体来控制单体的运动,以避免先前提过的重叠失真。
(深黑色的部份,即为抑制共震的沥青胶)箱体材质
现代常见的喇叭箱材质,当然是压缩密集板也就是所谓的MDF,前一阵子Discovery频道曾经播过高压密集板的制作方法,它是将细微的木质碎屑,经过高磅数压力的挤压後形成。这些MDF板将会因为使用材质的颗粒大小丶组成材质丶密度,而产生不同的谐振频率,当然这些MDF板作为喇叭箱之後,对发声也会产生若干的影响罗!
当年BBC公司所规定的LS 3/5A箱体材质,是采用一种叫做Plywood的材料,您一定好奇Plywood到底是什麽材质?聪明的您晓得了吗?嘿嘿Plywood就是所谓的合板。当年BBC公司之所以会使用合板,纯粹是因为当时的材料科学,不若现代进步,因此便以最容易取得的材料作为箱体材质,您可别误以为是BBC公司「偷工减料」或者是有什麽密技存在。合板好,还是MDF好?就现代科学的眼光来看,当然是MDF好,不过只要LS 3/5A声音好听就好了,您还会在意箱体材质吗?!内面的馅谈完了,接下来跟各位说说外皮吧!您一定听说过,玫瑰木皮比核桃木皮声音还好听吧!为什麽?道理一定众说纷纭,没关系在此提供一些资料,让各位参考,或许能解出这个谜吧!
木皮的不同为何会造成声音的不同,这与箱体内部贴覆沥青胶应该有异曲同工之妙,因为大家都知道不同的贴覆物,将会影响谐震频率因此将造成音色的变化。既然如此,箱体外部所贴覆的木皮,当然也会影响声音的表现了,就以乐器常用的玫瑰木与云杉为例,玫瑰木(Rosewood)的密度为0.777丶动弹性系数为1.40丶内部摩擦系数为7.4丶?纵向音速为4243,云杉的密度为0.427丶动弹性系数为1.25丶内部摩擦系数6.4丶纵向音速5392。
这些数据显示出云杉的比重较小丶动弹性系数较大丶内部摩擦系数小丶纵向音波速度大因此极为适合用来作为钢琴的响板。而玫瑰木的比重较大丶动弹性系数大丶内部摩擦大丶纵向音波速度小,因此音响特性并不是很优良,但是它的材质坚韧丶强度大丶表面纹理美观,因此经常使用来作为乐器之背板使用。
由以上的二个例子,应当不难看出箱体的外皮,对声音表现的对应关系。当然,这二个例子并不足以证明玫瑰木与胡桃木外观的LS 3/5a,在声音上的差异关系,之所以会提出这二个例子,是因为想让读者能更容易了解,木皮与箱体对喇叭的影响,如果有举证错误之处,尚请各位读者不吝指正。
三款准备用来取代LS 3/5A的喇叭,箱体材质用的正是现代喇叭的新宠「MDF板」,用意当然是取其质地紧密丶容易加工丶共振少箱音小……等优点。外表再贴覆原木皮,如此一来美观的程度自然不在话下。
箱体结构
各厂牌LS 3/5a的内部结构,都是根据BBC的规范进行制造的,就吸音材来说,每一家厂商都是使用聚亚胺脂发泡材料作为吸音材料,这些吸音泡棉塞满了箱体内部,藉以吸取单体运动时所产生的背波。抑制谐震的材质,则是像现今Harbeth公司使用在喇叭箱体的黑色沥青贴片,当年各家授权生产LS 3/5A的公司,便是将这种沥青贴片打洞,贴覆在箱体内部的侧板藉以增加阻尼,顶板与底板也同样贴覆沥青贴片,不过是铺上二层。
除了这些吸音与抑制谐震的材料以外,还不能漏掉单体边框的发泡垫片!猜看看,这一圈垫片的作用是什麽?聪明的你一定猜到了,没错这一圈软质的发泡垫片的主要用途,是作为密封之用。密闭式喇叭在高音压的状态下,箱体如果有空气渗漏的话,便会产生「嘶嘶」的杂音,这杂音不只恼人,也会影响声音的表现,因此这一圈密封用垫圈的重要性可是不容忽略的喔!
看完箱体内部,我们把视觉焦点转到箱体外观吧!首先当然由高音单体谈起,当您看到那颗半球形的铁网时不用惊讶,当年这对喇叭因为主要是作为户外鉴听之用,因此便少不了会有搬运以及拆卸的动作,为了怕搬运的过程会对隆起的高音单体造成伤害,因此设计小组便为这个高音单体加上防护铁网,以避免造无谓的伤害,这里面并没有任何的密技成分,可别误会了!
单体边缘的羊毛毡与刚才提过的铁网不同,可没有任何的保护作用,主要是因为高音单体的振膜很小,扩散角度接近无指向性,因此为了防止它在发声时受到突起的箱板干扰,因此便在高音单体的周围加上羊毛毡,降低箱板的边缘干扰。
另外三款喇叭的音箱设计,由前障板开始便有了极大的变化,LS 3/5A在前障板有一小段突起的箱板,新世代喇叭则无此设计,因此连带的黏贴在高音单体四周的毛毡,也不见了踪影;又因为不用考虑到搬运的问题,因此全部取消了高音单体的金属保护罩;背後的喇叭端子,不仅端子的材质各家不同,接续的方式也更接近现代的设计,全都是使用Bi-Wire端子(特别声明一点,这次商借的Spendor LS 3/5A,背後的端子也是Bi-Wire设计)。接下来我们整理了一些LS 3/5A与三款新世代喇叭的基本资料,并将这些资料制成表格,让有兴趣的读者做比较之用。
外箱材质
末代LS 3/5A∶合板箱体,内部除障板与背板面外,其馀皆黏贴黑色沥青胶抑制谐振。
Rogers Studio 3∶MDF板,外观与内部同时贴覆原木皮,箱体内部除障板面,其馀皆黏贴黑色沥青胶抑制谐振,左右二侧板加贴纸纤板,箱体厚度10mm。
Harbeth HL-P3ES∶MDF板,外观与内部同时贴覆原木皮,箱体内部除障板面,其馀皆黏贴黑色沥青胶抑制谐振,左右二侧板加贴纸纤板,箱体厚度10mm。
Spendor S3/5∶MDF板,外观与内部同时贴覆原木皮,箱体中心加柱补强,箱体内部除障板面,其馀皆加钉黑色板块抑制谐振,箱体厚度15mm。
障板构成
末代LS 3/5A∶内凹式设计
Rogers Studio 3与LS3/5a一样,采用内凹式设计。
Harbeth HL-P3ES∶平面设计,采用该公司无绕设面网设计。
Spendor S3/5∶平面设计,外加黑色防尘罩。
高音单体
末代LS 3/5A∶KEF T27 27mm Mylar振膜。
Rogers Studio 3∶使用Seas单体。
Harbeth HL-P3ES∶使用Seas 19 TAFD/GB单体,阻抗8欧姆。
Spendor S3/5∶使用Vifa TC20SD05-06单体,阻抗6欧姆。
低音单体
末代LS 3/5A∶KEF B110 SP1228 110mm Bextrene锥盆。
Rogers Studio 3∶使用Rogers DU-125-ST3单体,锥盆为半透明塑料材质丶橡皮悬边,未采用防磁设计。
Harbeth HL-P3ES∶使用Seas E14RC/TV-HB单体,锥盆为塑料材质丶橡皮悬边,具备防磁设计。
Spendor S3/5∶低音单体∶Spendor公司自行设计制造单体,锥盆为塑料材质丶橡皮悬边,具备防磁设计。
原厂规格
末代LS 3/5A∶频率响应70Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗11Ω,重量5Kg,承受功率30瓦。
Rogers Studio 3∶频率响应80Hz-21KHz,效率85dB,平均阻抗8Ω,重量5Kg,承受功率∶45瓦。
Harbeth HL-P3ES∶频率响应78Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗6Ω,重量5.9Kg,承受功率∶50瓦。
Spendor S3/5∶频率响应70Hz-20KHz,效率83dB,平均阻抗8Ω,重量4.7Kg,承受功率∶70瓦。
喇叭输入端子
末代LS 3/5A∶大型镀金喇叭端子,采用Bi-Wire设计。
Rogers Studio 3∶采用Bi-Wire设计。
Harbeth HL-P3ES∶大型镀金喇叭端子,采用Bi-Wire设计。
Spendor S3/5∶大型镀金喇叭端子,采用Bi-Wire设计
写在最後
以上所分析的分频点丶阻尼系数丶箱体材质与体积等因素,都会影响到整体音质丶音色的呈现,而且是牵一发动全局,其中只要有任何一个项目更动,整体的声音表现就会发生变化。当然,刚刚所谈到的那些因素,并不足以代表LS 3/5A全部的好声条件,其实喇叭单体也是一个极为重要的关键,但是这些年来各类音响杂志,对单体的介绍着墨甚多,我们并不想班门弄斧丶狗尾续貂一番,因此单体的介绍我们就在此掠过,有兴趣的朋友可以参考其他杂志的介绍。这个章节只在探讨各对喇叭的设计差异,声音的表现将由下面的章节做介绍。
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:玫瑰木丶黑木丶胡桃木
面网:黑色
体积(毫米):304(高)x190(阔)x160(深)
图片附件:
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一般喇叭的Q值约在0.7-1.0之间,LS 3/5A的Q值则是定在1.2,此举当然是想让低音单体口径不大的3/5A,发出更好的低频量感。
LS 3/5A箱体材质,是采用胶合板的材料,木皮的不同为何会造成声音的不同,这与箱体内部贴覆沥青胶应该有异曲同工之妙,因为大家都知道不同的贴覆物,将会影响谐震频率因此将造成音色的变化。
抑制谐震的材质,则是像现今Harbeth公司使用在喇叭箱体的黑色沥青贴片,当年各家授权生产LS 3/5A的公司,便是将这种沥青贴片打洞,贴覆在箱体内部的侧板藉以增加阻尼,顶板与底板也同样贴覆沥青贴片,不过是铺上二层。
就吸音材来说,每一家厂商都是使用聚亚胺脂发泡材料作为吸音材料,这些吸音泡棉塞满了箱体内部,藉以吸取单体运动时所产生的背波
除了这些吸音与抑制谐震的材料以外,还不能漏掉单体边框的发泡垫片!猜看看,这一圈垫片的作用是什麽?聪明的你一定猜到了,没错这一圈软质的发泡垫片的主要用途,是作为密封之用。
单体边缘的羊毛毡与刚才提过的铁网不同,可没有任何的保护作用,主要是因为高音单体的振膜很小,扩散角度接近无指向性,因此为了防止它在发声时受到突起的箱板干扰,因此便在高音单体的周围加上羊毛毡,降低箱板的边缘干扰。
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