号筒扬声器的由来与发展

照片2 Klangfilm制作的43004 型号筒扬声器,高低音 都采用的是励磁型喇叭。 号筒为天鹅颈型。 照片1 上世纪五十年代初Klangfilm制作的号筒扬声器。左 边为KL-L430a,其高声喇叭为KL-L301,低音喇 叭为励磁型的KL-L401。号筒用酚醛树脂制造。右 边为KL-L430,其高声喇叭与L430a的相同,低 音喇叭为励磁型的KL-L402。号筒用铝制造。 20世纪换能技术的发展变化,极大地促进了扬声器 技术的发展。在扬声器中,我们最熟悉的莫过于锥盆扬 声器,而号角扬声器以其独到的特点和魅力,也得到广 泛应用,而且在发烧友中还产生了一些号角迷。下面就 来看看号角扬声器是如何发展而来的。你或许会成为下 一个号角迷。 一、号筒扬声器的诞生 在英语中,horn是动物的“角”的意思,同时也表 示,“角笛”之意。在声音世界中,把截面积从出口处 开始不断扩大成喇叭状的也称之为horn,即号筒之意。 号筒什么时间诞生的现在不太清楚。有不完整的记 录是在公元前356年~323年古代马其顿的Alexander大王 的军队,在传达命令时使用过巨大的扩声器,这是最早 使用号筒获得扩音效果的记录。我们都知道,两个手掌 合成喇叭状放在嘴上进行喊话时,声音可以传得更远, 这是人类最自然的扩声应用。这也许是扩声器产生的原 因吧。 扩声器的实用化大概是在1650年开始的,1700年理 查德·赫尔夏提倡指数型角筒,1838年乔治·格林用数学 解析式表达了截面斜率一样的指数型号筒的扩音方式, 1877年爱迪生发明了留声机,他采用直线型号筒来帮助 振动板的声音放射,以起到扩声作用。1876年贝尔发明 了电话机,他也采用了直线型号筒的原理。 号筒扬声器的应用是在1915年,由P·吉森和E·S·浦 瑞德仅给留声机的喇叭装上动态扬声器而成为世界上最 初的扩声器。1919年A·G·韦伯斯特第一个用音响阻抗理 论将号筒扬声器展开成数学解析式。1924年C·R·汉纳和 J·斯利伯将号筒扬声器用指 数函数来表示,指数型号筒 扬声器一举成名,被广泛采 用。1927年S·巴尔兰亭用贝 塞尔函数来表示。 后来,V·塞尔曼在号筒 的入口和出口面积一定的情 况下,又研究了除指数型外 的其他号筒,即让曲线的参 数从0到无穷大的各种曲线 的号筒,如图1所示。这些 研究,主要是为了提升扬声 器的换能效率(即提高扬声器 的灵敏度),以弥补电子管功 放输出小的不足之处。希望 能重放出更大一点的声音。 提高号筒喇叭效率的方 号筒扬声器的由来与发展 □ 陈 杨 实用影音技术34 专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 (a)贝尔实验室制 (b)哥伦比亚制 图3 Acoustic留声机后期制作的号筒略图 图1 号筒各种曲线的比较 斗笠型号筒 反射型号筒 螺旋型号筒 花瓶型号筒 爱迪生留声机型号筒 (蜿展型号筒) 直射型号筒 通风管型号筒 天鹅颈型号筒 图2 到1930年使用的各种号筒扬声器的外观及名称 法之一,就是通过喉部面积和振动板面积之间的空气室 构成音响变量器。在上世纪50年代初,就有学者对音响 变量器进行了理论分析。这个变量比,一般来说是要求 在放大喉部声压或高声压时不产生空气的非线性失真, 所以是有一个限度的。特别是在重放高音时,由于用空 气室的厚度来控制重放界限,对于高品质的重放而言, 这就成了严格条件。 在电台广播开始时,大多数都是用收音机来收听。 为了让家人都能收听, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出了双喉号筒喇叭,让收音 机两边的听众都能收听。在上世纪20年代初,Magnavox公 司做出了商品化的动态号筒喇叭R-3,采用的是指数型号 筒,重放音质很好,获得很高的评价。这个时代使用的 具有代表性形状的号筒如图2所示,可见其各种名称基本 上是按其形状命名的。接着,在Acoustec的留声机后期使 用的号筒如图3所示。可见其目的是想充分利用号筒来放 大声音。 二、低音号筒 最初对低音号筒的需求,是剧院播放有声电影要用 大型扬声器而提出的。1928年由贝尔实验室的E·C·Wente 开发的555型号筒扬声器和WE的D·H·G· Scrantom开发的15A型螺旋型号筒组合扬 声器最有名,其效率达到近50%。截止频 率低到57Hz。之后,随着音源和功放的进 步,希望号筒的低音进一步下潜,高声也 进一步延伸。1931年,WE采用4只18英寸 的低音喇叭,安装在反射板上(参见图4), 中音也用4只16A型号筒,其喇叭是555型, 图4 WE制作的宽频带3路扬声器系统 2007年 第10期 35 实用影音技术 (b)PG-105A型 照片6 RCA开发的戏院用扬声器实例 (b)PG-142A型 高声号筒是2只596型。有意思的是4只中音号筒是用吊线吊起来的。由此开 始,低音采用Woofer一词,中音用Midrange一语,高音用Tweeter一词。15A型 的中音号筒用的是3路方式,如照片3所示。 1933年贝尔实验室开发出正式的2路全号筒扬声器“弗莱彻系统”,如照 片4所示。它是由A·L·Thuras设计 的,低音采用反射式号筒,其结构 示意图见图5。随着有声电影的发 展,人们希望影剧院具有更好音响 效果。在1934年到1936年间,MGM 开发出折返式低音号筒,如图6所 示,称之为“夏拉号筒系统”,具 有很好的音质,其外形见照片3。 它的低频可以播放到50Hz,它发明 了2路喇叭的低音和高音用时间整 合法调整提高音质。在此基础上, 以后的低音号筒就在减小箱体进深 尺寸上下功夫。 为了对抗MGM,WE从宽频系统到 夏拉号筒及其他2路系统研究对它们 的改善措施,于1936年开发出一种 新的低音系统,称之为“双音系统”, 如图7所示。RCA的光音机部最初采用 15英寸的全频喇叭和缠绕状的复数形 式,于1931年由莱斯和凯洛格作出安 装有指向性挡板的全频带喇叭PL-30 型,1936年又开发出具有夏拉号筒构 造的大型折叠式系列号筒扬声器PG- 143、 PG-142A、 PG-140A、 PG-134A、 PG-129和PG-105A等,参见照片4。当 时欧洲某电影公司的西曼斯受夏拉号 筒的影响,低音采用大口径直射式喇 叭,制作出一种折叠式号筒,可供 1500人以上的大型剧场使用。 另一方面,家用低音号筒也不断 被开发出来,具有代表性的是1934 年由英国的P·G·A·H·Voigt作出的摆 放在室内墙角处的角型直射式号筒 扬声器。如照片5所示。1940年P.W. Klipsch设计出具有专利的商品化的 家用号筒。这是一种折叠式前加载 角型号筒,由此家用号筒一举成名。 1948年随着LP唱片的大量销售, 音响进入Hi-Fi时代,为了满足家庭 对大音量的需求,于是更加重视高 效率的号筒扬声器,这样便促进了 高效率号筒扬声器的发展。例如英 国天朗的签名版复合型号筒扬声器, JBL前加载号筒D-34050和后加载号筒 图5 贝尔实验室制作的 弗莱彻低音号筒略图 图6 MGM开发的低音号筒略图 图7 WE开发的低音号筒略图 36 2007年 第10期 专题 照片8 ALTEC研制 的多管号筒H1804 照片9 1949年贝尔实验 室发表带声透镜的号筒 照片 10 世界最 初的戏院用带声 透镜的扬声器 D-34001,1954年又开发出前加载号筒 D-300858。当时日本的一个研究所设 计出一种前加载号筒,如图8所示, 这是一种角型扬声器箱,采用30cm的 喇叭,截止频率达到40Hz。1963年, YL音响发表了4种号筒音箱(参见图9), 震惊了当时的音响界。 近年来,由于更多地采用倒相式 扬声器,中高音喇叭采用时间调整 法,低音号筒扬声器明显地减少了。 三、中音号筒 针对低音号筒的应用,在两路音 箱系统中,就要求能有与低音号筒匹 配的中音和高音号筒,这样才能效率高交叉频 率低,并且在大音量播放时具有持久性。另 外,如果要让决定最低重放频率的截止频率越 低,号筒的开口面积就要越大才行。 在初期应用时,为了满足有声电影院和剧 场的要求,向广大观众提供均等的音量和音 质,1933年贝尔实验室的温特发明了多管喇 叭,并申请了专利,这是一个4×4的多管喇 叭,它从喉口处将声音含成16个号筒管道,扩 散出去,指向性达到了70°。在应用的“弗莱 彻系统”中,其高音喇叭就是一个15管的2b型 多管喇叭,参见照片4。 之后,Altec公司制作出多款的多管喇叭, 有H1804型(参见照片8),H1504型和H1004型 (a)交响曲 (b)音乐会 图8 一发烧友设计制作 的角形混凝土号筒略图 (c)管弦乐团 (d)艺术大师 图9 1963年发表在YL音响上的4路号筒扬声器 37 实用影音技术 等。RCA公司在对号筒的指向性进行测试比较之后,决 定制作辐射式号筒。Altec公司又在号筒的开口附近加 上隔板,开发出扇形号筒扬声器,以确保其水平面上 有稳定的指向性。在改善指向性方面,贝尔实验室于 1949年发明了装有声透镜的扬声器,参见照片9;1954 年由弗莱恩和罗坎提开发出最初的用声透镜改善号筒 指向性的扬声器,参见照片10。 近年来,人们一直在不断努力改善号筒扬声器重 放中音和高音的指向性。过去是着眼于改善其水平方 向上的指向性,现在进步到水平方向和垂直方向上的 指向性都要改善。图10表示了号筒扬声器的发展过程。 可见具有各种声音辐射形状的号筒被开发出来,图11 是这些各具特征的号筒略图。 最先进行号筒指向性改善的是1974年的电声(EV)公 司,开发出定向(CD)式号筒,它是一种从喉口处开始呈 指数曲线展开的圆锥形喇叭。改 变喉口处张开的角度就可以改善 CD号筒的垂直指向性。接着, 1977年Altec公司发表了曼塔莱号 筒,它是与钓鱼杆上缠线板的形 状相似而命名的,参见图11(k)。 JBL开发的是双径向式号筒,其特 征是喉口处垂直面和水平面的长 度不同,如图11(j)所示。1970年 左右又出现了史密斯号筒,它是 一种装有分配器的绕射式号筒, 如图11(i)所示。1982年先锋公司 开发出TAD的TH-4001型号筒,称 之为稳定扩散(SD)式号筒,它在喉 口处设置了分配器,并将号筒侧 面的一部分做成曲面,参见图11 (m)。同年,松下电器发表双贝塞 尔式号筒,它在垂直面和水平面 上指向性都得到了改善,参见图 11(l)。 总之,随着时间的推移,号筒 扬声器也不断在发展,现在它的性 能已经得到极大的改善。今后,随 着直接辐射式扬声器的发展,虽然 在声音辐射性上有所不同,但号筒 扬声器仍将向着播放更高音质方向 发展。PAV 图10 中、高音号筒的改善过程 (a)多格式号筒 (b)圆锥式号筒 (c)装声透镜的号筒 (d)扇形式号筒 (e)绕射式号筒 (f)矩形式号筒 (g)径向号筒 (h)定向式号筒 (CD号筒) (i)史密斯式号筒 (j)双径向式号筒 (k)曼塔莱式号筒 (l)双贝塞尔式号筒 (m)稳定扩散式号筒 图11 号筒的主要种类及其略图 38