撰文/珊迪 修訂/莉莉

    你可曾聽過「單體」(Speaker Driver)這個詞？那個只要接上線、就能讓音樂變大聲的箱子裡，到底隱藏著多少祕密? 是什麼樣的機關，讓它可以恣意表現出各式不同的效果？

    從釐清音響發聲的元件開始，再進入音箱如何影響聲波的原理，科學小知識為你敲開音響世界的第一扇門。

揚聲器的組成

    一般人大多會把音響設備中發出聲音的方盒子稱為「喇叭」，另一個較專業的用語則會稱之為「揚聲器」(Loudspeaker)。既然名為揚聲器，就代表它在音響設備中所擔負的工作是「發出聲音」。這個發聲的過程，需經由許多小部件共同運作而成，「單體」就是在盒子中發出聲音、通常是黑色的、看起來有點像眼睛的圓形體，同時也是整套音響發聲的起點。那我們就從單體構成的原理開始，來了解揚聲器的點點滴滴。

單體剖面  奧祕藏在元件中

    每一個揚聲器中必定藏有單體，單體是揚聲器作動的最重要元件，而根據單體發聲方式的不同，可分為動圈式、電感式、靜電式、平面振膜式、鋁帶 式等等。目前市面上所看到的揚聲器，95%皆採用 「動圈式」。

    動圈式單體的設計最早出現在 1887 年，當時並不普及，直至一戰後，電影事業蓬勃發展，無聲電影漸衰，有聲電影興起，揚聲器的需求大為增加。 相較於其他種類的單體，動圈式單體發展時間長， 相關製造及投入廠商眾多，至今仍是最普遍的單體形式。

聲音是如何被我們聽見的呢?

「磁電效應」賦予動圈單體生命

單體運作原理

    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:

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。

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。

 

單體部件材料形狀定大局

在動圈式單體中，每一項元件都會影響該單體的表現，以下將針對不同元件的 材質及形狀進行更詳細的介紹，希望透過這些原理的說明，讓您了解單體發聲 時的奧秘。

振膜形狀決定音域

    還記得小時候用兩個養樂多空瓶，在瓶底挖洞後綁上一條線，就可以和朋友說悄悄話的遊戲？振膜原理即類似如此，其製成材料及製作時的工藝技巧等，都會大大影響單體的發聲品質。而振膜的材料與形狀，也會影響單體發聲時的狀況，振膜的材料選擇多元，從紙盆、陶瓷、羊毛到聚丙烯、金屬、 木質等，每種材質皆有其特色及優缺點，可以依照每個人聽音樂的習慣及喜好來做選擇。

   此外，振膜的形狀也會影響單體在高低音輸出時的表現，或是發聲時指向性的強弱。在形狀上，可分為錐形、平板、球頂等四種。

 

懸邊用過後才Q彈

    單體組成中，振膜與框架間透過懸邊固定，振膜在作動時會進行前後運動，為了使振膜在運動時，音圈維持於中心位置，使單體發揮最佳表現，故懸邊的彈性就非常重要。足夠的柔軟度，才能提供振膜運動足夠的恢復力。若懸邊的表現不佳，就會像沒有上油的機器，無法協助單體進行最滑順的表現。

    懸邊過硬或過軟，也會影響該單體在聲音輸出時的表現。所以全新的單體剛開始都需要進行一段時間的使用，才能使懸邊軟化，與這顆單體完成最完美的結合，一般將這樣的過程稱為「Break in」，就像新車上路時，也需要經過一段時間的磨合。

 

直接用單體發聲不行嗎?

音箱之必要性

    知道單體是根據「佛萊明左手定則」進行前後運動，擠壓空氣進而產生聲音 的原理後，難免會思考，如果只有單體就可以發出聲音，為何市面上的揚聲器 卻總是要將單體藏在音箱中呢?

    單體跟音箱彼此之間有密不可分的關係。振膜向前運動時，振膜前方的空 氣被擠壓形成密波，而振膜後方的空氣鬆散形成疏波。反之，當振膜向後運動 時，振膜後面形成密波，前面形成疏波。

    如果讓單體在赤裸裸的狀態下運作，會感覺到發出的聲音訊號很空洞，那是 因為在單體連續前後運動之後，前後聲波以振膜為分界點進行反作用，並且互相削弱音量。較空洞聲音的出現，是因為低音波長較長，造成彼此間容易互相削弱，使訊號僅留下高音的部分，這也讓聲音訊號變得薄弱。

為了防止這種情況發生，在製作揚聲器時，常用 障板來隔離振膜前後的空間，以避免前後聲波互相 抵消因而減弱的狀況，使訊號能夠被更完整呈現，而透過這種方式製作的揚聲器，也更容易聽到更為完整的聲音表現。

但由於低音的波長比高音還要長，為了能夠完整地呈現中低音訊號的表現，必須透過無限大障板才能完全阻隔聲波，不過這僅是一個理想化的狀況， 考慮到使用空間，並無法擁有一個無限大的障板。大約在 1920 年代，出現了將聲音包覆在音箱中的 構想，也是你我現在常見音箱的起源。

 

音箱結構秀出聲音魔法

音箱介紹

在尋找揚聲器時，單看揚聲器的外型，音箱內部的結構通常無法一窺 究竟，但揚聲器的運作原理正隱含其中，以下就用剖面方式來解開音箱 結構的祕密。

雖然，聽覺感受無法完全透過視覺來了解其差異，然而揚聲器的發聲 原理，正是物理現象的實作，來呈現完美的聲音。

以不同元件及材質組裝完成的單體，要有完美運作的表現，還需要搭 配上一個適合的音箱，才能夠為不同層次的聲音提供最真實的表現平台， 以下讓你一覽不同音箱設計的原理說明，了解運作及組合的原理之後， 將有助於理解，為何在挑選揚聲器時，在聽覺感受上會產生那些難以解 釋的感受。

障板式（無音箱）

特色：高音清亮，人聲表現佳。

原理：障板是最基本的音箱形式，單體要安裝在障板的中心附近。透過障板，可以將單體前方與後方的聲波隔離，越大的障板越能有效地隔離聲波，並且能夠聽到更多的低音。

延伸閱讀：也有人選擇將障板往後折，形成一個後開放式無背板的音箱，與障 板相較之下，體積稍微縮小一些，但是低音的量感還是有其限度。

密閉式音箱

特色：忠實呈現單體的低音，而且低音反應迅速。

原理：將單體裝在一個適當容積的箱子裡，使單體前後方的聲波不會互相干擾。聽眾只會聽到單體前方所發出來的聲波，而製作音箱的關鍵就在於「箱體黏合時是否確實氣密，不產生漏氣」。

延伸閱讀：何謂「適當容積」的箱子？這必須根據單體的尺寸、大小與規格等參數進行搭配。由於是密閉式音箱，所以從單體後方所發出的聲波，會完全消失在箱體內，無法善加利用。另外在〈聊經典〉單元，會跟各位談到音響歷史上的傳奇經典LS3/5A，就是密閉式音箱。

低音反射式音箱

特色：若將與密閉箱一樣大小體積的兩種音箱進行比較，低音反射式音箱 擁有更多的低頻量感，因此成為目前市面上最常見的音箱形式。

原理：低音反射式音箱利用單體後方的聲波，經過設計過的共振管，讓聲 波共振並反轉相位，增強單體前方的聲波，故又稱倒相式音箱。

延伸閱讀：共振管的位置及大小，是根據亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator) 原理。想像對著一個酒瓶口吹氣，瓶口的空氣柱產生振動，振動的空氣 柱與瓶身內的空氣腔相互作用產生了共振，因而發出嗚嗚的響聲。瓶子 裡裝些水時，聲音也會有所不同，這是因為瓶身空氣腔的體積發生了變 化，影響到瓶口空氣柱的共振頻率，聲音也就跟著不同。

傳輸線式音箱

特色：藉由內部傳輸管在音箱內摺疊，小音箱也能獲得大型落地喇叭的壯 觀氣勢、音場表現及低頻延伸。

原理：音箱內部有著長長的「傳輸管」，單體裝置在一端，聲波通過傳輸 管最後到達「開口」。傳輸管的有效長度越長，越能完整呈現低音 的延伸。

延伸閱讀：為了擁有夠低的低頻延伸，傳輸管要盡可能延長。但這純屬早年的理論 結構，以家用產品的實用大小而言，難以實現。這類音箱內部結構極為 複雜，傳輸線的通道寬窄及內部阻尼(參見 P40 小小聲觀察)結構等， 需配合轉彎處而有所不同。

被動輻射器

特色：被動輻射器(參見 P40 上圖)從音箱外部看起來與一般單體無異， 檢視音箱內部可看出沒有驅動系統。特色是可以推動更多的空氣， 擁有更充沛的低音。因為不需要電源，也能夠發出聲音，所以又稱 為被動振膜、空紙盆。

原理：被動輻射器的設計方法和性能，與低音反射式音箱非常接近，被動 輻射器是倒相管的一種替代品，它本身也是一個發聲器，但不包含 驅動系統，主要隨著喇叭振動，音箱內部的空氣隨之壓縮或舒張， 進而被驅動發聲。

延伸閱讀：結構與標準的單體相似，擁有獨立的懸掛系統，框架、懸邊、彈波一應 俱全。隨著微型喇叭的興起，這種設計被廣泛運用，但也被做了很大的 簡化，僅保留了懸邊作為懸掛系統。

帶通式音箱

特色：從外部觸摸不到喇叭單體，只透過通氣孔發出聲音。好處是不需分 頻電路，發聲時只有管口的空氣策動外接空氣運動，造成聲輻射。

原理：在長方形的密閉箱中，正中間裝一塊隔板，把箱體分成二個音室，其中一個音室裝個共振管變成倒相箱，另一個就成了密閉箱，在中間隔板上開孔裝設單體，單體的尾端在密閉室內，此箱體唯一的開 口就是一個管道，這樣的設計常用於低頻揚聲器。

延伸閱讀：「帶通」意指這類型箱體本身對聲音訊號具有帶通濾波器的作用，只允 許一定頻率的聲波輻射出來。箱體的作用和一般揚聲器的分頻器作用一 樣，只不過這裡是聲學濾波而不是電路濾波。基本上有四階帶通與六階 帶通二種，但是六階設計極為困難，所以很少見。

 

音箱材質影響聲音原色

除去相對少見的金屬、石頭、玻璃等材料之外，常見的揚聲器音箱材料有塑膠、密集板（MDF）、膠合板以及原木等四種，不同的材質各有各的優點與缺點。

塑膠

    一般塑膠射出成形之後，容易產生內縮問題，而且塑膠箱體的低頻單薄，容易產生共振，進而讓聲音失真。塑膠的優點是外型加工容易，造 型可以做得非常有特色，並且在大批量產時可以有效壓低成本。

    話雖如此，並不代表塑膠製就是低檔揚聲器的代名詞，像一些國外知名的品牌，在高檔產品中也有使用塑膠材質製作音箱，只要能克服塑膠 音箱共振的問題，例如灌沙處理，利用沙子的阻尼特性，或採用可以消 除共振的特殊設計，仍是可做出音質不錯的揚聲器。

密集板 

    MDF 在臺灣一般被稱為密集板，英文 Medium Density Fiberboard 的 縮寫，翻成中文就是「中密度纖維板」，取字首的三個字簡稱為 MDF。 其生產方法就是用木材纖維混合樹脂與黏膠經過高溫高壓而製成的人工 板材。

    這種板材的密度落在每立方公分 0.35-0.8 克之間，跟一般木材的密度相近，並且表面平整容易上漆、切削做造型，可直接用木工機具設備進行加工，但由於是以纖維製成，碰到潮濕容易吸水，就會導致板材膨脹 變形。為避免受潮，表面一定需要上漆或加上貼皮等工序來防止水份滲入，而這些工序也決定了 MDF 的品質與耐用度。

膠合板

  膠合板（Plywood），俗稱夾板，是由奇數層的薄木板堆疊後，使用膠水在高溫與高壓下成形。透過此方式製造出來的木板，能維持天然原木的質感與特性外，還可以克服原木易變形、密度不均勻以及加工困難等問題。東南亞生產的多為柳安夾板，屬於軟夾板，在台灣一般的建材行都能買到。

    白樺木夾板生產於北歐、東歐以及俄羅斯等等地，屬於硬夾板，因價格高，在台灣取得不易。白樺木的特性為耐磨、耐壓、高強度、高著釘力、以及良好的外觀質感。常見的用途為船舶的甲板、房屋的主結構、木製地板的基材。高級音箱常使用樺木夾為基材，聲音的質感極佳。

原木

    原木製作的音箱有著較佳的抑振效果，音質較純淨、質感更好，能讓 喇叭單體也更好的發揮。不過，原木製造的音箱除了材料取得不易之外， 還有加工困難、容易變形、龜裂以及質地不均勻等問題，所以採用原木製作的音箱成本都極為高昂，只用於高價位或有特殊定位的揚聲器。但是正因為這就是木料最原始的樣貌，將木頭融入了擁有者的精神與生活方式，越能彰顯其價值。

    只有好的單體不一定能確保聲音的完整性，只有好的箱體也不一定就是好的揚聲器，唯有單體與箱體完美的搭配，才能創造出美好的聲音。