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April 09, 2017

PS-1兩音路喇叭專題報導


站長原本前陣子就要貼出饗宴網友們,但是因為實在是非常繁忙只能夠抽空整理所以拖了有點久,還請大大們多多見諒~



PS-1自推出以來一直受到大家的高度注目,小巧的體積卻能發出氣勢驚人的聲音,她迷人的音色也獲得極大好評,在TAA展與台北展出盡鋒頭,讓不少人都很好奇PS-1的身世,PS-1其實是個非常嗆司的產物,站上陰錯陽差的獲得使用一批Peerless單體的機會,並借用了很多協力廠商的專業設備和資源,比起全音域喇叭,兩音路喇叭要考慮的東西更多了,為了能夠做出好喇叭,我們邀請經驗豐富的李孟育前輩擔任領銜設計者,透過李前輩的指導,大家花了很多時間一步一步地完成這個作品,也學到了不少東西~

 

其實這個作品一開始是概念作,沒想到一問世,馬上就被搶到穿孔(比見底還嚴重),很多人想買排不到,這個PS-1原本就公告只做五十對,因為我們能夠拿到的單體就只夠做五十對,排隊候補的訂單和網友們熱切的期望,證明了PS-1是一對非常成功的兩音路喇叭,也讓我們不得不拜託協力廠商們想辦法幫我們用最快的速度生出來,後來經過多方的幫忙,最後終於順利獲得解決,讓大家都可以買到這對超棒的喇叭!

 

PS-1不僅僅是採用了好的單體,她的每一個小細節都充滿著眉角,催生過程需要相當多的專業知識與設備,也需要不斷的嘗試,雖然很辛苦,但是也相當有趣,現在就讓我們來看看PS-1的設計過程,這個部分就由領銜設計的李前輩來跟大家聊聊:
 
簡單談一下PS-1的設計理念:
PS-1Design goal
1:體積小,最好不大於LS3/5a
2:低失真。
3:寬頻(Up to 40kHz),平直的響應
4:好驅動且阻抗合理(8 Ohm),不要像LS3/5a那麼奇怪的11 OHM15 OHM
 
而這些規格之中,平直的頻率響應是我認為最重要的,也是喇叭設計者必須努力做到最好的,這是良心的問題,你就是不應該賣給別人聲音扭曲的東西。
 
單體的選用:
這是設計喇叭最重要的部分,直接影響到整個産品最終的樣子及聲音的走向。
PS-1採用非常好的低音單體,這個單體有很平直的頻率響應和很好的音質,經過FEA(finite element analysis 做最佳化設計 以下是原廠對於此driver unit 的描述:
The Peerless High Definition Sound (HDS) Series offers high-quality solutions for multi-way speaker systems employing vented box alignments. A powerful ferrite magnet system is coupled to a finite element analysis-designed suspension system, containing a linear spider design and rubber surround. The motor incorporates an aluminum shorting ring that reduces coil inductance, extending frequency response performance and reducing second harmonic distortion. A cast aluminum basket provides high structural rigidity, heat-sinking capacity for the motor, and additional ventilation under the spider that in combination with a vented cone neck reduces air compression effects. Peerless developed the proprietary and highly advanced Polypropylene Black (PPB) cone material used in the HDS PPB Series, creating a stiff but still dampened cone that remains stable even under the greatest sound pressures. .
中文的意思就是非常非常棒
 
這個單體同樣的用於非常高價的市售商品,如HB-X1喇叭(超過1萬美金),好像就是用這個單體。可見其品質及價值都非常有水準。
高音單體採用的是所謂的"Double Ring Radiator Tweeter",這是近幾年發展成熟的高音喇叭結構,讓我喜歡的soft dome tweeter 高音單元的高頻響應一舉突破40kHz,擴散性也比號角式喇叭要好,更重要的是製造成本並不高!不需要特殊的材質(像是鈹,鈦,鋁甚至鑽石!)
Soft Dome tweeter一直是我很喜愛的高音喇叭的材質(Dynaudio 就一直採用軟絲質高音),其聲音比金屬質高音要圓潤而且耐聽,只是自古以來其頻寛都不足20kHz!感謝"Ring Radiator"技術的發展,真的是太好了。
 
音箱的設計:
40年來大家已經習慣了LS3/5a的大小,305mmX190mmX140mm,內容積只有4公升左右,是一個非常小的音箱,而薄薄的箱壁(9mm),也會形成一定程度的共振(也許大家已經習慣了它的箱音)。原則上就以這樣的大小來設計我們的箱體,只是現代聲音的走向,偏明快乾淨,高頻寛且不拖泥帶水,因此我們採用較厚箱壁(15mm)以抑制箱音(Box resonating )Peerless 這個單體比較適合低音反射式(vented box)的音箱,因此採用了開口式的箱體設計。Vented Box 如果設計得正確,能夠適當的補償低頻的頻率響應及能量,可以預見本喇叭的整體低頻響應(Low frequency reproduction),應該要優於LS3/5a
我刻意的以窄邊(140mm)做為正面,把190mm做為深度以容納大約140mm的導音管(Port)! 一方面窄正面的設計置於桌上也比較不佔桌面,在感官上比較現代感一些。
 
至於導音管的位置要放在哪裡?
第一次的試做我把導音管置於正面低音喇叭的下方。很不幸的是這樣的設計在低頻(400Hz)產生了一個凹陷!後來以Leap模擬,發現只要低音反射口在正面,不論是什麼形狀(圓孔或長方形孔)或任何正面的位置,都不能避免低音的起伏變化!



最後把反射孔放在背面大約相對於高音喇叭的位置。這樣才解決了低頻率的頻率響應起伏的問題。
 
分頻網路的設計:
這應該是喇叭設計最複雜的部分。利用電腦軟體的協助,可以稍微加快設計的速度,當年BBC設計LS3/5a時據説花了百萬英鎊,想必是大量的人工手算及來回打樣及測試所致。我利用Bass Box Pro  Fine Xover 軟體來交互驗證設計的結果,以期能減少大量打樣的費用及時間(即便如此,前前後後也打了4對箱子,以期在這樣的箱體下得到最佳的結果)。當然,正確地輸入喇叭參數及裝箱後的響應數據也很重要!(我一直強調正確地使用軟體的重要性,正確的使用CAD就不致於設計出荒腔走板的喇叭。)我是以CLIO 喇叭測量系統來量測喇叭。由於當初買CLIO時,特別加買了可以測試到40kHz的麥克風(非常的貴),因此可以很順利的量測到40kHz的頻率響應。以下是設計的步驟:

0:將喇叭的T/S參數輸入BassBox Pro軟體,設計箱體容積大小及導管尺寸。而T/S最好是以CLIO自行量測。
 
1根據上述的模擬結果打造一個木箱,裝上導管。
 
2裝入適量吸音棉,將高,低音喇叭焊上引線,然後裝上木箱,拉出引線以便測試。
 
 
3CLIO分別測試高低音的頻率響應及阻抗曲線。而麥克風的位置是對準高低音兩單體中心連線的中點位置,在距離50cm處以MLS來量測,以期儘量減少牆面反射對測量造成的影響。測量時喇叭需要架高,最好置於房間的正中間,如果沒有無響室,壁面及地板也要貼上吸音材。
 
4將這些參數輸出成txt file。並且將這些檔案輸入Fine XoverBass Box Pro
 
5開始規劃分音器:設定階數,反覆模擬<一>修改的來回過程。
 
模擬時可以從高音/低音為1/1(1st order/1st order)1/2一直試到4/4階。基本上超過4階的分音器太過於複雜,可能不是個合理的設計。
 
6根據模擬的結果繞製電感,由於電感很難有現成品,只有訂做或自行繞製。電感繞製時的線徑不同會造成不同的直流內阻,因此需要量測實際的DC阻抗再加回軟體之中進行微調。當然,帶鐡芯和空心的電感在特性上也有所不同,原則上低音單元採用鐵芯電感而高音單元則儘可能採用空心電感。
 
7把分音器組合起來,測試<一>微調來回修改。需要準備不同的電感電容及電阻,串串並並的不斷測試,甚至比較23種不同型式的網路累人的工作!
 
8確定分音器數據後,組裝二個完整的喇叭,開始試聽<一>微調,來回修改更累人的工作!
 
9修改導管的長度,一次改1公分,來回試聽,以取得最佳導管長度最累人的工作!
這時候最好打造23對的喇叭,然後裝上不同長度的導管,才能同時試聽比對。

坦白說,設計喇叭真是冗長而且無限累人的過程!因此也奉勸各位,不要隨便買喇叭,沒有經過好好設計的系統,並不能給您正確的聲音。
 
分音器的線路圖如下圖:



2/2階的網路,這樣的網路,在分頻點的相位,高低音相差180度,因此高音的相位必須要反接,否則在分頻點附近會形成一個大凹陷。

本喇叭的分頻點大約在2.5kHz,這是反覆電腦模擬所定下的,在這個分頻點時,測試曲線有相當平直的on axis response,並不是隨個人高興胡亂挑選的頻率。要知道喇叭的頻率響應並非教課書上那麼平直,分頻點隨便挑都可以!

整個分音器的設計刻意的壓抑了中高頻,因此相對的增加了低頻(300Hz以下)的量感,(其實3/5a也是如此)。在這麼小的音箱下要再生相當程度的低頻,會讓人有一聽就"哇"的驚異!

在高音部分的2L-pad電阻是用來衰減高音喇叭的能量,如果覺得高頻能量不足或是太強,也可以自行稍微修改這兩個電阻。但必須要了解的是每個人對於"高頻"的定義有所不同!如果您是覺得人聲的"女高音"不足,那麼這個頻率通常在1kHz以下(因為就算唱到高音的"La"也才880Hz),如果是這樣,那麼不妨把那個2mH的鐵蕊大電感改成1.8mH(可以將原來的電感拆掉5圈左右)如此一來可以增加人聲的亮度,修改這個電感會在300Hz2KHz増加0.8dB,因此整體靈敏度規格上會高一點,但切莫小看這0.8dB,因為這個頻帶是人耳最敏感的範圍。當然相對的,低音的振撼感也會少了一些

但如果您是在乎樂器的高頻,如小提琴,那麼頻率就會在2kHz以上,調整那兩隻L-pad電阻就會大幅改變小提琴的表現。可以把那隻10歐姆/10W的電阻改成8歐姆/10W,或者,您覺得拆電阻很麻煩,可以直接並聯一枚47 OHM/10W的電阻也行。(並聯後的等效阻抗約為8.2歐姆,在3kHz以上的高頻會提高0.51dB)

相反地,如果覺得高頻太多,也可以試試修改那支
15歐姆/5W的電阻:並聯一支68歐姆/5W的電阻即可對3kHz以上的頻率衰減0.51dB(頻率愈高影響愈大)。其實,打開LS3/5a音箱,其分音器也提供高音喇叭好幾組不同的衰減率。

不過由於原本我提供的網路其實頻率曲線已經相當平直,因此並不建議大幅度的修改分音網路。

另外提供了一組不同感覺的分音器如下圖:



這是一個3/3(3rd/3rd)的分音器,提供更高的分頻點外的衰減率。必須注意用這樣的分音器其高低音相位要改成相同相位的接法。有興趣您不妨試一試,聽感不同。

當然,換用更好的的電感(如銅箔電感),名牌電容(MundorfSolen),無感電阻(non inductive resistor),換更好的機內配線(無氧銅,鍍銀線),當然是多芯絞線。都有機會改變聲音!至於是不是更好,那是見人見智的問題。就像是有人覺得含鉛的焊錫聲音比較好,鍍銀線也不見得比得上無氧銅線⋯!本套件採用的Bennic電容是我覺得品質很好的電容,聲音很中性,其XPP的聲音和品質都非常好,小量採購的價錢甚至比MundrofM-CAP還貴。
 
整個PS-1的設計儘可能提供一個平直的頻率響應,以期正確的表達音樂的內涵。您真的不該隨便買喇叭,那會扭曲了您的聽覺。我相信PS-1會帶給您相當驚艶的感覺!以這樣小的箱體而發出如此驚人的定位及低頻,很多來聽過的朋友都感到不可思議!閉上雙眼,會以為是大好幾倍的喇叭所發出的聲音!雖然,原本的用意是希望小巧能夠置於已經非常擁擠的桌面上,但是其實如果能儘可能拉開擺位,卻也能展現不可思議的寬闊音場!算是非常有彈性的小喇叭。




小口徑單體有反應速度快,暫態反應好,而且因為單體小在理論上更接近點音源,可以有更精準的定位感,不論在小房間,或是書房臥室的小系統,搭配30W60W的晶體機或是小功率質優的管機都有很好的表現。