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喇 叭 的 抉 擇 ... 大 小 ... 低 頻


我們知道...

管風琴的最低頻 : < 20 Hz (依管子的大小而定)。

鋼琴的最低頻 : 28 Hz。

低音大提琴、豎琴、土巴號、倍低音管的最低頻 : 約 30 - 40 Hz。

而電子合成,或錄音室調整出來的音效,則可以比 20 Hz 更低 (人耳雖聽不到,但感覺得到振動)。

所以,喜歡大型管弦樂、電子音樂、電影配樂,或興趣廣泛的愛樂者,超低頻 (20 - 40 Hz) 的確是有其必要。

但是,買大喇叭,或超低音之前,請先問你自己一個問題... 我的空間容納得了多低的低頻 ?!

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空間與低頻的問題,有三種說法 (而且仍在爭議中)...

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波長論

依照物理學不變的定律... 波的行進速度 (V) = 波長 (L) x 波的頻率 (F)

因為,聲波傳遞的速度 (即音速) 約每秒 340 公尺,

(音速 = 331 + 0.6T,在溫度 15 ℃ 時,即為每秒 340 m/s)

若頻率為 20 Hz,則其波長為 340 / 20 = 17 公尺。

這也就是說... 頻率越低,波長越長。

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若依 "波長論"...

就算你的喇叭能發出 20 Hz 的頻率,也要有 17 公尺長的空間來容納一整個聲波,否則也是白搭。

所以,以一般房間的長度,約 5 - 8 公尺,大約只能容納 40 - 60 Hz 的低頻 。

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範例 : 喇叭的大小,與低頻,及適用場合的關係

Harbeth 的機種,規格分得很明確,很適合來當 "波長論 (或半波長論)" 的範例...

Monitor 20 : 最低頻率 75 Hz... 適合約 4.5 (或 2.3) 公尺 (長) 的房間。

Monitor 30 : 最低頻率 50 Hz... 適合約 6.8 (或 3.4) 公尺 (長) 的房間。

Monitor 40 : 最低頻率 35 Hz... 適合約 9.7 (或 4.9) 公尺 (長) 的房間。

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範例 : 古董喇叭的最低頻率

在 60、70 年代 (還不流行 "半波長理論" 時),

家用喇叭都認為只要有 40、50 Hz 就很夠用了,像是...

Acoustic Research : AR-3a,約 39 Hz。

Advent : Loudspeaker (Old),約 35 Hz。

JBL : 4310,約 40 Hz。

Rogers : LS5/8,約 40 Hz。

Tannoy : Cheviot,約 40 Hz。

既然不需要多大的單體、音箱,喇叭的尺寸當然也就不大。

(那時擁有極低頻的大喇叭,都是給劇院用的)

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疑問 : 一個不完整波長的聲波,就不存在嗎 ?! 人耳就聽不到嗎 ?!

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半波長論

到了 80 年代,開始另有一種說法... 人只要接收到某頻率的 "半波長",就可以感受到這個頻率了。

要感受到 20 Hz,只需有半波長 8.5 公尺的空間。

於是,家用喇叭開始追求 "極低頻",大家都想要越 "低" 越好。

1980 年推出的 B&W Matrix 801 可算分水嶺,其最低頻率就可達 20 Hz。

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這種 "半波長理論",

本來是用在 "空間聲學" 上,以避免房間有駐波產生,擾亂喇叭發出的聲波。

● 參考 如何幫助聲波擴散

但其實,源頭是來自樂器的發聲原理... 產生駐波 > 振動空氣發聲 > 利用共鳴箱擴大。

只不過... 不同的樂器,其駐波所能產生的最長波長 (最低頻率,即 "基頻 Fundamental Frequency"),原理各不相同...

閉管樂器 (單簧管...) : 參考如下 (1 / 4 波長理論)。

開管樂器 (長笛、雙簧管、薩克斯管...) : 參考如下 (1 / 2 波長理論)。

弦樂器 (小提琴、大提琴、吉他、鋼琴...) : 基本上為 1 / 2 波長理論,但尚須視弦所受張力、弦的密度而定 (太複雜,在此不予說明)。

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範例 : 管樂器的最低頻率

在 15 ℃ 的空氣中,若將一長度為 1 m 的空管的一端封閉,對其另一開口端吹氣,則最低頻率 (基頻) 為...

F1 = V / 4L = 340 / 4 x 1 = 85 Hz

若將另一端的管口打開,則最低頻率 (基頻) 為...

F1 = V / 2L = 340 / 2 x 1 = 170 Hz

...

因此...

雖然單簧管 Clarinet、雙簧管 Oboe 的長度,大約都是 61 公分,

但單簧管 (閉管) 最低頻為 146 Hz,會比雙簧管 (開管) 的 220 Hz 來得低。

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疑問 : 我們知道背負載號角、傳輸線式喇叭,是比照 "閉管" 樂器 (1 / 4 波長理論) 來設計號角 (管道),以獲得想要的低頻。

但音響空間的狀況,和 "開管" 樂器 (1 / 2 波長理論) 一樣嗎 ?! 可以類推適用嗎 ?!

而且,據說 "半波長理論" 必須在一個密閉的空間中才能成立,那到底算 "開管",還是 "閉管" ?!


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疑問 : 我們通常把喇叭擺在 "短邊",是為了把 "長邊" 留出來容納 "極低頻" 的波長 (或半波長)。

不過,也有人擺在 "長邊",也能得到很好的效果。

● 參考 喇叭擺位

如果擺 "長邊" 也能得到相同的 '極低頻",那麼... 這種 "半波長理論" 顯然有問題 ?!


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無關論

不論是波長論,或半波長論,以上這種 "小房間無法再生超低頻" 的理論,存有一些盲點...

耳機、汽車音響的聆聽距離不是更短,.

那豈不是幾千、幾百 Hz 以下的音樂都不見了嗎 ?!

但事實顯然不是如此。

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因此,有人認為... 聽不聽得到低頻,和空間大小無關。

聲波就算沒有完整的波長或半波長 (因空間不足以容納超低頻的波長或半波長),

人的耳朵還是聽得到,知道那是什麼頻率。

只要喇叭能發出什麼頻率,人耳就能聽得到 (在 20 - 20k Hz 範圍內)。

也就是說...

你買喇叭時,根本不必擔心你的空間是不是能容納得了 "極低頻" 的波長或半個波長,

盡量放心去買。

(該擔心的是... 駐波、反射、共振、音場... 的問題)

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疑問 : 在大小不同的房間中,所聽到的低頻有所不同,這是因頻率確實不同 ?! 還是其他因素影響聽感 ?!

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總之,此事仍處於極大的爭議中,尚且難以論斷。

"聽覺刺激" 是非常複雜的物理學 + 化學 + 生物學的過程...

物體的振動 > 經由介質,輻射出聲波 > 傳遞到耳中 > 刺激神經,才有所謂的 "聽覺"。

然而,是什麼東西刺激神經呢 ?!

一般而言,聽覺刺激,有三個向度 :

音調 Pitch : 頻率越高,音調越高。

音量 Loudness : 振福越大,音量 (響度) 越大。

音色 Timbre : 波形 (正弦波) 越平順 ,音色越圓潤。

那麼,"波長 Wavelength" 呢 ?! 它在在聽覺刺激中佔有什麼角色 ?!

頻率 frequency : 波長越長,頻率越低。

然而...

一整個波 (波長) vs. 半個波 (半波長),在聽感上會不會不一樣 ?!

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在水落石出之前,我們不妨這樣來說...

如果要容納 "最完整" 的 20 Hz 超低頻,最好要有 17 公尺的空間。

然而,比這更短的距離,例如一半 8.5 公尺,或者更短,不表示 20 Hz 就不存在,或者聽不到。

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好吧,就算空間再小,超低頻 (20 - 40 Hz) 都可以存在,

那我們可以放心買大喇叭,或超低音了嗎 ?!

其實,你擔心的不是低頻有多低,而是...

低頻若強過高頻 (或反之),

(即非... 常態分布 normal distribution)

會讓音色失衡,顯得太暖、太渾厚 (或太亮、太尖銳),並不好聽,也不耐久聽。

而且,"過量" 的低頻,會瀰漫在整個空間中,很容易掩蓋其他頻率的細節,只聽得模糊一片,

到時,反而還得想辦法吸收過量的低頻,何苦來哉 ?!

所以,在一般情況下,喇叭頻寬能有 40 - 20k Hz 就很夠用了。

(但基於個人的喜好,或真有需要,需要更低的低頻,則另當別論)

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Sound Stage 的主編 Jeff Fritz 說....

他以前總是在追求最大、最貴的喇叭,

包括 : Wilson Audio Alexandria X-2、Rockport Arrakis、Magico Q7,都曾進駐他家。

...

但如今,他觀念改變了...

其實,大型旗艦喇叭贏過別人的,只在 < 40 Hz 的極低頻,

其他,並沒有贏。

然而,< 40 Hz 的極低頻,卻不是聽音樂的主要部分,

換句話說,這些龐然大物總是英雄無用武之地,

卻多花了很多、很多錢。

除非你家真的很大、很大,需要極大的音量,

否則,實在沒必要。

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範例 : 喇叭的抉擇

以 ATC 來說...

SCM100 : 32 - 22k Hz (17,600 美元)

SCM50 : 38 - 22k Hz (15,600 美元)

你要選哪個 ?!

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大部分人一定都會覺得... 若別人買了 SCM100,但自己只買 SCM50,

那不是表示自己的系統低人一等嗎 ?!

既然要買,而且價差又不大,當然就買大的。

...

其實,正好相反...

因為若以頻寬分佈來看,SCM50 反而優於 SCM100,

也就是音色會比較平衡、好聽 (除非你個人嗜食低頻),

而且也不會有過多、無處消化、四處作亂的超低頻。

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B&W 也是如此...

800 D3 : 17 - 28k Hz (30,000 美元)

802 D3 : 17 - 28k Hz (22,000 美元)

803 D3 : 19 - 28k Hz (17,000 美元)

對一般大小的房間而言,802 D3,甚至 803 D3,就綽綽有餘,

(更何況它們的低頻已經超水準了,並無任何不足)

根本不必買到 800 D3。

...

買喇叭不能只看表面,

越大、越貴,規格越好的,可不一定就好。

懂得細節,不只可以證明你的音響知識比別人更深厚 (尤其是如果你的空間不是很大的話),

也讓你的系統更容易得到好聲。

...

當然,也不是說小房間就一定不能買大喇叭,只是你要多花很多心思去處理 "低頻" 的問題。

(就像許多日本音響迷一樣)

而且你必須先有所認知... 小房間中的超低頻,確實較難以發揮到極致。