喇叭線的主要組成部份是哪些?每一部份的功用為何?
典型喇叭線組成包括「兩股銅蕊導(dǎo)體」、各自被「絕緣物質(zhì)」包覆、互相絞繞在「填充物」中、最后在外面穿上「被覆」層。
導(dǎo)體應(yīng)該要多大?
導(dǎo)體大小與三個要素有關(guān):(1)負(fù)載阻抗(load impedance);(2)所需 cable 長度;(3)能忍受的功率耗損(amount of power loss)。每一項(xiàng)都與電壓(volts)、電阻(ohms)、電流(amperes)和功率(watts)之間的關(guān)系有關(guān)。這些關(guān)系被稱做「奧姆定律」(Ohm’s Law)。
喇叭線的工作在將大量的電流從擴(kuò)大機(jī)輸出搬到喇叭系統(tǒng),電流量以 amperes 來度量表示。與樂器(instrument)cable 和 microphone cables 不同的是,它們只承載很小的電流量,約幾 milliampere(千分之一 ampere) 而已,要驅(qū)動喇叭所需電流就大的多了。例如,一個 8-ohm 的喇叭,以 100-watt 擴(kuò)大機(jī)驅(qū)動,會拉走約 3-1/2 ampere 的電流。相對地,600-ohm 輸入以 line-level 輸出驅(qū)動,只會被拉走約 2 milliampere 的電流。擴(kuò)大機(jī)的輸出電壓,除以負(fù)載阻抗(ohms),決定了多少電流被負(fù)載 “拉走” (pulled)。
電阻限制電流流動,降低電阻會增加電流量。假如擴(kuò)大機(jī)的輸出電壓恒定,遞送到 8-ohm 喇叭的電流,會是送到 16-ohm 的兩倍;送到 4-ohm 的電流則會是 16-ohm 的四倍。負(fù)載阻抗減半,負(fù)載電流加倍。例如,兩個 8-ohm 喇叭并聯(lián),會較一個時拉走兩倍電流,因?yàn)椴⒙?lián)使負(fù)載阻抗變成 4-ohm(一半)。
(為了簡單,這里我們將「電阻」與「阻抗」的名詞交互應(yīng)用。實(shí)務(wù)上,一個名義上阻抗 8-ohm 的喇叭,可能會有一個音圈直流電阻(voice coil DC resistance) 約5 ohm,和一個交流阻抗曲線(AC impedance curve),從 5 ~ 100 ohm,隨喇叭的頻率、構(gòu)成型態(tài)、環(huán)境的聲音負(fù)荷而變。)
電流對喇叭線導(dǎo)體的要求有什么影響?
記住一個簡單的事實(shí):「Current needs copper,volatge needs insulation」。打個比方,如果電子是水,電壓就像系統(tǒng)里的「壓力」,而電流就像水的流量。即使水龍頭是關(guān)著的,里面的水沒有流動,它還是存在著一個壓力。同樣的,不管有沒有電流,電壓始終是存在著的。電流是電子在不同電位的兩個點(diǎn)間移動形成,所以越多電子需要移動,就需要越大的導(dǎo)體(電子水管)。在 AWG 系統(tǒng)中,每遞減 3 個號數(shù),導(dǎo)體截面積加 1 倍;13 AWG 導(dǎo)體的銅是 16 AWG 的兩倍,而 10 AWG 的銅量是 13 AWG 的兩倍,依此類推 …
但是功率擴(kuò)大機(jī)的輸出是以 watts 度量,電流跟它有什么關(guān)系?
奧姆定律說電流(ampere)x 電壓(voltage)= 功率(watt),所以如果電壓不變,功率直接與電流成正比,電流大小由負(fù)載阻抗決定。(這就是為么當(dāng)負(fù)載阻抗由 8-ohm 降到 4-ohm 時,功率擴(kuò)大機(jī)要送出約兩倍的額定輸出。)簡單說,4-ohm 負(fù)載導(dǎo)體需用的銅,是 8-ohm 負(fù)載所用的兩倍,假設(shè)到喇叭的距離相同。2-ohm 負(fù)載所需銅量就是 8-ohm 負(fù)載的四倍了。解釋這一點(diǎn),就引出下一個常被問到的問題:
在對性能表現(xiàn)產(chǎn)生影響之前,喇叭線可以有多長?
丑陋的事實(shí)是:任何長度都會減低喇叭線的性能與效率。就像樂器 cable 里的并聯(lián)電容,mic cable 中的串連電感效應(yīng)一樣,喇叭線連接,多少會降低信號質(zhì)量,而喇叭線越長,情況就越差。最明顯的負(fù)面效果,就是擴(kuò)大機(jī)功率的浪費(fèi)損耗。
Cable 如何浪費(fèi)功率呢?
銅(copper)是一個非常好的導(dǎo)體,但并非完美。它還是有一些電阻,主要來自于截面積(以及雜質(zhì)和溫度)。此種導(dǎo)線電阻被擴(kuò)大機(jī)輸出「看」作是負(fù)載的一部分;假如 cable 有 1 ohm 電阻,連接到一個 8-ohm 喇叭,從擴(kuò)大機(jī)看會當(dāng)作是一個 9-ohm 的負(fù)載在那里。因?yàn)樵黾迂?fù)載阻抗會降低電流、減少功率傳遞,只要增加一點(diǎn) cable 的串連電阻到負(fù)載,我們就會損耗一些擴(kuò)大機(jī)輸出的功率了。此外,既然 cable 被當(dāng)作負(fù)載一部分,傳送到負(fù)載的功率,有一部分會被 cable 以「熱」的型態(tài)消耗掉。(這也是電熱器的工作原理。)
奧姆定律讓我們能夠從橫跨「已知阻抗」兩端的「已知電壓」,計(jì)算出其中電流;也可以在「已知電流」的情況,告訴我們負(fù)載兩端(或一部分)的壓降。這可以很方便地用全部功率的百分比來表示。
如何可以讓功率損耗減至最低?
有三個方法可以讓喇叭接線功耗減少:
首先,Cable 接線電阻最小化。用大一點(diǎn)的導(dǎo)體、避免不必要的接頭、確認(rèn)機(jī)械連接干凈牢靠,以及焊點(diǎn)滑順明亮。
第二,接線長度極小化。Cable 電阻與長度成正比,所以 cable 越短,電阻越小,功率傳送越多,擴(kuò)大機(jī)放置實(shí)質(zhì)上要盡可能靠近喇叭。(情況好的話,與 line out 連接的信號損失有機(jī)會降至可忽略的地步。)20 呎 距離,別用 50 呎 cable 來連接!
第三,負(fù)載阻抗極大化。當(dāng)負(fù)載阻抗增加時,它占有全部阻抗很大的比例,能相對地同比例降低接線電阻所占的百分比。避免雛菊花環(huán)式的喇叭連接,因?yàn)椴⒙?lián)方式會降低總負(fù)載阻抗,功耗百分比將大幅提升。理想狀況是每個喇叭一對線,從擴(kuò)大機(jī)分別連接起來。
喇叭線長,真的會降低擴(kuò)大機(jī)的性能嗎?
喇叭接線引起的電阻 / 阻抗,對擴(kuò)大機(jī)的阻尼系數(shù)(damping factor)有很明確的影響。阻尼(damping),擴(kuò)大機(jī)控制喇叭動作的能力,在具沖擊性低頻節(jié)目演出的器材如:腳踩大鼓、bass 吉他和定音鼓等,特別明顯。干凈、「結(jié)實(shí)」的 bass,是好阻尼呈現(xiàn)的參考指標(biāo)。模糊不清、軟趴趴的 bass 是阻尼不好的結(jié)果:喇叭原本被設(shè)定該有的動作,但是擴(kuò)大機(jī)無法實(shí)時讓它停止,精確跟著波形運(yùn)動。最終,阻尼不好將引致振蕩,摧毀喇叭。
「阻尼系數(shù)」(damping factor)是喇叭阻抗除以擴(kuò)大機(jī)輸出阻抗的一個商數(shù)。超低輸出阻抗例如約 40 miniohm 左右,在現(xiàn)在的直接耦合晶體擴(kuò)大機(jī)中常見,所以 8-ohm 負(fù)載的阻尼系數(shù)通常會標(biāo)示在 100 ~ 200 之間。不過,這些規(guī)格是在測試臺上,以一個無感假負(fù)載直接連接到輸出端取得的。在真實(shí)世界里,喇叭會將 cable 連接電阻視作輸出阻抗的一部分,擴(kuò)大機(jī)輸出阻抗因而增加。即使只考慮 cable 中的 DC 直流電阻,也會大大降低了阻尼系數(shù)。如果將 cable 上的 AC 阻抗也加進(jìn)去的話,阻尼 loss 就更大了。
雖然管機(jī)的阻尼系數(shù)通常遠(yuǎn)小于晶體機(jī),它們的聲音還是可以藉由使用較大(粗)的 cable 加以改善。在 DC power 控制的混音臺,阻尼也會影響表現(xiàn),將電源線縮短,在低頻的展現(xiàn)會有明顯的改進(jìn)效果。
還有其他 cable 問題會影響表現(xiàn)嗎?
雙胞胎精靈「串連電感」(series inductance)和「集膚效應(yīng)」(skin effect),也是喇叭線的影響因素。串連電感和所引起的「感抗」(inductive reactance)加上「直流電阻」(DC resistance),增加了 cable 的 AC 阻抗。電感可以看成是一個隨著頻率增加改變阻值的電阻,因此,電感有著低通濾波(low-pass filter)的特性,漸進(jìn)地(隨著頻率增加)把高頻衰減掉。圓形導(dǎo)體的電感,與它的直徑或大小沒有關(guān)系,與它的長度也沒有正比例的關(guān)聯(lián)。
「集膚效應(yīng)」是一種現(xiàn)象:圓形導(dǎo)體在高頻時,電流會比較集中在導(dǎo)體表面流動,幾乎像是變成一個中空的管子。這會使得導(dǎo)體高頻時表面電阻增加,也會帶來顯著的相位偏移(phase shift)。
兩個湊在一起,會形成多種動態(tài)、時間關(guān)聯(lián)的信號失真,這些很難用簡單的正弦波形來量化測量。當(dāng)復(fù)雜波形的和諧架構(gòu)被改變的時候,那種立即、臨場的感覺就會減少。人的耳 / 腦組合是難以置信地的敏感,能夠察覺出這種相位失真的效果,不過通常需要實(shí)時的AB test ,直接做比較才好辨識。
要怎么對付這些問題呢?
喇叭線奇奇怪怪的設(shè)計(jì)數(shù)量多到驚人。其中有同軸,加兩個絕緣的螺旋式遮蔽(spiral shield)好像當(dāng)導(dǎo)體使用;四芯導(dǎo)體,兩芯當(dāng)「正」,兩芯當(dāng)「負(fù)」;zip-cord 用特級的“rope-lay”導(dǎo)體與表層被覆;多導(dǎo)體,據(jù)說用大的導(dǎo)體給低頻、中的導(dǎo)體給中頻、細(xì)小導(dǎo)體給高頻;4 AWG 熔接 cable;用多個絕緣導(dǎo)體,編織成扁平 cable;以及許多其他的。這些大都是以使用多導(dǎo)體來對付電感問題,和把導(dǎo)體變小來對付集膚效應(yīng)。
許多秘傳 cable 非常貴,它們可能只比一般普通的絞線對 cable,提供好一點(diǎn)的表現(xiàn),特別是在嚴(yán)苛的監(jiān)聽?wèi)?yīng)用與高質(zhì)量的音樂系統(tǒng)里。大部分情況,這種線的成本和通常伴隨的組裝與結(jié)構(gòu)容易受損,嚴(yán)重限制了它們的實(shí)用性,特別在可攜式場合。簡單說,太貴、太硬難使用,基本上不是為耐操設(shè)計(jì)的。不過在聲音上,用開放心情去聽,是可以忍受的;其中差異可以是非常大的。
電容問題會影響喇叭線嗎?
喇叭電路極低的阻抗設(shè)計(jì),使 cable 電容在整體表現(xiàn)上,影響非常次要。在早期的晶體擴(kuò)大機(jī),高電容性的負(fù)載(如大型靜電喇叭系統(tǒng)),會造成輸出晶體管爆裂或其他問題。不過,熱、短路、高電感性負(fù)載、簡陋電源供應(yīng)設(shè)計(jì),也會造成同樣的狀況。
因此,絕緣介質(zhì)的使用,就不像高阻抗設(shè)計(jì)的樂器 cable 那樣嚴(yán)苛要求。喇叭 cable 最主要的絕緣考慮因素,大概是耐熱性(heat resistance),特別是因?yàn)槭芟抻诔S媒宇^的尺寸,例如普遍可以看到的 1/4 吋插頭,嚴(yán)重限制了 cable 的直徑大小。這需要絕緣被覆薄、但是堅(jiān)韌,能禁得起大量銅帶來的高溫,甚至到達(dá)焊接時的溫度。Polyethylene(聚乙烯)容易被融化,熱固型材料如橡膠(rubber,neoprene)貴又不可預(yù)測。考慮到壁厚,PVC 便宜又可以多種方法混合,加強(qiáng)收縮阻力與彈性,讓它在多數(shù)應(yīng)用上變成一個好的選擇。
為什么喇叭線不需要遮蔽?
事實(shí)上有一些情況下喇叭線是需要遮蔽的。某些區(qū)域有著極強(qiáng)的 radio frequency interference(RFI),喇叭線會變成天線,接收到不需要的信號,從輸出晶體管進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)喇叭線和 mic cable 需要長距離靠近的場合,例如 cue(片場信號)要被送進(jìn)錄音室,采用遮蔽喇叭接線是一個好主意,等于是一個保險,避免串音進(jìn)入麥克風(fēng)線。在絕大部分的場合,超低阻抗與喇叭信號的高電平輸出,使 local 的干擾影響不那么重要了。
為什么我不能用有遮蔽的樂器 cable 連接擴(kuò)大機(jī)與喇叭,假如接頭適合的話?
在走投無路的情況下,你可以這樣使用。不過,小的導(dǎo)體(通常20 awg 居多),對電流有很大的電阻,在極端的狀況下,會發(fā)熱、高溫甚至融化絕緣物質(zhì),使導(dǎo)體與遮蔽短路,或者融化變成斷路(open),這會摧毀一些真空管擴(kuò)大機(jī)。長距離的同軸 cable,會有很大的電容,可能足以搞亂擴(kuò)大機(jī)的保護(hù)電路,造成不合時宜的當(dāng)機(jī)。當(dāng)然還有因?yàn)?cable 的高阻抗,導(dǎo)致的功率損耗和阻尼下降。
本文譯自 Pro Co Sound 的 “Cable Anatomy:Understanding the speaker cable”
來自xuite