【HiFi拾遺】音響界三大古董——號角喇叭

音響界有三大古董：膽機、LP和號角喇叭。這些古董之所以可以存活至今，真正的原因並不在於它們的珍藏價值或人們的念舊情結，而是因為仍然有人始終地用新技術、新材料、新理念在改造它們，使它們的生命周期得以延長。

大概在100多年前，Emil Berliner創造了機械留聲機。唱針滑過唱片溝槽所產生的機械振動非常強勁，無法聽到，當時又沒有電子放大器，所以用一個號角把振膜的振動放大，使人耳可以聞聲，這就是最早的號角喇叭。爾後，一些號角喇叭的先驅者如Gustavus、Webster、Klipsch和Voigt消費了數十年的時間探究號角技術的基本法則。1926年，Paul Voigt初次向英國專利局提交了tractrix號角的專利請求。

爾後就開始了號角喇叭的黃金時代。那時的電子管功放輸出功率很小，必須應用高效率的喇叭與之配合，於是號角喇叭成為一時之盛。知名的經典產品有Altec Lansing設計的The Voice of the Theatre、Paul Klipsch的Klipschorn、Jensen公司的Imperial Hyphex Horns、Paul Voigt的Voigt Domestic Corner Horn以及英國Lowther公司的Acousta和Audiovector等。

1925年，Kellog和Rice創造了動圈式喇叭，當時把這種喇叭稱為「沒有號角的喇叭「，但在相當長的一段時間裡，號角喇叭仍然居於優勢位置。直到1947年，貝爾實驗室的Bardeen、Brattain和Shockley創造了電晶體。因為電晶體可以獲得更大的輸出功率，高效率的喇叭已經不再是不可缺乏的必要條件，隨著電子管的衰敗，號角喇叭也日益衰敗了。但即便在今日，仍然有一部分人覺得：高效率並不是號角喇叭的惟一優點，它具備一些其它揚聲體系不具備的奇特優點，仍然有存在的理由，並保持始終地推出新產品。

號角式揚聲器所使用的是最基本的物理概念，它的工作原理正好與我們的耳朵相反。外耳道的直徑是從外向裡逐步減少的，聲壓也會隨之逐步增長。這種構造可以協助我們聽到更輕微的聲音。耳聾助聽器創造之前，聽力不佳的人曾經把一個號角放在耳朵上以放大聲音，這就是最原始的助聽器。基於同樣原理，用兩隻手掌放在耳朵旁邊，也可以提高聽力。

穴居的原始人就已經領會：用手圍成一圈放在嘴上，聲音可以傳得更遠。古希臘和古羅馬人對此有了更深刻的了解，他們的半圓形劇場實際上就是一個宏大的號角：舞臺相當於號角的喉部，演員相當于振膜。在這樣的劇場裡，即便坐在劇場的最後一排（與舞臺相距113米），也可以清楚地聽到演員的輕聲細語。在中國，天壇的寰丘和回音壁也利用了同樣的原理，製造出巧妙雄偉的聲音效果。

號角喇叭的聲音是由安裝在號角喉部的振膜產生的。振膜在工作時需要戰勝因號角外形而增高的空氣壓力，所以在相同功率的驅動下，安裝在號角上的振膜的振幅會比安裝在音箱裡時小，減小的水平取決於號角的尺寸和外形。由此，我們可以推導出這樣一個命題：振膜的振幅減小得越多，聲音的強度就越高。

這個命題好像是矛盾的，因為我們通常覺得振幅越大，聲音就越大。但這是一種誤會。利用能量守恆定理可以解釋這個問題：施加在喇叭單元上的電能將等於輻射的聲波所攜帶的能量與因摩擦而造成的能量損失（會轉換成熱量）之和。運動部件的行程變短時，這些部件與空氣摩擦而造成的能量損失會降低，更多的能量將被轉換成有效的聲能，或許說，號角所產生的機械阻力會提高電－聲轉換的效率。對於高效的能量轉化機構來說，高的機械阻力是必不可少的條件。這就好像是一個賽跑運發起，把他衣著平底的皮鞋在光滑的跑道上時的狀況和衣著釘鞋在正式跑道上的狀況相比，後者的能量轉換效率顯然更高。

除了能提高效率之外，行程變短的另一個益處是使瞬態響應得到改良。與安裝在音箱中的喇叭相比，號角喇叭的行程會減小到無號角時的1÷10，運動速度則將因之而增長10倍。假如要在相同的時間內從靜止狀況啟動而達到這一速度，加速度也必須增長10倍，其成果是所吸收的能量將增長100倍。

因此，號角喇叭具備非常疾速的瞬態響應，它所驅動的空氣幾乎沒有慣性，這種疾速啟動和剎車能力是非號角喇叭無法實現的。當驅動信號過去之後，振膜會極端敏捷地復原中立位置，厭惡的剩餘振蕩可以得到有效的抑制。因此，號角喇叭的解析力特別好，音樂細節特別豐盛。

指數號角與球形號角

號角的外形有許多種，過去主要有指數形、拋物線形、雙曲線形等，其中最廣泛的是指數號角。這種號角早在上世紀20年代就出現了，爾後曾長期佔領主導位置。

球形號角外觀上看，當頻率響應範疇相同時，球形號角的開口比較大，長度比較短。指數號角的開口約為90°，球形號角則擴大到180°。。

號角喇叭的主觀聽感

號角喇叭的聲音特徵是動態宏大，聲場定位正確。另外，號角喇叭受房間的影響比較小。這是因為它的輻射角度比較小，在特定角度之外的區域中，聲壓將急劇下降，這就大大減少了房間的反射聲。在房間裡傾聽球形號角時，我們聽到的聲音中大概85％是直達聲，只要15％的反射聲。因此，號角喇叭對擺位及房間的要求比較寬鬆，在不同的房間裡，無論是大房間還是小房間，聲音差別不會很大。而且，它不會像輻射角度很大的普通音箱那樣有大批反射聲迭加在原始錄音上，從而使聲像模糊不清。號角音箱的聲場清楚正確，可以保持原始錄音的空間感和現場感。可以覺得出每件樂器的位置。

此外，正如前面已經說過的：號角喇叭具備很強的解析力。它就像一個放大鏡，會把體系中的所有優點和缺點都暴顯露來而不會加以掩蓋和美化。所以，要用號角喇叭獲得好聲音，也不是一件容易的事。

為何低音號角難度高

為什麼低音很少採用驅動器加上號角的設計呢？前面說過，擁有強力磁鐵的低音驅動器難尋，再者，低音號角的長度與開口都非常大，假如然要遵照實際製造低音號角，其體積不是一般家庭所可以包容者的。舉例來說，號角的長度至少也要有最低截止頻率波長的四分之一，假若要讓低音號角再生30Hz，30Hz的波長大概為11。3公尺，四分之一波長大概為2。8公尺。假若您要使用二分之一波長來設計號角長度，想要再生30Hz的低頻更需要長達5。6公尺的號角，您想想看，誰家可以包容那麼長的號角？

號角長度是一個問題，號角的開口大小則是另外一個問題，號角的開口大小可以用公式來計算：其中Afm是號角開口面積，單位是平方米，C是音速，每秒大概340公尺，F0是最低截止頻率。按照公式計算，30Hz的最低截止頻率需要大概10。2平方米的號角開口面積，這是多大的號角啊！就算退一步說，我們只需求最低頻率為50Hz，那也大概要3。8平方米的開口面積。

因為低音號角的長度與開口面積對於一般家庭應用而言都是不實際的，所以就產生了許多「代替性方桉」，例如Lowther的背載摺疊號角，Klipschhorn的牆角號角，以及採用傳統動圈錐盆單體做驅動器的低音號角（這已經不是真正的號角，因為此處的號角只不過具備導波Waveguide作用而已。），甚至有些號角喇叭採用分離的錐盆主動式低音（如Avantgarde）。

號角的品種

前面說過，一般常見的扁號角通稱為指數型（Exponential）號角。其實，號角按照從喉部到開口的由窄漸寬的擴大曲線設計，可以分為指數型、雙曲線型（Hyperbolic）、指數÷雙曲線溷合型（Exponential÷Hyperbolic）以及曳物線（Tractrix）等四種，其中開口曲線最大的是曳物線號角。終究設計號角喇叭時要採用哪種扁號角？這就看各家設計師的功力與訴求了。

與扁號角相同的是，圓號角也有不同的擴大曲線，造成不同角度的向外開口。也就是因為這樣，幾乎每家圓號角製造工廠皆聲稱擁有世界專利，但它們之間卻仍能保持「互不侵犯」的狀況，因為只需把擴大曲線更改一點角度，就可以避免侵權了。事實上，要請求圓號角的專利幾乎是不可能的，因為早在音響用的圓號角出現之前，樂器裡早已存在許多「圓號角」。假如專利局要發給專利權，也應當發給創造小號與法國號的那個人。

號角喇叭的優點

號角喇叭的優點在哪裡？我們都知道號角喇叭的效率很高，其實效率高並不是號角喇叭的優點，許多錐盆喇叭的效率也達九十幾dB啊。號角喇叭的優點是因為只需振膜往復運動一點點間隔，就可以推動很大的空氣能量，因為振膜往復運動的間隔很短，失真率就低很多。而錐盆式喇叭想要推動很大的空氣能量，就必須做激烈大幅度的往復運動。當錐盆在做激烈大幅度的往復運動時，失真往往非常高。換句話說，表面上看號角喇叭的優點是效率高，其實真正的優點是失真非常低。

1980年代以後，市面上開始出現圓形號角（Spherical Horn），這些圓號角的喉部比指數型扁號角更短，但開口曲線更大，而且開口是圓形。圓號角有什麼益處呢？根據德國AvantGarde所宣布的白皮書，他們實驗證實圓號角的聲波分散角度遠比扁號角大，而且扁號角在低端截止頻率鄰近區域會有鋒值出現，圓號角卻仍然可以保持平坦的頻率響應曲線。

既然號角喇叭有失真極低的優點，為何目前的主流喇叭仍然是動圈錐盆喇叭呢？最主要的原因是動圈錐盆單體廉價好用，製造成本低。而號角喇叭製造難度高，數量也少，售價通常居高不下，自然難以普及。再者，號角喇叭的體積通常都要比動圈錐盆喇叭還大，這也是號角喇叭不利之處。第三個原因是：號角喇叭的低頻段延長能力通常不如動圈錐盆喇叭，而製造不良的低音號角又尖利生硬，以至於號角喇叭的美聲形象不易建立。

其實，只需可以擁有真正優質的號角喇叭，再配上恰當的擴大機，號角喇叭所表示出來的高度傳真、直接、活生、寬廣、細節特徵真會令人終生難忘。