SPEAKER CABLES是科學還是仙丹??原著:Nelson Pass翻譯:張小官 |
| 當音響發展這麼多年後，發燒友在近幾年開始審視音響播放過程中的每一個環節，而漸漸的也將注意力轉移到原先毫不起眼的喇叭線上。面對發燒友的這些反應，許多公司也開始生產或是銷售新一代的線材，宣稱其喇叭線可以大大改善擴大機到喇叭之間的傳輸。這些身價不凡的線材主要是以低電阻值及低電感量為訴求，有不少用過這些線材的人不斷的歌頌其神效，不過同時卻也遭致另一派人士的質疑，有許多音響界的聞人持不同的意見，他們認為這些喇叭線對整個音響系統的改善跟本微不足道，甚至這些喇叭線因強調電感值降低所導致的電容值增加還可能影響到擴大機的穩定性，危害到安全。 關於上面兩派的見解我想也沒有任一方是完全正確的。新的線材並不是萬靈丹，亦不只是為了心理作用，器材中的任一部份必須搭配整體的的系統才會有突出的表現，所以為求得較客觀的結果，我將以不同的喇叭線做為樣本進行測試，再根據這些測試資料來做結論。 擴大機到喇叭之間的距離越近、喇叭線的長度越短越好，這一點相信大家都會認同的，如此可以減少傳輸時的損耗，降低失真，由於喇叭線本身存在等效的電感、電阻及電容，因此盡可能減短喇叭線的長度，我想不論用什麼樣的線材，這一點是最基本的，而且效果也明顯可見 (不過卻也有例外情形，在某些特殊的情況下，增加點電阻或是電感反倒能夠改善聲音)。無論是哪一款線材，喇叭線的長度絕對是左右聲音的最大因素，儘管不同的線材對聲音會有些許的影響，但比較過喇叭線長短的差異之後，你會發現喇叭線長度竟然會有這麼戲劇性的變化，從這個比較所得的結果建議你，不管你的擴大機與喇叭的距離是多遠，也要設法將喇叭線的長度縮短到四十呎以內。也因喇叭線的影響之鉅，有不少的廠家乾脆將擴大機放到喇叭箱內，藉此將喇叭線的長度縮短到最小，讓喇叭線的棘手的問題丟給前級去解決。而在一般商業的音響擴音工程系統則以不同的方式處理傳輸的損耗問題，商業擴音系統受制於場地及空間的因素，無法如願的將喇叭線長度減短，因而改採高壓傳輸，以減少傳輸過程中的損耗，就跟電力公司以高壓輸電的道理是一樣的。
圖一看到的是喇叭線電阻、電容、電感的等效電路。我們以一般的 18號電線為樣本，將每單位長度(在這裡以一呎為單位)的電阻、電感、電容值量測後以 R 、L、C表示在圖一中，其單位分別為Ω(歐姆)、H(亨利)、F(法拉第)。一般來說電阻、電感、電容這三者會兩兩互相影響，例如降低電感值會導致電容值的提高等等，這些伴隨變化的影響我們將在稍後討論。 新線材的開發中，研究人員主要將重點放在電阻與電感的改善上，這兩者會阻礙擴大機到喇叭間電子的運動，電阻所造成的阻礙不受頻率所影響，在任何頻率下所造成的損耗都是一樣的，而電感的則是隨著頻率的增加而增加阻礙的程度，損耗正比於頻率，電容的影響在這裡相較之下並不那麼重要，在音頻的範圍中喇叭線的電容還不致於對聲音造成危害，不過在後頭我們也會發現事情並不盡然那麼簡單，電容也有左右整個情勢的時機。 因此新式的線材大多強調的是低電阻或是低電感，以改善擴大機到喇叭間的傳輸。大致上我們可以將線材分為兩類：一是以多股、大線徑，低電阻為訴求的，另一類則是以多軸或是不同於傳統編織的方式以降低電感量為賣點，在進行測試時我們也將分為兩部份，首先我們進行的是 0-100KHz 低頻實驗，第二部份進行的是100KHz-40MHz 的高頻測試。事實上這兩類線材的表現並沒有很大的差異，只有在高頻的時候部份的喇叭線才表現出它的獨特性。在第一類大線徑的雙導向 (twin lead cable)喇叭線我選了五種不同的樣本，分別是普通18 號線與24 號線及三種專為音響設計的喇叭線，包括 Monster、Lucas cable 與 Fulto wire (金線)，其中 18號線是從附近的通信設備行買的，24 號線同樣也是在電器行整綑的線盤捲剪回來的。為了公平起見，這次測試所有的線材一律以10 呎作為測試的標準。Monster 線是由加州舊金山的 Audio Sales Associates 所負責行銷，線徑大約與11 1/2 號線的粗細一樣，看起來像是很粗的”電火線”，外表為透明塑膠被覆，兩頭是採用厚實的Y 型插柄做為與擴大機輸出端子連接用。Lucas cable 差不多像14 號線的粗細，外面是以綠色絲狀塑膠被覆，由加拿大 S.O.T.A Halifax 公司所經銷。 Fulton 的 ”金” 喇叭線可從 Fulton Musical Industries 購得，兩頭則以香焦插為接頭，Fulton 是這次測試樣本中線徑最粗的一款，看起來像是可以用來拉火車頭一樣，也因為這個緣故，其電阻也遠小於其它的喇叭線，Fulton 外形有點像 Monster 那樣，不過是棕色板的 Monster。 低電感部份的喇叭線我們選了四種樣本，都是號稱以特殊的結構使其效果凌駕於大線徑的喇叭線。 Polk sound 及 Audio Source 的超高解像線都是覆以彩色的外皮，都是使用了大量的隔離材料，導線以交錯的方式成有角度的編織，而非傳統的平行排列，如此大大降低的導線與導線之間的磁感應，可以降低喇叭線的電感量，不過付出的代價是電容量提高，正如我們一開始所說的。Audio Source高解像線則是 Audio Source 公司所研發另一型式的低電感喇叭線，是以八對絞線排列在扁平的絲狀外皮內。Mogami 則是另一種灰色外表的雙同心圓導線，內層的導線纏繞在塑膠軸心上。”Smog Lifters” 則是另一款的低電感線材，是由 Disc Washer 負責行銷，結構與 Audio Source 的高解像線相似。圖二所列為各樣本的相關測試數據資料，包括電阻、電感及電容值。
串連阻抗測試我以圖三所示的裝置測試10呎長的各款樣本，以高內阻的電壓源去驅動喇叭線，並量測喇叭線端的壓降，來計算串聯阻抗，頻率從直流的0 Hz 到100KHz 所量到的電壓與0.1Ω 無感電阻比較以計算出阻抗中的電阻與電感成份，對於第一類的喇叭線 ，電感與集膚效應(skin effect ) 在頻率超過 1KHz 之後漸漸的明顯，除了電阻的損耗，電感所造成的功率耗損在頻率升高時也相對的增加。有趣的是傳統雙導向喇叭線的電感值幾乎是相同，差不多都是2 uH/10ft，頻率在音頻之上時，特性是一樣的，在20KHz 以下則是由電阻的成份來左右喇叭線的特性。在這些樣本中以24號線徑最小、線最輕，也難怪阻抗最大，相對的 Fulton 阻抗最小。
另一類以低電感為訴求的喇叭線則在100KHz 時展露低阻抗的特性，其中以 Mogami 拜低電阻之賜，總阻抗最小，不過這一類的線強調的是低電感，而不是電阻的大小，串聯阻抗的大小與線的長短為線性關係，所以1呎長度喇叭線的阻抗是10呎的1/10，同理100呎長的阻抗是10呎的十倍。 低頻測試雖然目前已有相當多低頻的研究與相當多的文章討論過喇叭線在低頻的特性，但我想我還是簡短的介紹一下低頻時的效應，這對許多讀者在面對頻率響應與阻尼問題時或許會有所幫助。與喇叭的表現所相關的除了喇叭的阻抗外，擴大機本身的輸出阻抗也是相當重要的一個環節，牽涉的還有喇叭線的阻抗、接頭等等因素，我們將這些可能影響到的阻抗成份寫成下面式子：
喇叭的通常是以電壓源驅動來做設計，所以理想的狀況是喇叭線、接頭及擴大機的輸出阻抗都遠小於喇叭的阻抗，也就是說喇叭吃掉所有的電壓，在這條件下，整個系統的表現將由喇叭所主宰，故喇叭阻抗的變化亦不致於造成頻率響應的偏差。圖五的例子可看出頻率響應的偏差在整個範圍中並不大，不過圖六是另一個特例，其頻率響應的偏差及阻抗變化相當的嚴重。
也正因為喇叭線本身有電感在，所以擴大機可以順利的推動喇叭，正常的運作，對管機來說，輸出變壓器正好提供所需的電感(以穩定高頻)，而早期大部份晶體機通常會故意在電路中加入線圈電感，防止高頻振盪，因電感的關係所以阻尼因子 (damping factor) 只有在低頻才會被考慮，理由並非我們只單單注意到低頻的關係，主要是電感的存在降低了高頻的阻尼因子。以晶體機而言，在20Hz 時其阻尼因子可以達到500 甚至更高，但在高頻到了20KHz 時阻尼因子僅及15。近年的許多設計(如 Threshold, Audio Research, Yamaha) 已漸漸看到有捨棄輸出線圈的趨勢，使阻尼因子在整個音頻的頻帶中更穩定，新的 IHF 也將全音域的阻尼因子列入測試的標準中。 所以說，整個系統中的阻尼因子就必須計算出來，像大部份喇叭的電感值都相當的大，所以前面我們所要求的前題：喇叭線與擴大機的輸出阻抗小於喇叭的阻抗相當容易達到。相反的，對於喇叭的阻抗成份若是來自電阻與電容，像是靜電喇叭這一類時，擴大機與喇叭線的電感量就要特別注意了，若是電感值太低，很容易就造成不穩定。不過我們的假設也有例外的時候，我就曾見過一條數據規格很差的喇叭線，幾乎把擴大機與喇叭絕緣，卻真的改善了整體的表現，但無論如何，在一般的狀況下，我們仍是以低的輸出阻抗與低阻抗喇叭線為追求的目標。 高頻測試一般對喇叭線的研究大多都僅只於100KHz 的範為內，若沒有其它原因，我們可以很有把握的說高頻的表現可以不用去在意，畢竟更高的頻率早已超過人耳所能聽到的範圍了，然而隨著更大頻寬擴大機的誕生，也產生了之前所未曾見過的問題，有些擴大機的設計(對電容負載穩定的擴大機)，在搭配低電感喇叭時給予同樣的振盪訊號卻造成迥異的結果；Threshold Stax 和Electro-Reseach 的機器產生強烈的不穩定現象，但其它的擴大機卻造成了音樂色澤的變化，有些是變得更鮮明、更敏銳，有些則是人聲變得更溫暖而厚實(乃源於低階調變失真所引起)。 在頻率超過 100KHz 時不同的喇叭線開始有了不同的變化，為了更清楚的說明這些差異，我們對這些喇叭線做了兩種實驗，第一個實驗是以 100KHz到40MHz的頻率加在1/4Ω的輸出阻抗上，量測喇叭線另一頭的電壓，並且嘗試在不同的負載下的情形，第二個實驗則是將訊號改變為5μs 的脈波訊號，其它變因則不變，與前一項實驗相同(如圖七)。
圖八是這兩個實驗中，從不同喇叭線及不同負載所做的 50幾組實驗所節選出來的結果。
從第一行照片的頻率響應圖來看，峰值大多發生在 1-10MHz 的頻帶中，我們從振盪器輸入到喇叭線的訊號為50mV 但卻發現最大的峰值竟然高達5V，足足放大了100倍，在脈波訊號實驗中也可以看出來，高頻振盪的現象出現在每一款的樣本中，不管是哪一類喇叭線都不能倖免，不同的是振盪頻率與Q值，而這更牽涉到訊號源的輸出阻抗、負載及喇叭線的種類與長度。要解釋振盪發生的原因其實並非難事，我們假設訊號波有足夠的時間從喇叭線的這一頭傳到負載端，訊號的波速則是和 ”特徵阻抗(Characteristic Impedance)” Zc成正比，其中 Zc 的單位為Ω，大小由電阻與電感決定。當訊號波到達喇叭線尾端即將進入負載時，可能產生三種狀況：
從以上的三個情況來看，不適當的匹配不論是第一種情形或是第二種，都可能造成振盪的情形，而在圖八中可以發現 Polk 和 Mogami 兩款喇叭線在8Ω的負載下振盪情形要比其它的喇叭線要小了許多，歸咎原因，其負載與特徵阻抗值相當接近，相對之下，傳統的雙導向喇叭線(如 Monster)，Zc 較大，在相同的負載時，在數Mega Hz 的頻帶下反而有不錯的表現。要注意的是高頻振盪的問題仍舊存在於每一款的喇叭線中，事實上也正因為這些低電感喇叭線較傳統喇叭線對擴大機穩定性的影響更大，才會觸發我們深入喇叭線在音頻之外的問題。 對於喇叭線的高頻振盪情形，早期的擴大機要比現在的擴大機佔上一些便宜，它們的輸出級速度較慢，頻寬都在1MHz 以下，礙於主動元件本身的限制，擴大機跟本就沒有機會觸及高頻振盪的問題，所以長久以來也一直相安無事，然而，隨著新一代低阻抗喇叭線的發展與半導體元件的進步，當大頻寬的擴大機遇上低阻抗的喇叭線時問題也因而產生，振盪、燒保險絲，種種的問題相繼出現。在 Threshold 第一次碰到這樣問題是400A 遇上 Polk Sould 喇叭線，導致保險絲溶毀。 這問題在困擾我一段時間之後， Matt Polk 與我分別了解到了事情的原委，問題就出現在特徵阻抗上，Polk 發展出專利的 ”阻尼器”，他串聯一個0.047μF 的電容器與一個6Ω 的電阻，並跨接在喇叭上，而同時我也研究出同樣的電路，但我用的電容是0.1μF，而電阻則為5Ω，從圖八的第五行可以看出來這個電路已經有效的抑制了高頻振鈴，讓音響可以穩定的工作。縱使Polk 發表”阻尼器” 電路後治癒了低電感喇叭線所引起的高頻振盪問題，但再怎麼說，頻寬大的擴大機如果配上低電感喇叭線的話，最好是適度加長喇叭線的長度，以增加穩定性，不過僅是對低電感的喇叭線而言，若是雙導向喇叭線的話此舉可能會造成反效果，在目前來說，不管現今的任一部擴大機，面對高特徵阻抗的傳統喇叭線還不致於會引起振盪的情形發生。也許就以上的種種資料足以讓我們下個總結，然而我們曾試過用最頂級的擴大機，用最好的喇叭線，接上負載阻抗，其失真的情形都遠大於擴大機單獨測得的數據要大上百倍之多，推論其原因竟然源於常被忽略的接頭上，鬆弛、不牢固的接觸、氧化、不潔的接頭都會造成相當程度的諧波失真與調變失真。在 Threshold 時，當品管檢測遇到高失真的情況時，第一件事情就是重新接好擴大機到喇叭的每一個接點，我們也就這樣治好了許多 ”有缺陷”的擴大機。銅和鋁的氧化速度都很快，而且經過手觸摸而印在接頭上表面上的油漬都會影響到接觸，經常我們也發現很多所謂的神奇喇叭線所造成的神效充其量不過是對原先喇叭線接觸問題長期的忽視而已，接頭會老化，所以任何人若是想精確的評估新的喇叭線對音質的影響，那前題是得先清理系統中的每一個環節。如果能隨時保持清潔，香蕉插和五用端子都是相當卓越的接頭，然而接頭為了抗腐蝕而鍍金的表面卻會影響到接觸的效果，因此每隔一段時間就該檢查一遍，尤其是經過搬運或是移動之後，更應該確確實實的檢查才行。 見解光是只有實驗台上的測試數據相信有很多人更會好奇的問：那實際聆聽的結果呢??我為這些喇叭線搭配了不同的喇叭及擴大機來試聽(大多是自家的產品)，坦白說，我發現除了少數表現比較極端的之外，其實很難去評定結果來，以10呎長的喇叭線及適當的終端阻抗，不同的喇叭之間的差異是非常的微小，若有也是相當主觀的看法，用低輸出電感的擴大機與Heil 高音擴大機 (接近理想的6Ω阻抗)，其間的差異就稍稍可以感覺出來，而且並不是那種令人不悅的那種鬆散高音，Fulton 和Monster 相較於24 號線和18號線就明顯的好很多，除了比我所預期的少了點細節外，飽滿的低頻與良好的中音定位，讓我相信粗喇叭線最於中低頻所做的貢獻，尤其是在分頻點附近的表現更是明顯可辨(最差的情形是 modified Dayton weight electrostatics 卻表現出相反的結果，然而最好聽的喇叭線不見得是測試特性最好的喇叭線，因為許多擴大機似乎和高電阻的線材比較對味。 結論就任何人所聽的結果我都沒辦法去反駁他的，畢竟對喇叭線而言，不同的擴大機、喇叭甚至聆聽室都足以影響到聆聽的感覺，在這裡我僅提出一些方向讓大家做個參考，但最後的結果還是以大家親身體驗，耳聽為憑，每一款線材都宣稱他們的測式數據相當優異，假設串聯的阻抗可以降到最低，則它們的表現都會比16號線來得好，如果像大多的發燒友一樣，你會把你的財產花在Hi-Fi 音響系統上，那把錢用在高級喇叭線和接頭上也是理所當然的投資。 參考資料：1. Brochures/Pamphlets: a. Fulton Speaker Cable. Fulton Musical Industries, 4428 Zane Ave. North, Minneapolis, MN 55422. b. Mogami Speaker Cable. At press time we are unable to locate a manufacturer or distributor for Mogami. c. Polk Autio Sound Cable. Polk Audio, 1205 South Carey Street, Baltimore, MD 21230. d. Ultra High Definition Speaker Cable. Audio Source, 1185 Chess Drive, Foster City, CA 94404. 2. Hiraga, Jean, "Can We Hear Connecting Wires?", Hi Fi News and Record Review, August 1977. 3. Retsoff, Alexander, "Retsoff's Remedies ," Stereo, Fall, 1978. 4. Klipsch, Paul, "Speaker Wire," Dope From Hope, Sept. 13, 1978. 5. Pass, Nelson, "Loudspeaker Damping," Audio Magazine, 6. Gailus, Mark, "Speaker Wire: What Size is Sufficient?", Audio Forum, Aug.-Sept., 7. Greinier, R. A., "Another Look At Speaker Cables," Speaker, The Boston Audio Society, Dec. 1978. 8. Gross, T. A. G., "Multistrand Litz Wire Adds "Skin" To Cut AC Losses in Switching Power Supplies," Electronic Design, Feb. 1, 1979. |
