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hpd385_cut_away_view

HPD385玩到現在,大概能改善的地方都已經弄的差不多了。中頻的清晰度雖然有明顯的改善,但是低頻揮之不去的轟隆聲仍然深深困擾著我。要解決這個問題,看起來必須從根本著手,盲人騎瞎馬收穫有限。因此我決定依照教科書裡的步驟完整走一遍:

1. 單體T/S參數量測
2. 分音器喇叭箱設計
3. 調音

由於網路上關於HPD385的T/S參數資料蠻多的,第一步似乎可以忽略,不過站長查了幾個網站,發現這些T/S參數差距都蠻大的,而且換過懸邊的單體,Fs應該也會有不小差距,手上又有Praxis System,量T/S只是小菜一碟,參數整理如下:

單體一

=praxis=     Thiele/Small Parameters
  ______________________________________________________
    Tannoy_HPD385_LF
  ______________________________________________________
 
  Qts =         0.247   Total Q                     
  Qes =         0.262   Electrical Q                
  Qms =         4.342   Mechanical Q                
  Fs =          13.761  Hertz, Free Air Resonance   
  Re =          6.207   Ohms, DC resistance         
  Ls =          1.216m  H, series inductance        
  Lp =          1.463m  H, lossy series inductance  
  Rp =          12.34   Ohms, loss across Lp        
  Dia =         310m    meters, effective           
  (%shift)      26.7    %, resonance with mass      
  Vas =         1.036k  litres, air volume equivalent
  mms =         103.2   grams, effective mass       
  cms =         1.295m  m/N, compliance             
  bl =          14.55   T*m, motor strength         
  n0 =          992.6m  %, max efficiency           
  SplSens =     91.96   dBSPL max @1W absorbed      
  (Added mass)  90      grams                       
 
  ______________________________________________________

單體2

=praxis=     Thiele/Small Parameters
  ______________________________________________________
    Tannoy_HPD385_LF
  ______________________________________________________
 
  Qts =         0.221   Total Q                     
  Qes =         0.231  Electrical Q                
  Qms =         4.987   Mechanical Q                
  Fs =          13.334  Hertz, Free Air Resonance   
  Re =          6.252   Ohms, DC resistance         
  Ls =          1.196m  H, series inductance        
  Lp =          1.487m  H, lossy series inductance  
  Rp =          12.24   Ohms, loss across Lp        
  Dia =         310m    meters, effective           
  (%shift)      17.6    %, resonance with mass      
  Vas =         604.7  litres, air volume equivalent
  mms =         188.4   grams, effective mass       
  cms =         755.8u  m/N, compliance             
  bl =          20.67   T*m, motor strength         
  n0 =         596.7m  %, max efficiency           
  SplSens =    89.75   dBSPL max @1W absorbed      
  (Added mass)  90      grams                       
 
  ______________________________________________________

量測的結果看起來非常嚇人,兩支單體除了Fs、Qts與Re以外竟然是如此的不同。站長我倒是不太意外,不只老單體會這樣,新的喇叭也會。尤其是這對單體當初懸邊都更換過,又不是成對購入。仔細比較兩個單體的參數,我認為主要的差異源自mms的不同,單體2的總運動質量(震膜+音圈+spider)足足比單體1重了八成,因此導致效率下滑2dB左右,伴隨來的好處則是更低的Fs與更小的Vas,這在設計喇叭箱時可以用更小的箱體得到足夠的低頻。網路上找來的資料mms大約是102g左右,單體2的mms竟然高達180g,Tannoy的品管應該不會如此差,不知道是不是換過山寨版震膜?不過以目視判斷兩單體振膜並沒有任何差異。等到要換懸邊時再把振膜拆下來秤秤看。

在量測的過程,我發現了一些有趣的事情:HPD385的振膜真是夠重了,我用delta-mass method測量T/S,對付一般單體通常加個40g左右的砝碼就可以達到Fs變化20%以上的需求了。測量 HPD385時,外加40g重量竟然Fs降低不到10%,就算用到90g,單體2 Fs也才勉強轉移了17.6%,以站長有限的知識,HPD385應該是少數不用靠複雜的喇叭箱就能直下20Hz的老單體了。站長知識所及,另外兩支有此水準的老單體一支是Altec 411a,另外一支則是JBL 2203A與晚期粉磁2203H,這幾支單體都是泡棉懸邊,效率也都在93dB左右,比起其他Altec或是JBL 15"單體動輒100dB以上,似乎遜色不少,可見物理定律下此類下沉度夠的喇叭註定要犧牲效率。網路上一直傳言Tannoy因為工廠燒了,再也做不出輕薄的紙盆,才會用肋骨補強做出HPD385。經過站長這些日子的研究,我可以很肯定的說,錯錯錯。HPD385採用重紙盆的原因很簡單,就是為了配合日漸流行的大功率晶體機以及降低喇叭箱的複雜度,跟生產技術毫無關係。雖然我沒有確切資料,可是我相信Tannoy在HPD385問世之後仍然有生產Red/Gold用的振膜,即便在今天,仍然買得到原廠的全新Silver/Red/Gold振膜套件,包括音圈與彈波,證據就在下圖裡。HPD385的振膜可以跟Gold互換,Red/Silver的振膜可以用在Gold上,差別在音圈阻抗,Red/Silver是16 ohms,Gold/HPD385是8 ohms。當然,傳說永遠是美麗的,不想醒的網友就繼續作夢吧。

Tannoy庫存原廠振膜

在高音單體部分,我用Praxis量了一下阻抗曲線,有兩個峰值,頻率響應跟一般的圓頂高音單體很不一樣,更像是裝了箱的低音單體,猜測兩個峰值一個是號筒的共振頻率,較高的則是單體振膜本身的共振頻率,左右聲道的曲線稍有差距,反應T/S參數的不同。

接下來就要量測單體的頻率響應,架上校正過的麥克風,將麥克風放在喇叭前一米處,順便校正喇叭效率,由於喇叭是放在牆角,因此所量得的頻率響應是包含房間的反射與箱體響應,不過這不是大問題,畢竟我不是喇叭製造商,量測結果如下:

低音單體部分,加上房間對低頻的補償,20Hz到1kHz都算平直,100Hz左右有幾個很深的谷,應該是振膜崩潰(breakdown)造成的,對聲音的影響不大。由於這張圖是在修改開口之前抓的,因此低頻有個很大的鼓包,下文會解釋它的由來,高音的量測結果則很令人驚訝,從1.5kHz到20kHz竟然一點也不平直,頻率越高,喇叭音壓越低,可能是號筒的緣故,高低差異超過10dB,這這這...這是蝦米碗糕?嘿嘿,這就是搭配一起做成撒尿牛丸的大絕招。原來站長對Tannoy的高音一階分音百思不得其解,配上這個頻率響應,才豁然開朗,原來Tannoy巧妙的利用一階分音的6dB/Octave緩升特性,適度補償了高音的頻響曲線,低音部分則以二階分音使低音單體在1kHz以後急速滾降,適當調整高音振膜的位置,把1kHz的相位對齊,成就了歷久不衰的二音路同軸設計,真是太黯然,太銷魂了。

有了T/S參數,喇叭裝箱後的低頻響應可以很容易就模擬出來。喇叭箱設計軟體有幾家很有名,例如LspCad、Leap與 SoundEasy。查了查價錢,看起來SoundEasy最便宜,而且功能與更新速度都不差,只不過它們的功能都已經遠超過我的需求,我在網路上找到了一個免費的軟體,叫做WinISD,它能夠根據單體T/S model、箱子容積與開口大小計算出喇叭的低頻響應,而且很容易使用,代入兩支單體的T/S model,以及喇叭箱容積250公升和開口大小33cmx11.5cm,深度3cm,模擬出來的頻率響應如下:

原喇叭箱開口33cmx11.5cm

這個結果真是令人吃驚,根據張文俠先生言,原來的箱子是設計給Altec單體使用的,也許這就是為什麼port tuning frequency這麼奇怪的原因,HPD385在我房間裡轟隆轟隆叫的兇手終於找到了,之前怪東怪西,卻沒想到答案近在眼前。在不改喇叭箱的前提下,根據WinISD模擬,開口必須小到5cmx5cm,頻率響應才會平直。根據模擬,如果箱子與開口設計正確,兩支單體在30Hz時衰減不到3dB,20Hz時衰減不到9dB,放置在牆角時,配合房間響應對低頻的補償效應(20Hz/+9dB,30Hz/+1dB),這對喇叭低音可以直下20Hz,完全不須加任何補償或是超低音。

開口縮減至5cmx5cm

縮減開口是很容易的,我從書架上搬了一堆書塞進反射孔,大約擋住2/3以上,果然聲音大大不同,低頻的轟隆轟隆聲消失了九成以上,喇叭再往後牆退聲音反而更好,真是太令人意外了。由於開口太小怕有嘯聲問題,我祭出Google Sketchup,很快的畫了一個草圖,把原低音反射口蓋住,中間預計使用四吋PVC管來做反射通道,根據模擬這段管子約需15cm左右,到時可以微調。幫我做反射柱的吳先生出國逍遙了,要到下個月才會拿到樣品。

欲知詳情,請待下回分解。