相位錐的秘密
很多人問我關於相位錐 phase plug (或 wave guide)的原理，大家從一些少量文獻得知它的目的主要是要讓音能平均散佈，但是卻很少找到較深入的介紹，因為中音單體振動耦合到空氣的音盆像手電筒一樣有聚焦效果，焦點在音盆前方不遠處對中高頻會產生不良的干涉作用，但是對中低頻卻不太受影響，加入相位錐之後中高頻會循著反射角度誘導向前，避開了原來結構性的相位失真，就可以在頻率響應上有較平均的散佈。曾經有一些日本玩家無心插柳，利用銅質材料仿造實心的B&W N系列中音單體相位錐，發現聲音有明顯改善，後來B&W原廠把銅質相位錐買回作了一些研究，最後公告利用鋁質材料會有最好的表現，於是隔了幾年，當新一代D系列產品推出時，原廠就另外附上一個鋁質相位錐讓玩家自行替換。
為甚麼更換材質會有聽覺上的差異呢？因為實心金屬材質相對有更堅實的反射效果，中高頻比較不會被原廠的空心相位錐作部分吸收。人類的耳朵是很好的比較器，大家把相位錐換下來作AB-Test，絕大多數人都會明顯感受到極微量中高頻段相位連貫密合(phase coherence)的變化，不過究竟聲音變好聽了還是變得不能接受，這是個人較主觀的感受。所以B&W並沒有强制性地只提供一種選擇，而是讓玩家們按自己的喜好調整。相位錐改換成金屬材質的另一個好處是可以增加中音單體的散熱，不過卻不能使用含有導磁特質的金屬，因為含有導磁特質的金屬可會影響磁流，而且也可能會日久之後被充磁，影響到音圈的移動，所以鋁材或銅材應該是比較合適的選擇。按照原理，如果將相位錐鎖上中音單體前，跟CPU上的散熱器一樣再加上一層散熱膏，應該會有更出色的散熱表現，玩音響玩到這種地步，可能已經有點走火入魔了，不過塗抹的量一定要適中，以免外漏到音圈上，產生負面效果而得不償失。
音盆的結構為什麼一定是盆狀而非平版狀的呢？大家想想如果一個扁平圓形的結構可以產生良好的推動力，今天各廠商生產的喇叭單體就不會清一色只有一種單一結構了，其中最主要的原因是音盆在前後振動時因為斜線結構的影響，產生更良好的剛性不易在推動時產生共振解裂，但是也因為斜線結構會產生聚焦的問題而不得不想辦法利用相位錐來補強集中在音盆中央處的負相干擾。除了B&W的中音單體有相位錐的設計之外，其他喇叭廠商也有類同的設計，有一些是直接配上鋁質相位錐，例如Monitor Audio及Paradigm等等。
揭開相位錐的神秘面紗
實驗計劃
下面是筆者對B&W N系列的中音相位錐的實測，大家參考過後，可以了解這個小道具的特性。首先我們要先做功課，了解一下B&W N系列的中音單體特性，從廠商提供的資料顯示，它的頻率響應範圍被設定為350Hz-4kHz，所以如果相位錐對中音單體有影響的話，我們估針一定是落在這個範圍以內的中高音頻，在設計實測採樣時我們主要是要找出相位錐的影響範圍，影響的質和量的測量要設定好，「質」是要看看相位錐的加入與否是不是會影響散播的範圍，亦即是準軸向以外的偏軸向要作一系列的測錄取樣，「量」的測量是要看加入相位錐與否的差異及不同材質相位錐的差異。把實驗計劃草擬好之後，我們很快就可以設定測量的取樣規範，大家看一下這個表：
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無相位錐 |
原廠塑膠 空心相位錐 |
鋁質 實心相位錐 |
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準軸向 |
1 |
2 |
3 |
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偏軸向30度 |
4 |
5 |
6 |
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偏軸向60度 |
7 |
8 |
9 |
解謎
我們最少要取樣9次，再作不同層次的比對，每一個取樣值實際上應該作多次實測找出穩定的頻譜曲線後才作記錄。實驗很快就做完了，方法很簡單，把麥克風置於我家的B&W N803中音喇叭單體的高度，作三個不同軸向的收錄，結果如下。
大家來看看結果，不過在看結果之前請忍耐一下先讀懂我在圖例上的簡寫：
APP1mOnAxis =
Aluminum Phase Plug measured from 1m On Axis 鋁質相位錐準軸向測量距離1m
APP1mOffAxis30 =
Aluminum Phase Plug measured from 1m Off Axis 30degree 鋁質相位錐偏軸向30度測量距離1m
APP1mOffAxis60 =
Aluminum Phase Plug measured from 1m Off Axis 60degree 鋁質相位錐偏軸向60度測量距離1m
PPP1mOnAxis =
Plastic Phase Plug measured from 1m On Axis 塑膠相位錐準軸向測量距離1m
PP-ve1mOnAxis =
Phase Plug Negative measured from 1m On Axis 無相位錐準軸向測量距離1m
如此類推…
圖1.1 無相位錐的偏軸變化，藍色曲線為準軸向測錄、綠色曲線為偏軸向30度測錄、紅色曲線為偏軸向60度測錄。
圖1.2 塑膠相位錐的偏軸變化，藍色曲線為準軸向測錄、綠色曲線為偏軸向30度測錄、紅色曲線為偏軸向60度測錄。
圖1.3 鋁質相位錐的偏軸變化，藍色曲線為準軸向測錄、綠色曲線為偏軸向30度測錄、紅色曲線為偏軸向60度測錄。
從圖1.1, 圖1.2, 圖1.3中大家觀察到中音單體加入相位錐前後的偏軸向變化，首先是正軸向跟偏軸向的收錄比較，各位可以輕易讀取到偏軸向的收錄通通從300Hz開始就有音量下降的趨勢，以30度偏軸向為例，跟準軸向的曲線比較，音量從3kHz開始差距才開始變得明顯；而以60度偏軸向為例，跟準軸向的曲線比較，音量老早從300Hz開始差距就非常明顯，可見喇叭的音頻輸出散播到空氣的物理特性，通則是，越高頻率，指向性就越強。
大家觀察到無相位錐偏軸變化跟有相位錐的偏軸變化之間的走向其實幾乎是一樣的，唯一的變化是無相位錐的曲線在中頻段有一個明顯的凹陷，範圍在1.5kHz-3kHz左右，但是塑膠相位錐及鋁質相位錐在這個範圍相對地十分平坦。為了方便觀察我們把無相位錐、塑膠相位錐及鋁質相位錐的曲線另外設三組比較，圖2.1是準軸向的比較，圖2.2是偏軸向30度的比較，而圖2.3是偏軸向60度的比較。
圖2.1 準軸向的比較，藍色曲線為鋁質相位錐的測錄、綠色曲線為塑膠相位錐的測錄、紅色曲線為無相位錐的測錄。
圖2.2 偏軸向30度的比較，藍色曲線為鋁質相位錐的測錄、綠色曲線為塑膠相位錐的測錄、紅色曲線為無相位錐的測錄。
圖2.3 偏軸向60度的比較，藍色曲線為鋁質相位錐的測錄、綠色曲線為塑膠相位錐的測錄、紅色曲線為無相位錐的測錄。
結論
各位小心觀察就會發現無論是正軸向或是偏軸向，無相位錐跟有相位錐之間的差異範圍就集中在1.5kHz-3kHz之間，音量最大差距為2dB＠2.5kHz。結論是，B&W的中音單體相位錐改善了以2.5kHz為中心，從1.5kHz到3kHz之間頻譜範圍的中高頻響應曲線，在沒有相位錐的情況下，中高音會有一個凹陷，但是塑膠相位錐及鋁質相位錐之間的差異在上面的頻譜圖中就顯得非常不容易分辨。不過等響曲線(圖3)告訴各位，人類對1kHz-6kHz的中頻是最敏銳的，縱使塑膠相位錐及鋁質相位錐之間的差異微乎其微，但是因為相位錐所帶來的變化坐落在人耳最敏感的人聲範圍，所以說雖然只要一點點兒變化卻可以聽得一清二楚。雖然這是針對B&W N系列中音單體相位錐的實驗，不過因為其他喇叭廠商的產品的物理構造大同小異，從大小及音盆聚焦角度去比較，應該有極雷同的表現。究竟其他沒有中音相位錐的喇叭結構是否同樣會產生這種結構性的相位負向干擾問題呢？這些中音單體幾乎都是以防塵蓋(dust cap)替代相位錐的結構，有些防塵蓋的形狀跟本上就是一個相位錐，但是卻跟中音單體同時連動，材質當然不能改成實心的金屬，這兩種不同結構的中音單體在頻譜曲線上是否有固定的物理性差異呢？這是很有趣的問題。
圖3 等響曲線敏銳的範圍是1kHz-6kHz
以上是「量」的結論，至於「質」的結論，我們再小心觀察就會發現1.5kHz-3kHz之間的頻譜凹陷在鎖上相位錐的情況下還是會出現，但是卻比較溫和，不那麼突兀，圖1.2中可見在2kHz附近由於偏軸的關係，產生相對較多的音量下降，尤其是偏軸角度越大，這個頻帶範圍上的凹陷就相對越明顯。所以在加上相位錐的情況下，中音頻帶在正軸向的角度測量出較平值的響應曲線(200Hz-10kHz +/-2dB)，但是在偏軸的情況下，以2.5kHz為中心的凹陷就會變得明顯。
關於喇叭的實測研究，我手上唯一的華文參考工具書是STEREO SOUND中文版2006
SPRING NO.156，這是難得一見的喇叭集體實測記錄，資料的收集由該雜誌社於無響室中獲得而非直接由喇叭廠商提供，少了商業味濃厚單一性的主觀報導，多了實測的數據和多位評論員的主觀看法，可信度極高，跟汽車雜誌比較，音響器材的實測算是目前華文音響雜誌較弱的一環。大家如果小心閱讀這一期STEREO SOUND就會發現，就算免費借得日本FOSTEX公司的無響室，要短時間內協調14對不同廠商提供喇叭作實測，是十分不容易的事情，如果全部運費由廠商無償提供，也要廠商有勇氣接受第三者的測試，這是STEREO SOUND有史以來在25年之間的第二次對喇叭實測的大製作，如此「催淚」的感人場面，馬上叫我放棄了每月購買唱片的預算，趕快含淚解囊(太感動了)把它買下來供奉，並且不許外借。大家翻開78頁B&W
800D的測試，可以很容易地在60度及90度的偏軸向測量中指認出我們找到的凹陷點。這個交叉比對可以讓讀者更明瞭客觀測量的重要性，因為聽感是單純個人感受，早上起床後跟晚上下班回家常常會有不同的感覺，但是在標準測量條件底下的音響物理特性，就算置於世界各地都應該不會有太強烈的變動。大家可以順便參考一下隔幾頁的其他喇叭實測結果，例如Avantgarde UNO在相同的中音頻帶從30度開始就顯示出更明顯的偏軸向凹陷，因為它的中音單體發聲結構不同，我們不可以用一樣的眼光來解釋它的偏軸向特性。因為我不能一直引用別人的數據佔為己有侵犯版權，想要找出其他接受該次測試的喇叭資料，從中找出端倪，漏買這一期STEREO SOUND的讀者有幾會一定要弄一本回來珍藏參考，反正大家看到任何音響雜誌有大量集體實測的特集出刊，想像一下雜誌社投下的人力物力，都應該馬上買下來即時收藏。
結論是，相位錐的加入可以有效將原來音盆中央的負向相位干擾改善，獲得很好的正軸頻率響應，在偏軸時雖然所有中高頻都會順勢下降，但是在2.5kHz附近的頻帶會相對下陷更多，了解它的頻譜散播特性後，對於這類型較傳統的喇叭結構的擺位，應該盡量以正軸向對著聆聽位置，至於其他比較特別的喇叭，例如German Physiks的無指向性喇叭則另當別論。
小修了一些不暢順的地方•2007/6/21