(俞伟)喇叭把电的波动变成声音的波动,总不容易和原本电的波动完全一样,这种几乎无法避免的现象就是喇叭的“失真”(就是声音的走样)。人的耳朵对失真并不灵敏,相差10%听不出;相差到25%,也并不感到很不舒服。到人的耳朵已听到喇叭的声音模糊不清,失真的程度已经很大了。严重的时候,可以听到嘶嘶声和喇叭的剧烈震颤声。
仔细地分析喇叭的失真,可以找到两种原因:一般声音含有许多音频成份,大小有一定的相互关系,而喇叭所发出的声音,改变了这种大小的相互关系;此外,喇叭里还出现了折频率的声音。

第一种失真是因为喇叭对各个音频成份的电流,并不是同样灵敏。例如将同样大小的300周/秒和2000周/秒的电流先后通到喇叭的线圈里,喇叭纸盆的相应振动,大小并不一样,这叫做喇叭的“频率特性”。各种喇叭的“频率特性”,用曲线代表都像是些起伏的山峰和山谷(请参看图1)。给这种频率特性曲线是用两个相互垂直的坐标,水平坐标代表电流的频率。垂直坐标代表喇叭振动的大小。各个电流的大小都相等,但频率改变。把不同的电流频率和相应的喇叭振幅所决定的各点联成一条曲线,就是“频率特性曲线”。从图1上可以看到除了整个频率范围内曲线很不均匀外,在高频端和低频端曲线都有显著的下降,表示在很低或很高频率时,喇叭的输出都很小。
首先我们来分析低频输出下降的原因。我们知道喇叭纸盆前后振动就发出声音。当纸盆向前推动时,纸盆前面的空气受到压缩,同时纸盆后面的空气便得到疏散。这种空气的压缩和疏散现象,会像波浪式的分别向四面八方传播出去,当然也会绕过纸盆而相遇,结果一密一疏相反而彼此对消了,听起来声音就大为减低。这种相消的作用,音波频率愈低愈严重,因这频率低了波长就大,一个纸盆所占的长度比起一个波长来很小,等于疏密空气直接混在一起一样。我们常将喇叭装在木箱里或钉在一块大木板上,都是为了增加由喇叭前面到后面的距离,把低频率的声音加强。

曲线在高频率端下降,又有着不同的原因。推动喇叭纸盆的力F是加在纸盆的头口上(请看图2),和喇叭的纸盆并不相互垂直。这个力可以分成垂直于纸盆方向的力F\(_{1}\)和顺纸盆方向的力F2。F\(_{1}\)和F2都能引起失真。


频率愈高,波长愈短,从喇叭颈口到喇叭边缘的距离,比起一个波长来并不算短,F\(_{1}\)作用在纸盆上也是由颈口向边缘逐渐前进的,隔开半波长的距离,作用力的方向便相反。所以在低频率端纸盆各部分受相反力量作用的可能性是没有的;而到了高频率,纸盆的振动就很复杂,有的向前有的向后,而且各点受力的大小也不同。由于纸盆的边缘是固定的,所以F1按波动方式传到边缘时会被反回来,结果在纸盆上形成“驻波”,有“波节”和“波腹”。“波节”的振动最小,“波腹”的振动最大(请看图3),这种情形,喇叭的发音效率很低。
第二种失真主要是因为有F\(_{2}\),F2是顺着纸盆的推力或拉力,推力一大纸盆就弯曲,拉力只增加纸盆的应力,不会使纸盆弯曲。假设第一次F\(_{2}\)推纸盆时,纸盆向里弯,F2拉纸盆时纸盆还原;第二次F\(_{2}\)再推纸盆时,纸盆正在还原的惰性,使它向外弯,F2再拉时,它又还原。结果F\(_{2}\)回来作用两周,纸盆只动了一周。纸盆弯曲的频率是电流频率的一半,喇叭就发出一半频率的声音。这便是输出里夹杂着其他频率的声音的缘故。这种声音显然会随电流的减小而减少。相反的:喇叭愈响,这种失真就会加大。
此外,喇叭纸盆的弹性是有限度的。振动一大,它的弹力并不是比例的增大,这样纸盆振动的大小就不会和电流的大小成比例。
上面所说的这些现象,对舌簧式和动圈式喇叭都相同。此外,动圈式喇叭的音圈在空隙里来回动;在它振动的范围内磁场应当均匀,否则振动也不和电流成比例。不过电流愈大,振动范围也愈大,磁场愈不容易均匀。所以动圈式喇叭声音大了,更多了一种失真的可能性。
因此要喇叭的声音不失真,应当注意:
1.纸盆边缘的纸环,必须要用皱褶环,它对F\(_{1}\)的波动有阻尼作用,不易反射产生驻波振动,这样可以提高喇叭效率。如果皱褶环坏了,只能换新的皱褶环,不能随便用硬壳纸代替。
2.纸盆不能受潮,受了潮弹力不够,便有失真。
3.音量不能太大,大了一定失真,而且还有把纸盆震破的危险。
此外,舌簧喇叭的声音一大,舌簧片要碰磁极,简直不成声音。舌簧喇叭的线圈线也特别细,大电流进去更容易烧断它。