如何從我們的重低音喇叭得到更多的輸出
市場上大多數重低音喇叭的效率都低的可怕，它們需要增加放大器額外的輸出功率去克服這個問題。一開始多數人會對千瓦功率的重低音喇叭留下深刻的印象，並認為有極端的功率輸出是必然的，事實上，我們智慧型的供電系統和聰明的設計能使重低音喇叭在低成本的情況下，就具有高傳真的等量低音輸出。
請注意：當我們寫這篇文章時正販賣林奎茨變換（Linkwitz Transform，LT）的重低音喇叭套件，但現在已經停產了。我們推薦繼續使用我們新的DIY設計套件，它們涵蓋的應用範圍更廣。
效率 – 使用聰明的設計去消除架構上的妥協
如果您已決定要自行設計密閉式重低音喇叭，我們強烈建議您不要使用已有五十年歷史的舊方法，它是一個錯誤；相反的，要使用最新的方法，如：直藕伺服或林奎茨變換。這兩者都是設計密閉式重低音喇叭的最好方法。
『舊方法有什麼不對？』
舊方法是基於某些有先天限制而產生的技術，但這些限制現在都已解決了。五十年前，放大器（和電子零件）是非常昂貴的，更不用說要有花俏的設計在其中，如：林奎茨變換和伺服迴授，它們是不存在的。因此，當時在沒有林奎茨變換及零件價格便宜的條件下，要設計出擁有平坦頻率響應的重低音喇叭，其結果就是，大大的箱體、小小的放大器。當時音響視聽室也不普遍，設計者不認為使用者會過度調大音量而造成放大器的訊號被截斷或喇叭單體觸底，其後果是，已偏移的訊號圖形沒有被仔細地研究。
新科技解決問題
從今以後，技術有了新選擇，附有平價伺服與林奎茨變換電路的高功率放大器變得可行了，所以我們有不同的想法。現在要解決的問題已變成是，如何設計製造一個密閉式喇叭，它能在不超過喇叭單體位移極限下擁有最高的可用輸出。
從相同的喇叭單體中獲取更多的輸出
在相同電壓驅動下（沒有任何等化設定），具有較高Q值的重低音喇叭能在低音延展中能產生更多的低音，其原因很簡單，較高Q值喇叭的低音延展在傳輸頻帶中會更有效率，因此產生更多的低音，換句話說，在輸入訊號相同的條件下，有較高Q值的重低音喇叭將驅使喇叭單體產出更多的能量。這是一個物理現象，我們可明確地定義為能使喇叭單體達到「物美價廉」的優勢。然而設計訣竅是，不要讓這種高Q值特性導入至頻率響應曲線中；而是變成一個較低Q值的頻率響應以獲得更多的優勢。
在傳統的等電壓驅動技術中，最大的輸出曲線與頻率響應曲線是完全相同的。而我們的技術可使這兩條曲線個別達到它們自己的最佳化，進而使這兩世界最好的狀態合併在一個設計中。
位移利用率
在傳統的等電壓驅動技術中，最大的輸出曲線與頻率響應曲線是完全相同的。而我們的技術可使這兩條曲線個別達到它們自己的最佳化，進而使這兩世界最好的狀態合併在一個設計中。
第一個最大位移曲線的範例是擁有20赫茲（Hz）的截止頻率且Q值為0.7的重低音喇叭。我們從曲線可以得知在20赫茲（Hz）的位移利用率只有75%，30赫茲（Hz）的位移利用率只有40%，而在40赫茲（Hz）的位移利用率更下降至25%。這裡的重大意義是，在30赫茲（Hz）的位移只有5mm，之後放大器就會開始產生截波。這意味著喇叭單體雖然還在線性的位移範圍內，但聆聽者將會開始聽到放大器發生截波時的失真聲音；在40赫茲（Hz），線圈位移達到3mm，放大器就會開始截波。多數的重低音喇叭設計者都忽略這重要的議題。要讓喇叭單體有更多輸出的秘訣不在單體的最大位移量能力，正如圖所示，位移曲線才是決定線圈的位移能力，這是非常切實又實際的。
圖1.0 - 位移曲線 ─ Q =0.7
上圖顯示一個典型密封式重低音喇叭的位移曲線。它顯示單體的位移能力沒有好好的被利用。
如果我們看看所謂低Q值走向的喇叭（如無障板式、偶極式重低音喇叭或大密閉式箱體），我們會得到更低的位移利用率，如下圖所示。在20赫茲（Hz）的位移利用率僅達到50%，在30赫茲（Hz）更少於30%。這可憐的位移利用率說明了為什麼無障板式的重低音喇叭容易發生觸底現象（超過它最大的位移量）；這可憐的位移利用率（造成較弱的輸出）將導致使用者調高音量而不知道放大器已經產生截波。當放大器發生截波時，喇叭就會產生截波失真的聲音，這不在放大器原有的輸入信號中，隆隆聲過濾器對它也沒有一點效用。此外，這種截波失真的頻譜內容是很難被預測的。如果截波是瞬間發生，這頻譜內容通常發生在較高的頻率範圍，然而，當放大器持續發生截波，這頻譜內容就開始轉移至較低的頻率。當它達到5赫茲（Hz）以下時，位移熱點就會常駐而造成喇叭單體觸底的發生。
所以我們可以看到，密閉式重低音喇叭的設計不只是追求喇叭單體要有最大的位移能力和最佳頻率響應的箱體設計這般的簡單。最大位移曲線是一個很好的指標，說明喇叭單體的位移能力要如何投入使用。
圖1.1 - 位移曲線 - Q =0.5
上圖顯示了低Q值密閉式低音喇叭的位移曲線。情況甚至不如之前的圖表。
我們的目標是使用直藕伺服和林奎茨變換來產生一個如下圖所示的最大位移曲線。從5赫茲（Hz）一路到30赫茲（Hz）喇叭單體都保持平坦的最大位移利用率，既使在40赫茲（Hz）仍然有很好的40mm位移量。與之前兩個範例相比，我們只需要較少的功率就能在20赫茲（Hz）到80赫茲（Hz）之間擁有較高的位移利用率，進而達到相同的位移輸出。剩餘的功率可使用在其他地方以實現更多的低音輸出。
那麼，這曲線的截止頻率與Q值是多少？答案是截止頻率為30赫茲（Hz）、Q值為0.9。通常，這需要一個較小的箱體與一個較大功率的放大器才可達成。
我們的客戶經常會發現我們的重低音喇叭發出的聲音比他們預期的還響亮，位移曲線可以解釋這一切。從30至40赫茲的頻率，我們重低音喇叭的位移幾乎是200％，比別人的更有效率，這相當於使用了具有原來9倍可用功率的放大器（或超過3千瓦）！
圖1.2 - 理想的位移曲線
上圖顯示能獲得最高效率的理想位移曲線。
接下來的最大問題是，當我們選擇適當的功率放大器與箱體尺寸時，我們要設定多少位移量才是我們設計的目標？正如我們稍早的說明，為了防止功率放大器在發生截波時造成喇叭單體觸底，我們需要留下適當的位移邊界作為單體淨空的區域。我門建議至少留下最大運動位移量的40%作為淨空的區域。對密閉式重低音喇叭而言，可調整箱體大小來限制最大位移量，然而，人們不可以過度調整而導致Q值大於1.3。在不違反此規則的情況下，一個較小的密閉式重低音喇叭是可以有較多的位移淨空區。對無障板式及偶極式的使用者，唯一能控制位移淨空區的方法就只剩放大器的功率選擇（需搭配喇叭單體的喇叭機電係數（BL）與喇叭空氣容積（Vas）值）。
圖1.3 – 位移淨空區圖表
上圖顯示推薦的淨空容忍值。
下圖是一個重低音喇叭的位移圖表，它因箱體容積過小而導致Q值變得非常大，其結果將使喇叭的低頻輸出減少，進而形成位移熱點的圖形，如果是這樣，就表示喇叭箱體容積太小了。
圖1.4 – 位移曲線 – 過小的箱體
上圖顯示箱體容積過小的位移曲線。
總而言之，我們設計伺服重低音喇叭時應遵循以下兩個準則：
1.不要使用容積過小的箱體。
可使用的最小箱體尺寸需依據喇叭單體的參數來決定。最好是利用箱體設計軟體來模擬喇叭單體在箱體期望尺寸中的位移曲線圖，以避免因為箱體尺寸而產生上圖所示的曲線。如果產生上圖所示的曲線將會導致低音輸出減少，進而沒法產生令人滿意的低音性能。
2.始終保留合理的位移淨空區域。
此準則適用於所有的重低音喇叭設計，避免有嘗試用盡單體位移的衝動。我們都曾經會在某一段時間將音量開大一點，適當的位移淨空可以避免喇叭觸底，既使功率放大器已產生截波的狀況下。我們可以減少箱體的容積來增加位移淨空量。如果是現有的箱體，我們可在箱體內放置木塊以減少箱體的容積量。
直藕伺服重低音喇叭如何處理低音延展與Q值？
如果我們能對伺服重低音喇叭增加低音延展角頻率的下降率與Q值的靈活控制，伺服重低音喇叭就會變得更有吸引力。對我們附有林奎茨變換電路的A370功率放大器與DS350套件產品（現在已被我們DIY設計套件取代），它有三個低音延展控制設定（14赫茲，20赫茲，28赫茲）和3個阻尼控制設定（低、中、和高，分別對應為Q=0.9、Q=0.7、和Q=0.5），這會使得小箱體的重低音喇叭也能有小Q值的頻率響應曲線。對於喜歡微調音響系統的人可以多利用這兩種控制來變換，以獲得最佳的效果。對於第一次設計重低音喇叭的玩家，也可有機會去比較這兩種控制之下不同組合變化的結果，這種實際操作的經驗通常需要設計許多不同設定的重低音喇叭才能完成。最後且同樣重要的是，低音延展控制也提供利用低音延展來換取最大音壓的機會，例如使用28赫茲的設定可發出較響亮的聲音。
在接下來的討論，我們將會看到如何調整箱體的大小、線圈的移動質量及放大器的功率來改變密閉式重低音喇叭的頻率響應與位移曲線。之後，我們將舉一個例子說明，如何實現更好的位移使用率。
T/S參數是什麼意思？
下圖的頻率響應曲線是瞭解密閉式重低音喇叭之T/S參數的最好方法。曲線分為兩個區域，深藍色水平虛線以下的區域（以質量控制區稱之）是由喇叭線圈質量所控制；水藍色下降虛線以下的區域（以剛性控制區稱之）是由喇叭單體的剛性與箱體的空氣彈力共同控制，下降曲線的斜率固定為12db/oct。對於每一個區域，我們會繪製漸進線，如深藍色虛線與水藍色虛線所示。兩虛線的交叉點是低音下降的截止頻率。如果增加放大器的輸出，整個曲線會往上移動。
減輕喇叭線圈本身的質量將使質量控制區的曲線上移（本質上就是提高了這一區的工作效率）；而增加喇叭線圈的質量則會有反效果。與原來曲線相比，上圖其他顏色曲線顯示輕線圈與重線圈之間的不同。我們可以看到截止頻率會向上提升（輕線圈）或下降（重線圈）。當輕線圈將下降的截止頻率向上提升時，它實際上會產生更多音樂與動態的聲音（不是因為輕線圈「移動較快」，而是因為輕線圈的質量控制區具有較低的失真）。相反地，重線圈確實會延伸下降的截止頻率，然而，必須付出的代價是在質量控制區內令人沮喪的效率。有趣的是，為了依賴重線圈以達到20赫茲的低音延展，在75公升容積箱體中的典型12吋喇叭單體就需要質量大約600克的線圈，但在質量控制區的效率卻低於75db/1m/1W。既使只需要28赫茲的延展，仍然需要一個300克的沉重線圈（81db/1m/1W）。結論是，想利用T/S參數來實現低音延展是不切實際的。對於一個具有300克的典型線圈與150公升喇叭空氣容積（Vas）參數的12吋喇叭單體，為了實現20赫茲低音延展需要使用150公升容積的箱體。
箱體容積大小對頻率響應的影響
增加箱體容積大小（會變的較無剛性）將使剛性控制區上移，減少箱體容積大小則相反，這也說明為什麼傳統的觀念會認為，較大的箱體有更好的低音延展。最極端的情況是「無障板式」重低音喇叭設計，因為它根本就沒有使用箱體。
我們接下來解釋Q值。在找到深藍色虛線與水藍色虛線交叉點後，我們假設其交點座標為（x, y），x座標值為截止頻率；y座標值為分貝（db）值。Q值為重低音喇叭在x頻率輸出y分貝音量相關的乘積因子。當Q值小於（大於）1時表示喇叭在x頻率的輸出將小於（大於）y分貝值。例如在我們的例子，Q值是0.7，因此重低音喇叭的輸出會比y分貝值低3分貝（db）。一般來說，較大的箱體和/或較輕的喇叭線圈會有較小的Q值。然而，人們普遍會認為Q值是讓低音聽起來更有音樂性的重要因素，其結果是，有一大堆的想法圍繞在Q值為什麼重要，要如何改變或控制它，這些將不在這裡闡述。
位移限制和放大器限制的位移圖
如何使用箱體容積大小調整最大位移量
正如我們之前對重低音喇叭強調的觀點，如果我們想對喇叭最大位移有更精確地的控制，以便於功率放大器在截波時有足夠的位移邊界，則以林奎茨變換（LT）為主的重低音喇叭（或伺服重低音喇叭）的最重要設計考慮方向是使用什麼樣的機箱尺寸。如前圖所示，使用較小的箱體與較大功率放大器的完美特性可實際得到更高的位移利用率。
最後的比較
如上圖所示，紅色線代表在75公升密閉式箱體中使用250WRMS功率放大器的輸出曲線，橘色線代表在54公升密閉式箱體中使用300WRMS功率放大器的輸出曲線。正如我們所看到的，在10赫茲以下的差異是非常小的，無需計較，然而在20赫茲以上，橘色的曲線具有較大的位移量，這意味著有更高的聲壓輸出。這種在輸出方面的改善是設計以林奎茨變換（LT）或伺服為主的重低音喇叭之關鍵動機。想在較小的箱體中有較高的截止頻率的問題就可以解決（因為它是由林奎茨變換（LT）和伺服所設計）。