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固守不斷創新的基因!KEF總工程師Mark Dodd談純粹原音背後的複雜工程奧秘


創立於1961年的英國喇叭大廠KEF,長年以來一直以不斷創新的技術,帶給每一個世代音響迷無限驚喜。打開KEF的歷史,猶如閱讀一篇經典喇叭不斷被創造出來的傳奇史詩,其創辦人也是Hi-End音響史上的大師級人物Raymond Cooke,早在創業初期就倡導使用嶄新的合成材料,來製造錐盆振膜和單體元件,這種無懼使用新材質、新技術以求原音重現的理念,奠定日後KEF工程師們勇於大膽創新的血統,因此無論哪一個年代,KEF都能端出開創先河的創新技術、打造各有不同特色的經典喇叭。

不只企業文化講究創新,KEF也致力於栽培新世代音響設計工程師,例如其首部針對iPod打造的多媒體影音娛樂Picoforte MCE(請點擊參閱本站先前的詳細介紹),就是由一位還不到三十歲的年輕工程師負責;當然,更別提現今擔任Pioneer旗下高價Hi-End品牌TAD總工程師的Andrew Jones,當年就是以開發KEF最具代表性的經典之作Uni-Q同軸單體而名震天下。今日,位於英國梅德斯頓(Maidstone)的KEF全球技術總部,仍保有為數多達30名的研發團隊,其中光是專門的聲學專家就佔了三分之一,這在Hi-End揚聲器業界可算是規模相當大的陣容。日前,KEF總工程師Mark Dodd特別撥冗來台,為本地代理商與專業媒體剖析KEF喇叭背後複雜的工程技術,內容非常精彩,有興趣一探傳奇大廠KEF研發秘密的朋友,絕對不要錯過以下內容。

承襲勇於創新的基因,KEF現任總工程師Mark Dodd 

上圖是KEF最早的研發總部──一間平凡破舊的英國倉庫,而站在前方的,就是首位總工程師兼創辦人,也是名留Hi-End音響史的揚聲器大師Raymond Cooke。即使大師已於1995年仙逝,KEF也成長為跨國企業,擁有尖端研發設備與規模龐大的工廠,但Raymond Cooke勇於創新的精神仍化為永續基因,存在於每一代、每一位KEF工程師身上,而現任總工程師Mark Dodd(見下圖),當然也承襲了這種基因(有關KEF歷史與各時代經典產品特色剖析,請參閱本站先前這篇【名廠大搜密】KEF璀璨50年,追求原音的喇叭傳奇

哪一個四歲小孩,會問媽媽喇叭為什麼會發出聲音?現任KEF總工程師Mark Dodd小時候就做了這種考倒大人的事,而且他還在青少年時把收音機拆了好研究內部機件,結果家裡只好添購一套新音響──KEF的4AB,當時誰也沒料到,這個大人眼中愛找麻煩的孩子,將來會成為英國名廠KEF的總工程師。

現在,戴著眼鏡的Mark Dodd看起來文質彬彬,言談間散發有如科學家的濃厚書卷氣。原來,自幼熱愛音響的他,進入大學物理系後就專門研究聲學,畢業論文的主題當然也環繞在他最愛的喇叭,後來還到知名的Southhampton大學聲學中心作研究,培養了紮實的聲學理論根基。

不過,Mark Dodd的喇叭之路走得並不順遂,起初他學許多前輩從DIY「客製化」做起,但沒多久就發現這條路並不好走,於是向英國一家號角喇叭廠Vativox毛遂自薦,以「極低」的薪資成為喇叭設計人員。也許當前很多抱怨領22K的年輕人,會問為什麼要為這麼少的薪水做得如此辛苦,但Mark Dodd很清楚自己的目標,而事實也證明「先求有、再求好」是可行之路,因為後來他終於得以進入蘇格蘭喇叭大廠Tannoy工作。

七年後,累積豐富研發經驗的Mark Dodd,因緣際會進入KEF。彷彿冥冥之中天注定,這個聽KEF音響長大的年輕人在此如魚得水,一晃眼就待了近20年,如今更成為整個研發團隊的總工程師。在他的主導下,近年來KEF喇叭表現成績無不亮眼,從拿下TAS雜誌2008年金耳朵獎的全新Reference系列、被美國Residential Systems評選為最佳落地喇叭的Blade,到榮獲EISA歐洲影音協會2012-2013年度最佳揚聲器大獎的LS50等,全都是外型與聲音表現俱優的出色之作,Mark Dodd不負KEF創新之名的傑出表現,應該能讓大師Raymond Cooke備感欣慰、含笑九泉吧!

Mark Dodd專訪影片
上面這段影片,是Mark Dodd接受香港媒體Hiendy channel專訪,談論KEF再創經典的產品LS50。

持續創新最堅實的基礎──KEF嚴密的電腦輔助模擬運算

KEF之所以能不斷推出好喇叭,不只在於代代出優秀研發人才,更在於願意提供人才最好的設備與研發一向最缺乏的──時間。早在1971年、個人電腦仍未誕生的時代,KEF就成為首家使用電腦測試及設計喇叭的公司(上圖左),這項創舉讓KEF能夠以高達0.5分貝的精確度匹配喇叭,從而以近乎完美的狀態再現身歷聲效果;但KEF直到兩年後,才真正推出利用此項新技術製作的第一款喇叭Reference Model 104(上圖右)。不過,這段時間是值得的,因為不僅KEF 104自此成為卓越音響代表之一,也緊接著促成BBC與KEF合作,打造出史上最暢銷的Hi-End經典喇叭LS3/5a。
時至今日,儘管KEF已擁有規模不小的研發團隊,但其近年來最具代表性的50週年紀念作Blade(上圖),也是花了五年時光, 才讓靈感來自於Brancusi現代畫派傑作《空間之鳥》的不可思議概念作化為真實,成就這對全球首度量產的全頻單點音源喇叭。
也許有人認為旗艦喇叭研發本來就耗時費力,但即使是LS50如此的書架型鑑聽喇叭,也是歷時兩年才正式上線生產,因為研發人員的目標就是「再造21世紀的LS3/5a傳奇」,所以各項細節都絕不妥協,這比起許多搶推一堆型號不同、實則大同小異書架喇叭以撈錢的喇叭廠,是不是有誠意得多?難怪KEF LS50一推出就全球熱賣到缺貨,這證明內行音響迷是識貨的。

為什麼KEF喇叭的誕生都要「孕育」這麼久?Mark Dodd說最花時間的就是「模擬」過程。從1971年電腦進入KEF研發中心的那一天起,這家公司任何一對喇叭在投入生產之前,都要經過極為嚴密的電腦模擬運算,這個傳統至今從未改變。我們所見到那些外型簡潔俐落、聲音忠於純粹原音的KEF喇叭,其實都通過重重複雜嚴苛的模擬考驗,對此Mark Dodd頗具自信地表示:「簡單的結果,都來自背後複雜的工程(Simple results, complex engineering)」。

目前,KEF已有Finite Element Analysis(有限元素分析)、Boundary Element Modelling(邊界元素模型)、Computational Fluid Dynamics(計算流體動力學)等等針對不同喇叭特性量身訂製的軟體,Mark說就算其他世界一流的喇叭大廠,也沒有如此完整的模擬與測試工具。看看上 圖Mark所秀出的KEF輝煌成績:即使喇叭問世至今已近百年,但KEF手上仍握有超過150項設計專利,更在國際聲學會議上發表過50多份學術論文,放眼業界要如KEF這般實力備受肯定,又能在全球60多個國家銷售上百萬對喇叭的品牌,還真有如鳳毛麟角。

不斷進化再進化的尖端技術,KEF喇叭的七大工程奧秘

奧秘一:解決鈴振問題的雙層結構高音單體(Stiffened Dome)
從外型有如現代雕塑藝術品的Muon開始,KEF Uni-Q同軸單體中間的高音單體,就已經變成雙層結構,與傳統凸盆高音有很大不同,這是為什麼呢?
答案很簡單,因為KEF發現傳統凸盆高音單體的圓頂形狀,雖然是最符合聲波、發聲最完美的形狀,但卻會因為強度不夠而發生鈴振現象。為求完美形狀與足夠強度兩者兼具,KEF研發出雙層結構的振膜,外層是圓頂造型、內層則是強化結構,就像上圖右下角所示的拱橋結構一般,如此在振膜振動時就完全不會產生鈴振困擾。
這是KEF Blade的Uni-Q中高音同時同軸發聲單體解剖圖,也許有人會質疑雙層結構的振膜一定比傳統凸盆高音重,效率會跟著降低;但KEF藉由聰明慎選材料、在高音單體前方設置瓣型導波器,並在後方安置能有效吸收振膜背波的管道與吸音材料(詳見後述),解決了這個問題。
奧秘二:不斷電腦模擬以找出克服震動的高剛性箱體結構(High Rigidity Cabinet)
線條優雅有如藝術品的Blade,以玻璃纖維為主體的「三明治」結構來獲得更強的箱體剛性,但這個看起來簡潔的外型實際做起來困難重重。上圖顯示的是 Blade箱體早期的電腦模擬振動情形,由不同的色彩顯示可看出振動極不平均,其結構也與前面所示最後定案的內部圖有很大不同,KEF研發團隊花了近兩年時間不斷模擬測試,才找出強化箱體內橫樑結構與阻尼物的奧秘,成功克服箱體振動的問題。
奧秘三:創新的單體排列
一般傳統高低音分離的兩音路單體配置,高音與中音交接處會有凹陷,即使是兩支中音夾一支高音的D’Appolito單體排列(MTM),同樣無法解決。最完美的解決方案,就是如同KEF Blade的Uni-Q中高音同軸單體加上四支低音的D'Appolito排列,可達到完整的水平與垂直聲波擴散性,又可兼得低音對箱體的作用力抵銷,以及高、中、低音結合為「點音源」發聲的好處。
奧秘四:讓高頻響應呈完美線型的瓣型導波器(Tangerine Waveguide)
前面提到KEF透過雙層振膜結構的高音單體,以同時得到發聲良好的圓頂外型與與優異的剛性,這樣夠完美了嗎?Mark Dodd說KEF的電腦模擬提供了進步空間:倘若能再配上恰當形狀的導波器(右下角圖),這個優秀單體可擁有更好的高頻響應。
不過,一般導波器設計會使得前方空氣隨著單體運動而受到擠壓,不同疏密強弱變化的能量,會導致聲波的擴散範圍變得狹窄。那該怎麼辦?還好持續不斷的電腦模擬提供了解答,讓KEF開發出獨步業界的瓣型導波器(Tangerine Waveguide)。有了這個獲得專利的創新發明,單體不僅能維持良好高頻特性,還能增加聲波的擴散角度,讓高頻段聲波擁有極佳的擴散效果,從而得到更寬廣且開闊的自然音場。
Mark Dodd以簡報展示瓣型導波器帶來的聲波變化,它可將空氣震動轉換為「脈動球體」(Pulsating Sphere),將聲波平均向外擴散並增加擴散角度。上圖紅色及黃色是瓣形導波器附近聲波能量受到壓縮較強之處(紅色最強、黃色次之),向上向外擴張的藍色部分就是單體前方發散的聲波,往下的藍色則為振膜內面發散的聲波能量,這部份如不處理終會反彈再「打」到振膜上造成音染。
因此,Blade等KEF喇叭所使用的新款Uni-Q高音單體背後有特別設計的管道及吸音材質,以有效吸收振膜背波,使其不會反射回去造成音染、降低失真,從而提昇高頻的乾淨度與細膩度。
這就是Blade Uni-Q單體中央高音振膜後方的氣流管道剖析圖,高音振膜後方的聲波(以淺藍色箭頭表示)順著圓管向後傳遞,再由後方「圓餅」內的吸音物質予以吸收。
Mark Dodd也自豪地秀出Blade Uni-Q單體高音部分的頻率響應測試圖,看看這曲線有多漂亮,從2kHz以上一路到20kHz幾乎完全平坦!
奧秘五:讓聲波完美擴散的懸邊設計
KEF獨具創見的Uni-Q單體,將快速而清亮的中頻與純淨高頻,共同整合為單點音源發聲,呈現前所未有的精準音色,確實是一項音響技術傑作,透過強大的電腦模擬,KEF能找出Uni-Q結構上的各種狀況做最佳設計。上面是承襲旗艦Blade頂尖Uni-Q同軸點音源單體技術的平價R系列單體解構圖,請特別注意高音與中音單體交接處的「Z-flex中音懸邊」,這項看起來極簡單的部分其實也是KEF傾注不少心力的創新設計。
原來,KEF對懸邊結構與高頻擴散效果的關連性極為看重,由於Uni-Q將高音振膜整合於中音單體的中心,中音振膜的弧線表面也成為高頻能量擴散的軌跡,當高頻聲波行進到最外側中音振膜的懸邊處時,就會對高頻聲波有所阻擋甚至造成音染。KEF透過無數次的電腦模擬,才設計出特殊的Z-flex懸邊結構,讓高頻聲波可以更平順地傳至前障板,成就無失真、更乾淨的高頻音色。
奧秘六:Single Apparent Source「全頻段同軸點音源發聲」技術
自然界所有聲源都是「點音源」的發聲方式,這也是所有揚聲器設計師的終極理想,但是在過去都無法達成。前面有提過特殊的單體排列是KEF旗艦喇叭 Blade的重要特色,其所運用的Single Apparent Source「全頻段同軸點音源發聲」設計簡稱為SAS,此技術首見於KEF Concept Blade喇叭(Blade前身概念製品),其作法是正中央為Uni-Q中高音同時同軸單體,其他四支10吋低音單體兩個一組且背對背,以Uni-Q單體為中心上下兩側對稱配置,使低音的發聲軸線與Uni-Q的中高音發聲軸線重合,達成全頻段的聲波都由同一點(以面對喇叭正面的聆聽者來看) 發出的理想型態。
這就是KEF Concept Blade喇叭的透視圖,這看似極為簡單、理所當然的低音單體陣列架構安排,並非從天上掉下來的奇想,而是KEF研發團隊花了三年以上時間,不斷透過大量電腦模擬,才讓概念之作化為真實。
這是Mark Dodd所展示的SAS電腦模擬示意圖,上方是採SAS技術的Blade喇叭,下方則是一般傳統喇叭,可明顯看出一般喇叭的高、中、低頻聲波的結合擴散很不規則,但SAS全頻段同軸點音源的聲波擴散則非常均勻,如此當然可以創造出自然又精確的聲音結像。
奧秘七:Force Cancelling「振動抑制」技術
從KEF Concept Blade喇叭正面Uni-Q的軸線觀察(上左圖),可清楚看到在SAS架構下五支喇叭單體的相對位置,其「總合發聲點」就在Uni-Q單體的發聲軸線上。另一方面,四支10吋低音單體兩支一組不僅背對背緊貼著裝設,還採用「同相」發聲的配置(兩者同時向外推或向內縮),如此不但能得到四支10吋低音龐大的空氣推動能量外,四支單體對音箱的作用力也可以完全抵銷,讓音箱整體的振動大幅降低,有效提昇音像及定位的精準度。這種讓低音單體左右對稱配置以相互抵銷振動的技術,就是KEF的終極「振動抑制」(Force Cancelling)技術。
這是Mark Dodd對媒體簡報所拍下的照片,實際簡報過程中這兩張圖片是以動畫型態顯示,KEF實際以金屬框架與兩個低音單體模擬,並以同樣功率輸入低音單體發聲, 兩者的差異顯得一清二楚——在發出巨大音壓及音樂能量之同時,與一般單體僅裝設於正面障板喇叭(圖左)的激烈搖晃相比,採用「振動抑制技術」(圖右)僅有極低的振動,這無疑可讓中高音的音像及發聲更精準。

由上述KEF總工程師Mark Dodd詳盡的剖析,我們完全可以瞭解,KEF研發團隊對於各項細節,是如何極盡要求且持續不斷地努力。如今,這些優異的獨門技術,不僅集結在凝聚KEF五十年功力的旗艦喇叭Blade身上,就連平價多聲道喇叭系統乃至書架喇叭都能見其身影,讓更多的音響愛好者無論預算高低,都能因KEF研發人員的心血結晶而獲得優異的聆聽品質。KEF旗艦喇叭Blade的身價超過新台幣一百萬元,儘管相對於其他喇叭品牌高階製品並不算昂貴,但能夠實際購入享用的音響迷與音樂愛好者仍是少數;不過,透過將Blade研發所得的Uni-Q單體等技術,「下放」到身價僅有Blade數十分之一的中階與入門級KEF喇叭製品身上,讓更多普羅大眾能夠輕鬆擁有,實在是大家的福氣!由近期KEF R系列LS50X300A的熱賣與不斷獲獎,剛度過五十歲生日的KEF無疑仍充滿活力,所憑藉的正是不斷創新的研發基因,相信未來KEF必定能帶給我們更多的精彩與驚奇!

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