封面故事（一）｜虽然不是主流，从来没有消失——静电扬声器怎么来的?|全频|喇叭|爱迪生|静电扬声器|音箱|麦克风

PART 01

静电扬声器出现的时间，可能比你想象的还要早!我不把静电扬声器称为“音箱”，是因为它根本就没有“箱”啊，没有箱就少了音染的机会，所以静电扬声器尽管被发明后就命运多舛，但始终有忠实的粉丝，“世界上失真最低的扬声器”头衔让它永不会消失!

我们知道1880年爱迪生发明了第一台留声机，这是一种带有简单号筒的蜡筒，通过唱针来播放，只能说是有声音，谈不上高保真。1898年Oliver Lodge爵士发明了一种锥形扬声器，他称之为“咆哮式电话”，其特性与我们今天所知的传统锥形喇叭单元非常相似。然而Lodge并未想到用这种扬声器来播放音乐，因为当时还无法放大电信号，直到1906年美国物理学家Lee De Forest发明了三极真空管，人们才有机会放大电讯号。而我们今天熟知的扬声器，在电子管发明的20年后，就纷纷展露头角。

贝尔实验室的工程师Chester W. Rice与Edward W. Kellogg展开扬声器的各种研究

不管是爱迪生的圆筒，还是伯林纳（Emile Berliner）的圆盘留声机，都是直接把讯号刻录在蜡质材料上保存，我们称为“机械录音”。1920年8月，声音录制跨越了一个非凡的门槛——不再局限于唱片或圆筒，而是透过空气进行现场传播。底特律新闻广播电台的8MK站进行了世界上第一次无线电广播，音乐开始透过无线方式传达到家中的听众。于此同时，声音记录也进入了一个新的发展阶段，与过去的声机械录音不同，麦克风将声波放大并转换为电讯号，大大提高了保真度和音量。1925年，西电公司推出了彻底改变音响产业的录音系统。该系统使用麦克风、真空管放大器，捕捉到的频率范围和动态深度(大概有30dB)大幅进步。这是第一次，管弦乐团和歌手的声音能够被自然、清晰、平衡地录制下来，现代录音真正诞生。Victor和哥伦比亚(Columbia)等唱片公司制作的第一批电气录音唱片震惊了公众，但传统的留声机无法完全重现这些唱片上的所有信息。

1898年，Oliver Lodge爵士发明了一种锥形扬声器

AT&T与子公司西电公司所属的贝尔电话实验室，决定开发一套完整的播放系统，包括新的电唱机和扬声器，甚至是新的录音工具。贝尔实验室将该项目分配给两位年轻工程师切斯特·赖斯(Chester W. Rice)和爱德华·凯洛格(Edward W. Kellogg)。当时的贝尔实验室可以说是世界最厉害的科学重镇之一。物理学家奈奎斯特（Harry Nyquist）提出的奈奎斯特采样定理，指出要无失真地重建连续信号，采样频率必须至少是信号最高频率的两倍，这是CD规格44.1kHz采样频率的理论基石。早期研发主管阿诺德（Harold D. Arnold），领导改进三极管放大器，使纽约–旧金山的跨大陆电话成为现实，作为西电公司的关键技术领袖，他持续推动电子管稳定性和增益提升，影响至今。

1920年代的贝尔实验室开发了众多先进技术

特别是1925年之后，贝尔实验室开发了录音与同步播放系统（Vitaphone），用于将声音与电影画面同步，这项技术后来授权给华纳兄弟，催生了1927年上映的《爵士歌手》，这是第一部商业成功的有声电影。连同电容麦克风、MC唱头、立体声录音(与指挥家史托科夫斯基合作)以及立体声刻片方式等，都在这波行动中被发明出来。此外对电话听筒、送话器和电缆材料的研究，提高了设备的可靠性和音质，声学测量方法和人耳听觉响应模型也在这一时期开始建立。贝尔实验室这些先驱者不仅解决了当时电话通信的难题，更构建了通信工程、信息科学和电子系统设计的理论框架，为20世纪下半叶的信息革命铺平了道路。

1925年Rice与Kellogg研发出世界上最早的动圈式喇叭单元

由于贝尔实验室的研究经费主要来自AT&T电话服务的附加费，在政府监管下有稳定投入，使其能进行长期、高风险的基础研究。赖斯和凯洛格因此拥有一个设备齐全，当时所有科学家都梦寐以求的实验室。实验室配备了一台拥有前所未闻的200瓦真空管功放(当时超过10瓦就已经可以吹牛逼了)，大量新型唱片，以及过去十年收集的各种喇叭原型。其中包括Lodge的锥形喇叭、使用压缩空气的扬声器、电晕放电（等离子)和静电扬声器。经过一轮淘汰后，他们将“参赛者”范围缩小到锥形和静电平板。研究发现，等离子式扬声器性能最佳（失真≤0.002%），但因其极高的成本与对人体有害的臭氧气体，普及使用不大可能。带式扬声器则因结构复杂、效率低，只在高频段（1500Hz以上）有较好的表现，因此使用范围受到了很大限制。锥形喇叭纸盆+悬边+音圈+磁铁的结构难以改变，失真率普遍大于>3-5%。最终二人把目光集中到结构相对简单、性能优越（失真≤0.05%）的静电扬声器上。

1926年Vitaphone电影音响系统采用了贝尔实验室研发，由西电生产的555单元，该单元与一个喉口直径1英寸、开口面积40平方英尺的号角相连；其频率范围为100-5000Hz，效率为25%

塑料薄膜的出现可以追溯到20世纪初，但其真正实用化、工业化生产并广泛应用是在二战以后。早期的赛璐珞薄膜（Celluloid Film）与醋酸纤维素薄膜（Cellulose Acetate)只能用在摄影胶片、眼镜框等产品上。1933年英国ICI公司偶然合成低密度聚乙烯(LDPE），二战期间被用于雷达电缆绝缘，到1940年代末才大规模使用合成塑料薄膜在食品包装、购物袋等民用领域。由于没有塑料薄膜，贝尔实验室只好另想他法，他们的静电样品令人叹为观止。巨大的双极扬声器大得像一扇门，由猪肠制成外覆细金箔的振膜开始发出腐臭的味道，但在电子管金黄光芒照射下，研究人员都惊呆了。静电扬声器表现超乎想象，他们从未听过如此真实的器乐音色，这种设计听起来更像真正的音乐，而不是老式声留声机那种尖叫的声音。后来为静电扬声器设计申请专利并通过的凯洛格知道，一个伟大的新时代即将来临。

1925年维克多（Victor）Orthophonic留声机采用折叠式指数喇叭，这种喇叭后来成为Klipsch音箱的设计原型

赖斯和凯洛格二位工程师投入大量时间研究静电设计。然而，他们很快遇到了即使是现代设计师也面临的同样困难:平面扬声器需要非常大的表面积来重现低频。由于贝尔实验室管理层认为如此大型扬声器没有市场，他们在静电学方面的研究从未被用于商业产品，出于成本考虑，工业界选择了动圈式喇叭。之后的30年里，静电设计被打入冷宫。在1930年代经济大萧条期间，音响设备的消费者几乎消失，爱迪生留声机公司被迫于1929年关门。当时大多数人仍使用老式的Victrola风格机械留声机，直到二战结束前音响设备几乎没有进步。

1953年Arthur Janszen获得静电扬声器的另一个专利

二次大战后，音频行业经历了一次巨大的复兴，体现在技术突破、消费市场兴起、音乐产业转型以及听觉体验的革新等多个层面。比如德国在1930–1940年代发展出磁带录音（AEG/BASF），使用交流偏磁技术，音质远超当时的钢丝录音或老式留声机。战后盟军将技术带回美国，促成1948年首台商用专业磁带录音机Ampex 200的诞生，彻底改变广播和音乐制作方式。“High Fidelity”一词在1940年代末开始流行，强调忠实还原原始声音，推动了对频率响应、失真率、讯噪比等指标的科学测量。1948年哥伦比亚唱片公司推出331 / 3转长时播放黑胶唱片，用乙烯基材料取代78转唱片易碎的虫胶材料，背景更安静、动态范围更大。磁带+LP黑胶这两项发明，开启了现代音响的大门。

1934年E.W. Kellogg获得静电扬声器专利，它由许多小型单元组成，无需磁铁、锥盆或箱体即可辐射声音。这项专利以及Hans Vogt于1932年获得的英国专利，影响了Peter Walker在1957年制造出QUAD ESL静电扬声器

贝尔实验室持续研究人耳听觉心理、声场重建、噪声理论，为HiFi标准提供科学依据。MIT、RCA等实验室也陆续开发新型电子管、麦克风与扬声器。AES（音响工程协会）1948年在美国纽约创立，标志着音响工程成为独立专业领域。战后经济繁荣则催生中产阶级对家用高保真音响的需求，扬声器、放大器、唱机、调谐器开始作为独立组件销售，《Audio Engineering》（1947创刊）、《High Fidelity》（1951创刊）等杂志有力的推动了发烧文化，随之而来的是对各种音响器材的巨大需求。

1925年Grebe收音机搭配西电的540喇叭

1947年一位年轻的美国海军军官约翰逊(Arthur Janszen)受指派发展新的声纳探测设备，该测试仪器需要极其精确的扬声器，约翰逊发现当时的锥形喇叭相位和运动都不够线性，无法满足他的标准。于是他动手试做了静电扬声器，在塑胶薄片上涂上导电漆当振膜，事后证明无论是相位或振幅表现都不同凡响。Janszen继续研究，发现将定极板（Stator）绝缘可防止破坏作用的电弧效应，他辞去了哈佛大学的教职，在马萨诸塞州北剑桥创立了约翰逊实验室（JansZen Labs）。1954年推出世界第一款静电高音单元阵列Z-130，以四个静电高音呈120度弧度倾斜，近似于曲面面板从而扩大指向性。这款产品被认为是当时最先进的技术，拥有最甜美、最通透的音质，超越30kHz的惊人频率响应，1kHz以上失真极低。但Janszen的静电单元无法全频发声，它与Acoustic Research的AR-1低音搭配，成为那个时代最具代表性的高端扬声器。

1956年英国的Peter Walker推出第一个商业化的静电扬声器ESL-57

大西洋彼岸，1955年沃克(Peter Walker)在英国的《无线电世界》一连发表多篇有关静电扬声器设计的文章，他认为静电振膜与生俱来就有宽广平直的响应，以及极低的失真，失真度比当时的电子管功放还低得多。1957年，沃克推出第一对全频静电扬声器ESL。虽然他不是第一个探索静电概念的人，但他成功将理论变成实际，QUAD ESL-57成为世界上真正意义上的第一对全频段静电扬声器。他的成功得益于采用杜邦公司新开发耐用且轻质的Mylar薄膜，开放式双面发声设计，几乎无质量的振膜，提供了清晰度、速度快且没有染色的声音，这与传统的动圈锥形喇叭相比是革命性的进步。ESL-57立即树立了声音准确性的标杆，中高频的透明度与真实感前所未有，因此即使ESL有一些问题，例如音量太小、低频不够、阻抗负载令某些功放望而生畏、扩散性不足、承载功率也有限等，但这对静电扬声器仍生产了26年之久，才被改良的ESL-63取代。

Janszen的静电单元无法全频发声，但它与Acoustic Research的AR-1低音搭配，成为那个时代最具代表性的高端扬声器，图为1960年代的Janszen Z-400

QUAD ESL 63可以说是电声工程的杰作，有效解决了方向性太窄的问题。除了进一步将振膜厚度降至3μm，质量大幅降低有助于反应速度的提升，沃克还设计了一套专利系统，采用同心环形电极，通过顺序延迟线供电，将音频信号延迟到大型平面振膜的外层区域，使声音传播类似点音源。这一创新带来了更广泛的扩散、更连贯的声场和大幅提升的瞬态响应，不但延续了ESL的经典地位，也让沃克进入扬声器设计史的名人堂。QUAD公司后来被IAG先歌集团收购，仍继续生产静电扬声器，近年推出的ESL 2812/2912进一步提升尺寸，让音压与低频表现足以和动圈喇叭相提并论，QUAD再一次让音响迷见识到静电扬声器的声音魅力。

1954年Janszen推出世界第一款静电高音单元Z-130，拥有超越 30kHz的惊人频率响应，以其透明、卓越的瞬态响应以及1kHz以上极低的失真而闻名

美国的约翰逊实验室没有停下脚步，全频静电扬声器原型引起了KLH公司的关注，并向约翰逊提出了一份难以拒绝的收购要约，很快约翰逊成为了KLH的副总裁，在充裕经费支持下继续研发后来成为KLH-9的旗舰产品。KLH-9彻底解决了QUAD ESL的问题，它可以平坦发出40Hz的低频，有足够音量，而且可靠耐用。1959年KLH-9上市时售价2000美元，按目前币值计算约数万美元，在当时绝对是天价!被认为是有史以来最伟大的扬声器之一的KLH-9，包含10个低音和一个4x4英寸高音静电膜，透过变压器的不同绕组在800 Hz进行分频，所以KLH-9实际上是2路分频设计。它的静电高频延伸到30kHz，最大承受功率60瓦，即使以今天的标准来衡量都非常厉害，在当时根本就是“天籁之音”!

QUAD的ESL-57因其惊人的准确性，立即为音响行业树立了性能标准。然而它不能播放很大声，低音表现较差，灵敏度，指向性强，功率承受能力大约只有70瓦

约翰逊的成就不仅于此。他的设计在Koss的Acoustech X、Acoustech和Dennesen等扬声器的设计中发挥了关键作用。当Janszen公司被出售时，RTR公司购买了一半的生产模具，这些工具被用于制造Servostatic的静电板，后来成为Infinity的首款产品。老约翰逊去世后，他的儿子大卫·约翰逊继承了父亲的遗志，继续生产基于老约翰逊开创技术的现代静电扬声器。2017年，大卫·凯利（曾在Klipsch工作多年的老将）收购了整个KLH系列的版权，由大卫·约翰逊协助复刻了KLH-9，后续还有改良的Janszen 9.5。随后还有一些品牌陆续成立，每家公司都有自己独特的技术，包括Acoustat、Audiostatic、Beveridge、Dayton Wright、Sound Lab和Stax等。

因为性能受限，Peter Walker于1981年发布了改良的ESL-63。ESL 63是电声工程的杰作，直接解决了方向性问题，采用同心环形电极，通过顺序延迟线供电达到类似点音源的效果，这一创举奠定了Peter Walker作为扬声器设计史上最具影响力人物的永久地位

其中最重要的品牌是Sound Lab天域公司，它由Janszen公司的首席设计师Roger West博士创立，博士曾任职于NASA美国国家航空航天局，后来专心从事静电扬声器的研发。他在1978年离开Janszen后与Dale Ream博士在美国犹他州共同创办了Sound Lab天域公司，至今仍坚守静电扬声器制作。KLH公司在1970年代中期停止运营后，其资产被Electronics Industries (E.I.) 收购，E.I.成员就包括Roger West博士。参与KLH-9设计的Roger West，认为只有能发出全频的大尺寸静电振膜，才是还原音乐现场的最佳解决之道，于是他倾毕生功力完成了Sound Lab A1，把低频延伸扩展至25Hz左右，立刻轰动武林。由于Sound Lab采全频发声，没有分音器，本身损耗很少，再加上较高的灵敏度，很小的阻抗变化，让它很容易驱动。绝佳的扩散性让Sound Lab可以随性摆放，任何角度都能轻松呈现立体音像，虽然它也会受空间物理条件影响，但聆听者不需要局限在所谓的“皇帝位”上，房间里面任何角落都可以感受到音场与定位，这样的感觉，和我们在音乐厅里面聆听现场音乐极为相似。

Sound Lab于1978年由Roger West博士创立，首款产品是A-1全频静电扬声器

另一个为人熟知的静电扬声器品牌是美国的马田卢根(MartinLogan)，它的故事算是一页传奇。品牌名称来自两位创始人：Gayle Martin Sanders与Ron Logan Sutherland，1970年代末他们在美国堪萨斯州劳伦斯市相识，Sanders是一位艺术家，痴迷于静电扬声器的纯净音质；Sutherland则是音响工程师（父亲是音响品牌Sutherland Engineering创始人），擅长电子电路。他们共同的目标是解决静电音箱的致命缺陷——低频不足与体积庞大，同时保留其无与伦比的中高频透明度与瞬态响应。1981年推出的Monolith，约1.8米高的静电混合音箱，被誉为“能让你看见音符的音箱”，虽价格高昂、占地巨大，但确立了 MartinLogan在Hi-End音响界的地位。Monolith采用弧形静电面板，将静电薄膜弯曲成圆柱形的一部分，除了改善水平扩散角，减少面板边缘衍射，提升声场自然度，还可做得更高大而不牺牲刚性。这项设计被注册为CLS™，成为MartinLogan的标志性技术。2002年公司并入加拿大Paradigm集团，但保持独立研发，陆续推出四件式旗舰Statement e2、Neolith等顶级型号，静电技术始终是品牌灵魂。目前马田卢根的产品多采用混合式架构，静电板负责中高频，配合动圈式低音单元，虽然实现全频段发声，但也有锥盆单元速度跟不上静电板的疑虑。

Arthur Janszen设计的KLH Model 9大型全频静电扬声器，被认为是有史以来最伟大的参考扬声器之一，从1962年生产到1977年才停产

为什么静电扬声器如此特别？

“它不像在听音箱，而像音乐家就在你面前演奏。”

“中高频的“无箱体感”：静电板几乎没有分割振动，声音仿佛从空气中浮现。极低互调失真，薄膜质量仅为传统锥盆的几百分之一，因此能忠实还原录音细节、微弱泛音、呼吸声、弓弦摩擦皆清晰可闻。”——音响评论家常见评价

MartinLogan于1981年凭借Monolith一举成名，主要创新是采用曲线线源（CLS）静电面板，通过弯曲薄振膜实现更宽的30度水平声场，解决了扩散问题

的确，静电扬声器从未追求“最响”或“最贵”，但所有品牌都坚持一条小众却极致的道路——用工程艺术重现声音的本质。在数字流媒体与无线音响主导的现代，它仍吸引着那些愿意静坐聆听、追求“真实声音”的发烧友。静电扬声器有其先天的限制，如今这些限制大部分已经得到解决。美国航天计划推动材料的进步，设计师能利用先进的绝缘技术或提供保护电路，并通过使用延迟线、声学透镜、多面板阵列等结构，让静电扬声器有机会成为有史以来性能最高的发声产品。可惜贝尔实验室的赖斯和凯洛格，做梦都没想过这项技术将被推展到多远。