从惠威看扬声器震膜
从惠威看扬声器振膜
总记得在10几年以前的朋友那对10英寸大喇叭,仅有不到3W的功率,朋友有事没事便在家中用那个3DD15组成的功放使劲儿听它,小镇上的街坊四邻到处 都听得见。每逢此时,笔者便觉得四处的目光或多或少都有些异样,即使是这样,笔者仍是羡慕,将它借回家中听了一段时间。正逢上梅雨季节,家中潮湿异常,放 了几天以后,那个纸盆用手一摸一按便松塌塌的,让人很是泄气,那时并不知道这样会不好,有两次我还竟然用湿抹布擦了上面的灰尘,换来的结果是天晴以后赶紧 将音箱抱出去晒了晒,名曰透透气,其实是晒喇叭。
这就牵扯上了振膜的问题。以纯纸浆作基质的纸盆,晴天一个样、雨天又是一个样肯定 不行,以现在挑剔的耳朵来听,这其中的区别耳朵肯定能感受到,声音的质量天天在变,就像人的心情,那还搞得成? 在去年的一次发烧朋友闲聊中,朋友无意之间问了笔者一个问题,是关于惠威喇叭的:“你说,为什么惠威喇叭的振膜材料有那么多种类,有那个必要吗?”
问题确实很难回答,因为笔者不是一名电声专家,仅是一名发烧友而已,可又不能不回答,因为朋友们认为在别的方面笔者可能不如他们,但在喇叭这一方面,笔者知道的可能比他们多一些。
在1992年,惠威推出了他们的成名作S8,他们在纸盆材料的选择上开了一个先河,首先在国内商品化Hi-Fi扬声器振膜的材料上选用了PP材料作为扬 声器振膜。PP是什么?它是英文ProPylene的缩写,意为聚丙烯,就是塑料。不同的是,S8不仅是单单的聚丙烯盆,它的振膜材料中还点缀了“碳”这 种材料来改善振膜的物理性能,所以其振膜全称为“云母碳化聚丙烯振膜”。随后不久,他们又推出了采用Kevlav(防弹纤维)振膜的SK、K系列单元以及 采用多层密压PG振膜的C系列中低音单元。那么,衡量一个振膜质量、决定它音质、性能好坏的主要性能究竟是哪些,它们的区别是什么?
决定一个振膜质量优劣的主导因素大致有以下几种:振膜的刚度、振膜的内阻尼大小、振膜质量的大小。
一、振膜的刚度
振膜的刚度主要决定了扬声器可能出现的分割振动频率。作为一个理想的单元,我们不希望出现讨厌的分割振动现象,而希望无论在任何频率振膜都是一种整体的 同步运动。作为以前的纯纸浆的纸盆,它的刚度很差,同时又不耐潮湿,抗霉变的能力很差,不信你可以找一只以前的老式扬声器,在阴雨天气或湿气比较重的环境 里放置一段时间后,用手轻轻按下纸盆,你会发觉手按的地方比纸盆别的地方凹陷得更深一些。当频率较低时,整个纸盆还能作一种同步的运动,但是当频率越高 时,振膜越来越集中于纸盆的中央部分,即与音圈相连接的部分,在中频段,由于纸盆的边缘共振以及分割振动的影响,纸盆各个部分的振速以及相位都变得不一致 甚至有时出现抵消、有时出现增强的现象,使得单元在中频段出现较明显的峰谷,这便是扬声器纸盆在中高频段峰谷大量出现的原因。有鉴于此,所以现在纯纸质材 料的振膜越来越少,虽然在一些非常高档的民用Hi-End喇叭中仍有它的一席之地,但它们大多是以纸为其振膜的基质,另外在材料中添加了别的一些物质用以 改变纸质材料的物理特性,使纸盆的物理强度增加,让它们的耐潮湿、耐霉变能力得到提高,使因纸盆分割振动而产生的失真得到减小。
惠威的S8、C8、SK8等系列单元所采用的振膜优点有哪些?
下面以C系列所采用的多层密压PG振膜为例来解释这个问题。
PG的主要原料是聚氯乙烯(PVC)和鳞片状石墨粉,由于石墨片的高度取向所致,PG薄板所呈现的刚性比纸质材料大大增加,这使得其分割振动频率所产生 的范围大大超过了一般的纯纸盆扬声器。惠威的HI-VI-C8″ 的有效频率范围为80Hz~5kHz,虽然从此数据上看不出此值有着特别的优势,但此值是在频响不均匀度为±1dB的条件下测量的结果,足以说明C8″这 个扬声器所采用PG振膜的优势。作为一个详尽的说明,很可惜手中并没有惠威C系列扬声器所采用的多层密压PG振膜的各项参数,包括它的杨氏模量、材料密 度、声速以及内部损耗tanδ值等等,但是手中有一份详尽的参考资料,恰恰是关于介绍扬声器振膜用PG材料的文章可以用来参考。
虽 然PG的密度比纸盆用纸质的密度要大,但除此之外,在合理配方的情况下,PG的物理性能绝大部分超过了纸质振膜。在上面所说到的译文中,作者给出了详细的 测试数据,当石墨的填充率为65%时,声速在PG中约为6×103m/s(铝和钛中的声速分别为5.1×103m/s和4.9×103m/s),比铝和钛 中的声速还高,杨氏模量约为7×1010N/m2,密度约为1.8×103kg/m3,内部损耗tanδ≈0.02(根据成份组成的不同,tanδ还能提 高到0.045),而表征振膜刚度的比弹性率(杨氏模量/密度)却远远高于纸质振膜的比弹性率,经查资料,已知铝的密度为2.7×103kg/m3,弹性 模量为7.0×1010N/m2。比较可知,此时PG的比弹性率比金属铝振膜的还高,并且密度比铝质的还要小,这些指标是一般的纸质扬声器振膜远远不能比 拟的。在资料中所对比生产的两款口径、盆深、质量都相同的、采用不同振膜的扬声器,一款是PG振膜、一款是纸质振膜,它们的参数对比于下:
口径120mm、盆深80mm的扬声器采用的是加有添加剂的后氯化PVC中掺入50%石墨粉的PG振膜,其弹性模量为4×1010N/m2,密度为1.6×103kg/m3,声速为5×103m/s,tanδ为0.02。
同样尺寸的纸质振膜扬声器、杨氏模量为3×109N/m2、密度为0.6×103kg/m3,声速为2.2×103m/s,tanδ为0.035。
从这两款实验扬声器性能数据我们可以分辨出它们之间的区别,同时从其中所测出的两款扬声器的频响特性看,PG振膜的高频特性要远优于实验用的纸质振膜扬声器。
从这个例子我们大致可以估计出惠威C系列多层密压PG振膜的优势所在,也能从PG的性能中推测出采用PP盆的大致情况,当初采用PP盆的S8为什么能风 靡全国发烧界,它的频响为什么能一直延伸到7kHz(±1.5dB)。知道了这些,也就知道了“S8旋风”产生的秘密。而S8、C8的失真分别低达 0.6%(100Hz、103dB)和0.3%(100Hz、103dB),你不能不承认,优质的振膜在其中所起到的作用。
在低音 扬声器振膜的选用上,惠威产品所采用的种类较多,它们都是优质的高强度振膜,可以承受高声压、低失真的工作状态,但我们最常见的振膜种类有以下几 种,ProPylene云母碳化聚丙烯、PMK双层云母高强度振膜、采用Kevlar防弹纤维的振膜、高强超轻碳纤维编织振膜、金属振膜等等,这些材料首 先强调了振膜的高刚性和抗破坏强度(当然也有较合适的内部损耗),这些都能确保单元的分割振动能得到有效的抑制,它对减少单元的失真、拓宽频带宽度都会产 生重要的影响。值得一提的是,惠威还在国内商品化的扬声器中第一次引入了三文治结构的振膜,在1996年F系列的扬声器中(F5.1、F6.1、 F8.1、F10.1、F12.1)它们采用了德国M&M多层三文治防弹纤维编织振膜,图1是F6.1扬声器照片。这种振膜由三层不同特性的材料 经高压工艺合成,两边是高阻尼损耗的防弹纤维材料,有效吸收振膜两面的不良振动能量,而中间的材料硬度较高,起到振膜骨架的作用。这种振膜工艺复杂,但它 利用复合材料的不同物理特性使整体表现得到很大提升,是一种价昂质优的高档振膜材料。1998年推出的新款F系列扬声器,它采用了Kevlar与天然纤维 相混合的高强度振膜,而其中小口径单元F5的频率响应±2dB带宽达到120~5000Hz,如果稍微放宽一点对它的要求,F5能够使用的轴向频响上限能 放宽到10kHz,如此优异的指标,可以将F5取代任何一款优秀的球顶中音扬声器与任何型号的高音扬声器进行搭配。
提高单元振膜的 刚度所带来的好处显而易见,它能减少单元的分割振动、相位失真,提高单元的频率响应范围。正因为如此,惠威还于近年开发生产了金属振膜的扬声器,广泛应用 于近来颇受好评的DiVa系列中,它们给人的表现让人满意。然而,随之而来的一个问题是:高刚性是否为高质量振膜所追求的唯一目标?答案当然不是。如果 是,那全世界的扬声器振膜都清一色的变成了高硬度金属的天下,焉能有丙烯、纸质、碳纤维、Kevlar的立足之地。在追求振膜材料高强度物理特性的同时, 还有一个同样重要的物理特性都与之相关联,那就是物质材料的阻尼损耗,也就是在上文中提到的tanδ。
二、振膜的内阻尼
我们在要求振膜高强度的同时,还必须要求振膜具有高的内阻尼特性,这个高的内阻尼特性同振膜材料的选用有直接的关联,也是衡量一个振膜质量、声音表现的 重要指标之一。tanδ越小,它对振膜的分割振动给予的阻尼越小,对音符变化时因惯性运动带来的不利振动的阻尼亦越小;而内部损耗tanδ越大,振膜对各 种不利振动实施的阻尼便越强(对不利信号实施阻尼的许多工作是由支撑系统完成的)。通常来讲,高的内阻尼特性同高的强度一样,是高质量振膜所追求的目标之 一,这两个指标是互相关联但又是互相制约和矛盾的,很难找到一种刚性又强而内阻尼特性又十全十美的完美振膜材料。金属的强度很高,但是金属振膜的内部损耗 都很小;纸质振膜的内阻尼特性优良、密度又低,但纸盆的强度不能使人满意;丙烯、Kevlar的内阻尼特性优良、强度又高,但其密度却比纸质大了不少。所 以在振膜材料的大部分研究工作上,这两个因素的兼顾、创新、折衷几乎成了电声专家们最感头痛的事情,而带来的一个结果是,一个高档或极品中低音扬声器的振 膜价格是普通扬声器振膜价格的几倍、几十倍甚至更高。有时,为了改善材料的内阻尼特性,还采用复合材料作为振膜材料,如在1998年开发生产的F扬声器, 它采用了防弹布材料与天然纤维相混合的高强度振膜,既保持了单元振膜的高刚性,又利用了天然纤维内阻尼特性优良的优点。这个F系列的扬声器广泛应用于惠威 的Swan系列音箱中,最著名的品种当数Swan M1,这款小小的箱体表现出来的实力不容忽视,采用Kevlar与天然纤维混合振膜的F5所表现的声音让人刮目相看。
振膜材料不同 的扬声器音色表现是不同的,除了因扬声器参数差异、磁路结构、驱动系统的采用不同之外,因振膜的不同而带来的音色变化相当明显,你可以有选择性地从惠威产 品中聆听PP盆、PG盆、Kevlar盆、D系列一体化盆(如图2的D6扬声器)、金属盆和F系列、W系列扬声器之间的音色区别。造成这些振膜音色产生细 微变化的原因便是上面所讲到的这几点:振膜的内部损耗值的大小、振膜强度的高低、振膜中声速的大小,还有一个未提及到的原因,那就是振动系统等效振动质量 的大小。通过这些因素的调整可以用来改善扬声器的频响和参数,同时使扬声器的前沿和后沿特性变得更好。
三、振膜的质量
质量越大的东西,因物体高速运动所产生的惯性越不容易控制。这个道理不用讲大家都明白,表现在振膜上,质量越小,扬声器的高频特性便越优良、其瞬态特性 便越好;振膜质量越大,扬声器对高频信号的反应便愈是迟钝,其瞬态反应便愈差一些。打上一个简单的比方,有一个2g和一个10g的振膜,如果将2g的振膜 比喻成小轿车,那么那个10g的振膜就称得上一个载重的大货车,显然那个大货车比起小轿车来讲起动也慢、制动距离又长、反应速度也慢。从简单处考虑,这个 比喻是恰当的,因为力学的基本定律是一样的,而扬声器恰恰是一个牵涉上机—电—力学的电声器件。
在一个扬声器中,振动系统的质量越 轻越好(振动质量包括振膜、音圈以及所推动空气的质量),这样单元便能适应较高频率的振动。不过,在扬声器中,振膜质量的大小却跟很多参数的选择是互相矛 盾的。我们在考虑振膜质量大小的同时还要顾及到振膜的刚度,振动质量的大小又跟扬声器,特别是中低音扬声器很重要的一个参数有牵连,那就是扬声器的谐振频 率。由于决定扬声器谐振频率的主要参数是扬声器中振动系统的质量和劲度,而振膜的质量又是属于振动系统等效质量重要的一部分,在音圈质量一定的情况下,你 可以认为,振膜越轻,f0越高;振膜越重,f0越低。所以在决定了扬声器的f0这一指标后,在选用振膜的质量上还必须有所侧重。通常,如果你希望所选用的 f0低,你可以选择那些振动系统等效质量大的品种;如果你希望所选用的扬声器高频响应好,例如在中音扬声器的选择上,由于球顶式扬声器比锥盆式中音扬声器 的等效振动质量低很多,你可以选择球顶式的中音扬声器以获得清晰度很高、瞬态响应很好的中音播放效果。
对于中音扬声器的振膜来讲, 通常有两种分类,一类是锥盆式中音单元,还有一类是球顶式中音单元。锥盆式中音单元的谐振频率低,可以承受大的功率输出,由于它的振膜面积较大,且位移量 大,所以它的输出声压也大于常见的球顶中音扬声器,声音厚实。而球顶中音扬声器由于其口径很小,所以它的频率指向特性要明显优于锥盆式单元,同时,由于它 的振膜质量远小于锥盆式单元的振膜,所以通过球顶中音出来的声音速度感快、清晰。作为单独的中音扬声器,惠威的单元给我们提供了两种选择,一类是传统的小 口径锥盆式单元,由它自己的一些非常优秀的小口径振膜的中低音单元(例如SS6.5、F5、W5、中音D5M等)来担任中音使用,还有一类是惠威提供的专 职中音的扬声器——球顶式中音扬声器。作为国内高档Hi-Fi用中音扬声器,惠威的DMA球顶中音扬声器几乎是国内发烧友所能接触到的典范之作。抛开它的 别项技术优势不讲,光从DMA派生出来的一系列中音单元振膜的不同种类就有不少。DMA以及后来推出的采用钕铁硼磁体的DMN均采用了传统手工制作的德国 天然纤维编织振膜,而DMC则很少。有的采用了英国制品——红色的合成纤维振膜(说实话,笔者不太喜欢这个颜色,因为红色振膜会同许多传统的颜色格格不 入),DMD采用的是德国Kevlar纤维振膜,而DMF采用了德国的灰色玻璃纤维合成振膜。其中DMC和DMF由于其振膜所具有的物理特性属于分析力极 高的型号,它们的速度反应非常快、瞬态特性相当好。不同振膜的中音扬声器其音色表现是不同的,根据其音色的特点它们都有各自最佳的中低音匹配对象,DMC 适宜于同厂的D、F以及SS系列配合,DMF适宜于同厂的PP盆、E系列的单元配合,而DMD最佳的配合对象是使用防弹纤维振膜的K、SK、F系列单元配 合。
而传统的电动球顶高音扬声器,就其振膜来讲其分类有两种:一种是硬质球顶扬声器,其中金属膜球顶扬声器是其代表,还有一种是软 球顶高音。金属膜球顶高音的声音亮丽、速度快、高频的分析力强,但不利的一面是它在播放质量不佳的数字音源时,通过金属膜球顶出来的高音会出现稍许数码 味,略显生硬(对于中高档的CD唱机而言,这个现象并不存在),有鉴于此,惠威在一开始便瞄准数字音源生产了众多的软球顶高音扬声器,以其细腻、柔和的音 色表现赢得了众多发烧友的喜爱。虽然软球顶高音在极高频的分析力、高频上限指标上略逊于最优异的金属膜球顶高音一筹,但它宝贵的一点是,其音色可以美化中 和掉数码音乐的数码声,而且它在人耳可闻的频带内的频响特性可以做到相当平直。事实上,在现今Hi-End级别的传统高音扬声器中,软球顶高音占了绝大部 分江山。
然而,作为软织物球顶高音扬声器而言,它同金属膜球顶高音比较,还有一个方面处于不利状态,那就是在单元的散热处理上,金 属膜单元的球顶可以直接作为音圈散热的一个通道,但对软织物球顶而言,由于球顶离音圈很近,在经常性的大功率输出情况下,音圈的发热问题不容忽略,此时的 球顶要经受高温的考验,如果温度高时球顶变形或者变软,这都将对高音扬声器的频响特性产生不利影响。所以对于要求较高的Hi-Fi高音来讲,对球顶的另一 个要求是,它在承受较高温度同时其基本特性不会产生明显变化。
在惠威的高音扬声器振膜选择上,也有许多不同的种类,所有的这些球顶 材料都经过了耐高温处理。其最早的产品C1″采用的是天然丝质纤维编织振膜,C3/4″采用的是复合塑胶振膜,M1采用的为德国的天然丝质多孔材料振 膜,Q1采用了德国的天然丝质油浸耐高温振膜,TN28的振膜特别标明为德国的顶级球顶振膜。不同材料的球顶,其音色的差别是细微可辨的,如果有条件的 话,你可以比较一下Q1、TN28、SD1.1、SSI-Ⅱ、X1这些不同高音单元之间的音色区别,这些单元都广泛地应用在惠威的成品音箱中,它们有的单 元之间音色的区别甚至可以用性格迥异来形容,这里面既有单元的结构差别带来的不同,同样也有因振膜的不同而带来的影响,而且,这些振膜不同的高音扬声器因 各自音色的不同都有自己适宜匹配的中低音扬声器。
谈到扬声器振膜,不能不谈到惠威的另外一种标志性的产品——带式扬声器R1,如图 3所示。我想,如果给惠威扬声器的发展史竖起两块纪念碑的话,一块应给D6,而另一块应该当之无愧地授于带式扬声器R1,更确切地来说,应该是平面振膜高 音扬声器R1(作为通俗及习惯上的原因,笔者还是将它称为带式扬声器),它与铝带式高音扬声器是不一样的。关于惠威的带式系统,相信许多发烧友均已看过和 听到过,详细的技术特征、磁路系统已无需多言,笔者只是谈谈它的振膜。众所周知,传统的扬声器,频率越高,其振动面积越小,越来越趋向于仅局限在高音单元 音圈与振膜的连接部分附近振膜的运动,球顶单元自然也不例外。由于扬声器的输出声压跟扬声器的位移体积成正比,自然,球顶扬声器的高声压输出特性受到影 响。而相比之下,平面振膜的扬声器占有先天性的优势,它的高声压输出特性较之普通的球顶扬声器要优良得多,这是因为无论在任何频率下,它的振膜都是平面均 匀移动的,它的有效位移体积较之传统的球顶式扬声器要高得多。
R1的振膜采用了美国杜邦的超薄Kapton材料,这是一种高强度、 耐高温的高技术有机材料,它的音圈是采用导体印刷技术直接印附在超薄Kapton振膜上的铝导电线条,密密麻麻的铝导电线条所占有的面积高达振膜面积的 90%以上,同时,为了防止铝箔的氧化,还在上面涂覆了一层3μm厚的抗氧化涂层。整个R1振动系统的振动质量仅有约25mg,这个质量相对于传统的球顶 扬声器来讲几乎可以忽略。由于振动系统质量越轻,单元所重放的细节越是丰富、频响上限越高,所以R1的瞬态特性极佳,它的频率特性在+/-2dB情况下为 4.7~27kHz,在不均匀度为3dB的情况下其频响为4.5~30kHz。R1的辐射面积为50mm×13mm,由于带式系统R1、R2(如图4所 示)的振膜高度远远大于普通球顶振膜,而Q1905的高度甚至远非球顶式单元所可比拟,所以其垂直辐射特性相当优良,这个特性对于球顶式扬声器来讲是无法 达到的,除非你用许多个球顶式单元进行阵列式组合。即使是这样,也会因为传统高音的严格匹配、波瓣的控制以及阻抗的限制而大打折扣。事实上,当笔者早在 1998年第一次感受到振膜的高度达到接近2m的Q1905的魅力以后,便深深地叹服Q1905那巨大振膜的无比威力,不论是个子不矮的我站起还是坐在地 毯上,那巨大的声压、中高频极优异的表现都一丝不变,耳朵再也没有了那种因搜索极高频声音而将耳朵与高音扬声器水平轴线保持一致的烦恼,而获得发烧友极多 赞誉的Swan M1,除了那个子弹形相位锥、采用防弹材料与天然纤维复合音盆的F5以外,谁也不能否认,采用平面振膜的R1其实是一个更大的亮点。
四、结束语
关于振膜的学问很多,除开上面谈到的这些,纸盆的形状、防尘帽的处理等等也都关系到声音的质量,小小的振膜,其实奥妙多多。振膜的种类其实还有很多,即 使是仅对于惠威来讲,它所采用的振膜种类也还有不少没有涉及,用“惠威喇叭,振膜天地”来形容并没有夸张,从中我们可以了解到扬声器振膜的许多知识和应用 动向。
作为一个跨国公司,国内Hi-Fi音响业老大的惠威,我们对它无疑是寄予了太大的期望,但作为一个“发高烧”的发烧友,笔者还是有几点话要说。
要适当地在传统电动球顶高音上发展一些顶级的金属膜球顶高音,例如钛膜甚至是铍膜高音(铍的物理性能极佳,密度很小,但硬度却极高,远大于常见金属甚至 是钛的硬度,唯一缺点是难以成形),虽然这样做可能会挤掉一些同厂软球顶高音的市场占有份额,但是作为现今中高档的Hi-Fi音响,其数码味已不复存在, “萝卜白菜,各有所爱”,这市场需要优质的软球顶高音,但同样也需要高档的金属膜球顶高音扬声器。
纯纸质振膜的优质Hi-Fi扬声器同样在Hi-End市场上稳踞一方,虽然它有自己不利的一面,但是可以通过适当的技术措施来提高它的性能。纸质振膜以它醇厚、优美的音色倾倒了众多的发烧友,我们衷心期望惠威适时的推出一些优质的Hi-Fi纯纸盆单元。
未来的市场只会是越来越多地需要一些小口径振膜的中高档中低音单元,例如3英寸或4英寸的单元,虽然我们看到惠威的M-20L多媒体音箱中出现了3英寸 的M3N全频带金属膜单元,但这个尺寸级别的单元对于惠威来讲基本上还有很大一片空白,其实,它应该有着广阔的市场份额,包括巨大的AV市场、高档的多媒 体音箱以及Hi-Fi产业,做好这块中高档市场,包括生产一些小口径的具有优异物理特性的金属盆单元。
一个好的单元,它不仅要求有好的振膜,还要求有着良好的磁路结构、支撑系统、散热处理等等许多方面。
高级音箱内涵(二)高音单元振膜
振膜是驱动单元的核心部件,可以说80%的扬声器品质是由振膜决定的。
1. 振膜的意义
它是扬声器单元的终端,更是音箱的终端。音箱的前端如功放品质再好,信息一旦输入音箱,只要音箱不好,前端品质一切=0,音箱品质的最终表现由扬声器单元与谐振腔综合完成,其中扬声器单元其他部件品质再好,一旦其中最终环节的振膜品质不好,音箱整体的品质=化为乌有。就像一台戏:剧本再好、导演再好、置景再好、道具再好、灯光再好、化妆再好,演员不好,整台戏就砸了。因为演员是戏的终端,戏的品质焦点集中在演员身上。扬声器单元就犹如演员,是整个音响的终端;而扬声器振膜就犹如演员的一张脸,面部表情不好就表演不好。
所以,振膜的重要性无异于一台戏的演员,就犹如整体音响系统的终端为音箱一样。
没有演员演不出戏,没有振膜发不了声。
振膜是电声中唯一能将电(磁)能转换为声能的部件。它的驱动靠音圈。一旦被音圈所驱动,它作“前后”运动就对空气产生一推一拉的力学效应,即空气在振膜的推拉下形成正负方向的“相吸”,即气流正负相撞,就像两手相拍一样发出声音。振膜在真空里也是要振动的,但是没有声音。说明没有空气这个因振膜而扰动相撞“拍打”的条件,是不能发出声音的,更不要说靠空气传播声音了。其对空气的扰动,就跟打雷一样。雷声源于正电荷与负电荷的中和,也就是正负电荷相撞挤压空气并使之迅速膨胀而发出爆炸声。
也因此,振膜的振动面积越大,空气推动量就越大,同等条件下的LSP值就越大。
2. 振膜的结构
作为广泛应用的动圈式单元,真正做功的只有振动系统与磁路系统。其中,磁路系统实际上是磁电系统:由磁路的导磁部分与磁体(包括励磁)部分组成的磁回路+音圈的电回路组成;振动系统由弹波(高音单元通常无弹波)与振膜组成(有些理论将音圈划入振动系统)。而振膜可细分为酮体与悬边(也称折环)。
在结构上,酮体与悬边是一体化的。但多数情况下两者不是一种材质。只有在少数情况下,酮体和悬边是一种材质,尤其是高音单元或中音单元。
3. 振膜的材质
高音单元振膜材质大体上分为硬膜或软膜两种材质。
如果高音单元振膜采用的是硬质材料,酮体和悬边多数采用两种不同材质组成。因为硬质材料粘接在盆架时,顺性差,响应幅度小,灵敏度较低,所以采用酮体+顺性较高的悬边结构,让顺性较高的材质作为酮体与盆架之间的媒介,既保持硬质酮体的刚性,又保持振膜适当的运动顺性;如果高音单元振膜采用软质材料(如纸、丝绢),因材质本身顺性高可以省略不同材质的悬边。但因为软质材料顺性高,可能造就惯性动势而产生失真,所以高音单元软质酮体也可能利用刚性较酮体材质更高、顺性更低的材质悬边来中和振膜性能。
较多高音单元振膜采用特多龙。这种材质较金属软,较丝绢硬,它既可以将硬膜中和致软,又可以将软膜中和致硬。音圈是顶在酮体上的,通过音圈与酮体的接触,将振动力传到给酮体。
无论音圈骨架是纸质、铝质或是高分子材质,其都可视为硬质材料。因为音圈骨架都是轴向接触酮体,接触面很窄,但自身结构的径向面积却较宽,有“立木承千金”的力学特征。所以音圈骨架(或无骨架)与硬质酮体为“硬碰硬”,振动力传导中犹如没有阻尼,力损很小,效率更高;相反,如果音圈骨架(或无骨架)与软质酮体为“硬碰软”,振动力传到中阻尼偏大,力损偏大,效率更低,且常常因音圈与酮体振动响应时间矛盾而引起“波形抵消”失真。
通常,高音单元振膜与音圈之间的振动都是同一的轴向关系。在此条件下,硬膜响应时间更短,基本上不会出现音圈起止时间与酮体起止时间的速度差,也就不容易构成“波形抵消”;相反,软膜响应时间更长,总是与音圈起止时间不同步,也就更容易构成“波形抵消”。
无论是软膜或硬膜,从现有材质的结构看,可分为三大类:金属、陶瓷与高分子。
金属振膜酮体材质结构为金属键;陶瓷振膜酮体材质结构为离子键;高分子振膜酮体材质结构为共价键。
3.1. 金属与“陶瓷”、“钻石”酮体
被归类于金属振膜酮体常见的有铝、钛、硼、镁、铍等合金或“钻石”。
所谓“钻石振膜”是一个商业名称,并非科学名称。它是西方商业营销需要编造的一个名词,而非符合学术要求的科学名词(更有甚者,将扬声器尾部做成钻石切割造型而称为“钻石单元”,鱼目混珠)。其要义在于用心理暗示去联想钻石的稀缺性与高价值,不在于声学上的性能价值。从其制造工艺看,科学名称为“类金刚石”即Diamond-like Carbon,缩写DLC。
DLC的制造工艺大体上分为热丝CVD法、等离子CVD法、离子束蒸镀法、激光CVD法、CVD沉积法。总体上就是制作成碳原子结构的薄膜(钻石的含量为99.98%的碳)。但由于碳物质十分坚硬,应力很大,所以只能制作为20μm的薄膜。而20μm的薄膜其强度受限,不能承受较大的振幅,因此所谓“钻石振膜”就必须有一个基层支撑,这个基层可以是铝合金、钛合金或其他和金。如果“钻石振膜”是50μm厚,其基层就可能为20μm或30μm,然后在其基层上“镀”(如CVD沉积法溅射)上一层碳原子。
它确实非常高程度地提高了振膜的硬度。欧美“钻石振膜”说明书特别强调其杨氏模量90GPa,除以密度3.4,比模量为26.4,声速可达16270米/秒(欧美提供的商业数据一般都不能全信)。似乎是所有相同厚度高音单元振膜声速最高的。
当前高音单元作用的“陶瓷振膜”,也不是真正的陶瓷材料。陶瓷材料的密度大多为2.7g/cm^3,而欧美应用于高音单元的陶瓷酮体密度标称为1.8/cm^3,显然不是同一种材质。它叫做陶瓷,不是陶瓷,最多也就是一种“氧化铝陶瓷”或“氧化钛陶瓷”。
氧化铝陶瓷分两类:一类为烧结工艺(Al₂O₃),陶瓷含量99.9%,呈白色,密度3.5g/cm^3;一类为微弧氧化工艺,即以铝膜浸入电解液中进行微弧氧化,氧化反应过程中铝基会“生长”出一层带孔的陶瓷膜,陶瓷膜的厚度可以通过微弧氧化反应时间、温度、电流密度与频率等进行控制。陶瓷膜厚度越大,音膜越硬,同时强度越低。陶瓷膜是带有孔隙的,所以在与空气的摩擦中,具有较大的粘合力,从而增加内阻。由于它是在铝基上进行陶瓷化,结果就像三文治:中间一层为铝基材,铝基上下为类陶瓷层(α-Al₂O₃与y-Al₂O₃),颜色呈白灰色。
见欧美提供的常用振膜材料声学性能表如下:
Material
材料
Density (g/cm3) 密度
Young modulus (*E1ON/m2) 杨氏模量
泊松比
Velocity (Ft/s)速度
Inner loss 内阻
Aluminum 铝
2.7
7
5092
0.003
Titanium 鈦
4.4
11.9
5201
0.003
Beryllium 铍
1.85
28
12302
0.005
Magnesium 镁
1.78
4.5
5028
0.006
Boron Alloy硼合金
4.5
23
7149
0.005
Paper 纸
0.2-0.8
0.003-0.6
1200-3750
0.02-0.1
Ceramic Carbon
陶瓷
3.5
29
8923
0.005
eramic Graphite
陶瓷石墨
1.8
18
10000
0.01
Crystallized Diamond
钻石
3.4
90
16270
0.014
Kapton聚酰亚胺
1.4
4
0.34
8900
0.15
表 1欧美常用振膜材料声学性能列表
表1中“陶瓷”就是指文中所指“氧化铝”(铝基陶瓷化)或“氧化钛”(钛基陶瓷化);“钻石”就是文中所指“DLC”(也叫CVD金刚石),即“类金刚石”或叫“工业钻石”。
“钻石”类或“陶瓷”类均可以划分为金属类酮体。因为它们都可能有一个“三文治”中间的金属基层(要么铝基、要么钛基)。尽管所谓陶瓷类的材料结构方式为离子键,其他金属材料结构方式为金属键。它们(包括所有金属)都有振动学意义的共同点:键短。这就构成了他们近似的运动形态:跳动。也就说其振动方式是由原子的跳跃状态构成的。
所有金属类振膜的声学特点在于:硬度高,在空气中运行对空气的抗压力强,不易变形;而跳动方式决定其响应时间快,换能效率高(灵敏度高),高频率响应延伸大,这是金属类(硬膜)振膜的优势。
但是其也存在不可忽略的劣势:
第一,就是本底噪音大。上述所有金属膜(陶瓷膜除外),因跳动方式决定的高效率规律,就使得其因为缺乏内阻或者说内部阻尼,物质固有频率很容易被激发。任何材质的物体都存在因材质和形状造成的固有频率,只要振动它就会被激发而发声。扬声器单元的振膜承载了音乐信息的发声,一直都在振动,这种振动也就激发了振膜的固有频率,它也会一直伴着音乐振动频率发声。这种叠加在音乐频率上的材质固有频率,实际上就是振膜的本底噪音;
第二,就是热膨胀失真。
除“钻石”振膜或“陶瓷”振膜材质外,其它金属膜材质的热膨胀系数都相关当高。见下表:
符号
热膨胀系数
铍
Be
12.3
铝
Al
23.3
镁
Mg
20.6
钛
Ti
10.8
氧化陶瓷
Al₂O₃
7.0
CVD类金刚石
C
2.0
表 2硬膜热膨胀系数表
热膨胀系数对振膜噪音影响很大。
通常音圈在30度室内温度条件下,运动摩擦温度可上升到60~70度,而对于密封结构的高音单元温度更是容易上升。金属材料导热快,加之热膨胀系数偏高,在一定稍大功率驱动下,很容易产生“炸裂”失真。所以,金属高音振膜不耐听,总是处于“炸裂”失真状态。
第三,金属及其所谓陶瓷、钻石膜也因为“短键”结构方式形成的“跳动”形态,三次谐波较为突出。通常,二次谐波(偶次)因为是基波的8度,听觉不会产生厌感,甚至难以察觉。就像胆机的谐波失真一样;但是三次谐波却是一个听觉十分讨厌的不协和波,既不是8度,也不是4度、5度、3度,而是一个非整数度。如标准音A440Hz的钢琴E6(68键)为1318.51Hz,它的二次谐波为2637.02Hz(等同E7即80键),而它的三次谐波为3955.53Hz,比B7(87键)3951.07Hz高,比C8(88键)4110.08Hz低。既不是钢琴键上的音,也不是钢琴“缝”里的音(音乐界将印度微分音乐律制称为“钢琴缝”里的音),十分刺耳,不协调。尤其是较高频的三次谐波,听感犹如钢勺刮碗背,令人作呕。
很长一段时期,上述金属等硬膜的高音表现总是不纯,总感觉“糙”,更多原因就是材质特性产生的本底噪音+热膨胀失真+三次谐波造成的。其中,铍、“陶瓷”、“钻石”由于内阻稍高,上述噪音得到一定程度的抑制,但仍然并未消除或适当消除上述硬膜“糙”感。
欧美非常注重音膜的高频延伸,由于铍、“陶瓷”、“钻石”膜都有较高的比模量,所以也就有较高的声速,也因此其高频延伸很突出。
这一点,兴许对“洋人”合适,而对亚洲人群是不合适的(见下图)。
图 1欧洲人耳ISO等响曲线与中国人耳等响曲线比较图
从图1中可看出:欧洲人群与中国人群(与亚洲人群类似)人耳等响度从2KHz开始急速拉开差距,到8KHz时差距达到22dB。也就说,中国人群的听觉感知在较高频率上比欧洲人要敏感许多。尤其是广东人。他们选择的音箱标准是欧美的,听音响时喜欢将均衡将高频衰减,或者喜欢听胆机功放;或者热衷于丝绢膜高音。这是他们害怕高频刺耳的一种应对策略。
洋人高频感知能力差,所以对高频噪音可能不敏感,或许可以接受上述硬膜的高频噪音。但中国人不行,因为中国人对高频的敏感度高于洋人22dB,及其微妙的高频噪音均会被中国人耳收入“囊中”,引起恶心呕吐。所以,很多中国有钱人花高价买回欧美音箱第一个礼拜天天听,第二个礼拜隔天听,第三个礼拜听两次,第四个礼拜听一次,之后一个月难以听一次,偶尔朋友来了炫一下。就这样他们也认。他们并不会认为是音箱品质问题,而是认为自己的欣赏水平问题。其实是“水土不服”。如果你叫中国人天天主食吃面包,还不如让他去“坐牢”。
还有的中国人因爱好,特别倾注心血,再不好听也用兴趣所驱强使自己常常听,结果是让高频听觉敏感度下降,滋养出一个“假洋人”的听觉来。得不偿失。
人体是一个动物界智能化程度最高的生物体,它有适应环境的智能化调整机制。比如,湖南人特别能吃辣椒。那是因为从小到大吃辣椒,相对辣的味蕾已被“杀死”很多,辣的味觉敏感度被狠狠降低,所以“辣不怕”;换着广东人,从小到大不吃辣椒,辣的味蕾很活跃丰满,辣的味觉灵敏度保持满满,沾一点儿辣椒就“辣死人”。生活在广东久了的湖南人,不再经常吃辣椒,辣的味蕾开始复原,辣的味觉灵敏度开始恢复,好啦,也怕辣了。
中国人的高频敏感是生理上的一大优势,它可以让中国人较洋人更多地感知高音细节。薛伟的小提琴超过1.6亿,其中的0.8亿元是高音细节,洋人或许只能听到0.2亿元的细节,中国人能全部听到0.8亿元。同样的听觉商品,中国人的感知价值要高得多。这是中国人值得自豪的生理幸福触觉,千万别污染它。
莫要轻易损害唯中国人(亚洲人)才有的生理感知能力,莫要盲目追崇洋人去做一个耳残,对不起爹妈,对不起祖宗,对不起自己天生的好命。以前崇拜洋人情有可原,因为他们比我们进步;现在崇拜洋人那便是傻到柱,因为他们比我们落后。
而我国一些发烧友甚至电声工程师,也一味地跟着欧美去追捧铍膜、“陶瓷”膜、“钻石”膜,盲目地追求高频延伸——40K、60K。甚至“神话”高频延伸功用。如编个故事说,20K(20KHz以上已经是超声波,超出了人类听觉范畴)以上虽然听不见,但是身体能感知到它的空气感。所谓“空气感”就是“空空如也感”——空对空。心理暗示出来的“感觉”。
这种观点很荒唐也很愚昧。
人耳感知声音在20~20KHz范围,这是18周岁生理年龄的听觉极限。超过这个生理年龄或不到这个生理年龄,听觉范围会自然萎缩,通常能到30Hz~16KHz就不错了。
如果听觉尚不能感知,用什么去感知超声波呢?触觉?味觉?视觉?
即便是你有其他的超感觉,也要看音箱发出的超声波能否抵达可接受范围。
超声波由于波形极短极小,在空气中的传播衰减(损耗——即与空气摩擦部分声能转换成热能)相当大(见下表)。
表 3摘自北京交通大学大学物理实验《超声波衰减系数的测量》
从表3中看出:测量距离为mm,显示器电压为V(2.83V≈1m1W声功率)。距离从8.99mm~112.76mm时,电压衰减了6.88倍。
我们通常聆听音箱的距离在700mm(桌面)~3000mm(沙发),根据这个距离恐怕上述衰减快接近0V电压了(几乎没有声功率了)。蚊子离人耳20mm的声压是20dB。接近0V电压的声功率接触人体哪里还有感觉呢?人耳又不是狗耳(狗耳灵敏度是人耳的16倍,分辨率可达到40KHz)。
上述分析是想告诉大家:扬声器发出的超声波在一定距离上是作用不了人体的,不仅因为超声波在介质中(包括空气)衰减很大,而且能作用人体的超声波功率比声波功率大几倍几十倍,这一条件任何扬声器及其功放都不能实现。更何况音乐中没有或极少超声波信号。振膜高频延伸再多超声波都是无用的,它并不是振膜品质或性能的高级或不高级的标准。
所谓高级音箱,没有追求无效频响及音膜超声波性能的必要。
振膜高频延伸大,可以作为振膜响应时间或瞬态的的参考。但作为感知参考是愚昧的,无知的。因为振膜响应时间越短,频率响应向上延伸越大。以此理反推响应时间及其瞬态反应是可以的。
响应时间越短瞬态越好,振膜能量转换的效率就越高,音乐表现中细节就不容易遗漏。
“洋人”(欧美人群)较高频感觉较中国人迟钝,当我们感觉高频过度了,他们可能感觉高频不够。但是,要客观表现音乐重放,又不能刻意压缩高频或夸张高频。那样的音乐重放就变形了。以此分析可以去理解欧美人为什么不遗余力地追求高频延伸——尽可能努力讲好“卖点”的故事。
我们不是“洋人”,受不起“洋罪”。你放着粤菜、湘菜、川菜、淮扬菜等中国美味不享,偏要去吃那些牛排面包何必呢?还是要担心吃坏胃口。健康很重要。
3.2. 软膜与高分子酮体
软膜的材质多为丝绢或纸质。
丝绢类多是一种编织物覆胶工艺材质(丝绢类为复合材料)。
编织工艺就一定有经纬。所有经纬都是“线”交叉编织的。而所有“线”都有颈细现象。也就是随着振动产生的涨缩,经线或纬线都会被拉长再收缩。而拉长的速度较收缩要快。也因颈细现象使得丝绢类振膜难以与音圈振动效应绝对同步,较多轻微的讯号细节也就被省略了,被损失在软膜迟钝的响应中。
并且,所有的编织物都有缝隙,“漏风”。振膜不能有缝隙,一旦“漏风”其“拍打”空气的功能就很弱,几乎没有效率。所以,所有编织物(包括丝绢类)都必须进行覆胶处理。而丝绢类多数覆胶为软胶而非硬胶。因为采用硬胶就没有必要使用丝绢编织了。直接采用PET等高分子树脂就可以了。但目前所有采用的高分子树脂强度都不够,振幅稍大就会“散裂”,故而仅用在语音类扬声器应用。而丝绢编织+软胶复合更是加重了阻尼和迟钝,讯号损失与“波形抵消”就更加突出。因此,软膜的听感在高音表现上缺乏穿透力,没有一种线性直灌感觉。音乐中高频特有的帅朗、灵动、光辉、灿烂、透亮全无,就像磨砂玻璃始终有一层雾霾。
有些丝绢类高音单元号称40K频率响应,我基本上是不信的。因为软就意味着杨氏模量低,也可能造成比刚度(也叫比模量,即杨氏模量与密度之比)低,声速也就低,频率响应也就不高。即便是测试可以达到40K,也不能表明其音色就一定明亮。
音乐的声波形状,有正弦波(弦乐)、方波(铜管)、锯齿波(木管),而这些波形的泛音特质,丝绢类振膜基本都解析不出来。铜管的“嘶嘶声”、木管的“呼呼声”、弦乐的“日日声”等音色上的细节它都无从表现。所以很多发烧友抱怨丝膜单元没有解析力。
软膜中除上述丝绢类材质外,很多高音单元音膜都是树脂类(也称塑料),也叫高分子类材质。如PET(聚对苯二甲酸)、芳纶(聚酰亚胺)等。
无论是丝绢类或高分子类,当前都可以视为软膜,也可以视为分子类材料与金属类材料相对应。
丝绢类膜的骨架是丝或绢,有机分子或小分子。但是它们身上复合有一层树脂,却是高分子。而PET(聚对苯二甲酸)、芳纶(聚酰亚胺)等则是地道的高分子材料。
分子类(包括高分子)材质结构是共价键,较金属键、离子键要长、要粗,使得其振动方式与金属膜、陶瓷膜、钻石膜的跳动方式截然不同:即蠕动。
原子、离子振动犹如散点振动,振子之间各顾各;分子振动犹如抱团振动,振子之间互亲互爱。这就好比地狱与天堂:同样很长的筷子,地狱吃饭各自喂自己的嘴,生活很艰难;天堂吃饭是相互喂,再长的筷子都方便,生活很幸福。
跳动好比袋鼠,蠕动好比蛇。
作为振膜的蠕动方式优点在于内阻较高,而材质的导热系数和热膨胀系数低(如芳纶仅有2.0,PET2.0~4.5)。较金属膜和陶瓷膜、钻石膜而言,很少因导热或热膨胀产生炸裂失真,而且,三次谐波也不突出。内阻偏高就很容易抑制残响,材质上的总谐波失真远低于硬膜。所以,软膜较硬膜更耐听。
4. 振膜的形状
振膜的材质对声音的灵敏度、失真、频率、音色等有重大影响,而振膜的形状对灵敏度、失真、频率、音色等亦有影响。每个物体的声音都是由材质和形状共同决定的。所以,振膜的形状亦是高级音箱技术中的一大问题。
动圈式扬声器,为了制造方便,因磁路、音圈是圆口径,振膜也就成了圆形口径。
在某特定圆形直径条件下,为了尽可能做大振膜面积,同时增加振膜的刚性(尤其是软膜材质),便将振膜做成“半球”形状。因此,历史上将这种造型称为“半球顶”。
历史上对这种形状的振膜认识有错误:“半球顶”。
什么叫“半球顶”?就是一个球形切下来一半。以1英寸直径球形切掉一半为例,它的球盖形状直径为2.5cm,拱高为1.25cm,计算结果为9.81cm^2。实际上业界几乎所有动圈式高音单元振膜都不是半球顶。
真正的半球顶的球盖形状一定是拱高=半径。见下图:
图 2半球顶面积示意图
如德国伊顿ETON 28SD1 1.2英寸高音单元,标称振动面积为8.6cm^2;以色列Morel魔雷MDT32S高音28芯丝膜高音单元,标称振动面积为6.0cm^2。两者口径一样,都是28芯,振动面积却不一样。原因呢?很简单:拱高不一样。同样口径,拱高不同,振动面积就不同。几乎所有称为半球顶的高音单元,都不会将拱高与半径相等。为什么?因为真正的半球顶频响曲线是不均匀的。
由于动圈式高音单元的音圈装载于振膜边缘,音圈振动导力先从振膜的边缘再传至振膜中间,振膜边沿与中间存在路径时差。如果振膜材质比模量高,物体声速就高,导力从边缘到中间就越快,振膜不同位置的路径时差就越小,如果导力路径时差超过1/2波长,就会出现声波抵消,造成衰减,从而破坏频响的均匀性。
如德国伊顿ETON 28SD1 1.2英寸高音单元的振膜拱高>以色列Morel魔雷MDT32S高音28芯丝膜高音单元振膜,所以从2KHz始向上不均匀度为88dB~93dB,相差5dB(见下图):
图 3德国伊顿ETON 28SD1 1.2英寸高音单元曲线图
再看以色列Morel魔雷MDT32S高音28芯丝膜高音单元曲线(见下图):
图 4以色列Morel魔雷MDT32S高音28芯丝膜高音单元曲线图
以色列Morel魔雷MDT32S高音28芯丝膜高音单元曲线88dB~92dB,不均匀度为4dB,而且前者低谷为2000Hz,后者低谷为4500Hz。两者曲线不同,音色也就不同。
这说明什么?
说明振膜的形状对音质是有影响的。并且:拱高越大,音圈力传导的路径时差就越大,频率抵消的风险就越大,从而曲线的不平坦度就越大。
那是不是振膜形状的圆弧平坦度与曲线平坦度成正比呢?单从振膜形状因素看是的。
但是,振膜圆弧平坦度又与振膜刚性成反比。拱高比越小,即平坦度越高,刚性就越小。振膜的刚性越小,振动变形的失真度就越高。
再加之高音声波辐射形状很窄,如果纯平面振膜它的指向性就很窄,就不容易获得理想的声场覆盖。而圆弧顶振膜就可以更宽地指向,求得更好的声场覆盖。
所以,高级音箱的动圈式高音单元振膜形状,要以材质声学特性为基础,在此基础上去求得拱高、面积、力传导、曲线等因素的优化平衡。
5. 高级高音振膜声学的总结
第一,硬质材料如金属及其“陶瓷”、“钻石”振膜刚性够,不易变形,声速高,高频延伸大,瞬态好,音色明亮;但材质的本底噪音大、容易热膨胀失真、三次谐波多,总体音质“糙”,不纯、不耐听;
第二,软质材料如丝绢及其现有高分子振膜刚性不够,易变性,声速低,高频延伸小,瞬态不好,音色昏暗,总感觉有“雾霾”;但材质的本底噪音小,不容易热膨胀失真,三次谐波少,总体音质“纯”,耐听但不生动,缺乏音乐中高频的鲜活与灵动。
第三,振膜的形状表现为振动面积越大灵敏度越高,圆顶弧度越大即拱高比越高频响曲线越不平坦;相矛盾的是圆顶弧度越小则刚性越小,指向性越窄,振动面积也越低。
第四,动圈式高音振膜的声学优化原则:
1、质轻。材质密度越低,就越容易受控于音圈,电声转换效率也越高,细节损耗就越少,高频明亮特色就越突出;
2、性刚。振膜是在与空气的对抗中运动的。空气压力是不变的,但振膜的速度(频率)与振幅是变化的。振膜运动越激烈,承受的空气压力就越大。体现振膜刚性的力学性能是杨氏模量(纵向应力)。如果杨氏模量低,不足以抗衡空气的反作用力,振膜就会变形产生严重失真;
3、声快。振膜固体声速是由力学中的比模量决定的(杨氏模量/材质密度的根号)。杨氏模量高、密度小,声速就高。高频振动频次很高,需要很快的声速传导才能满足高频响应要求,否则容易出现抵消失真、分割振动失真等一系列失真;
4、热膨胀。音圈运动产生的温度会传导给振膜,如果振膜热膨胀系数较高,振膜就会因热传导产生膨胀出现声音的“炸裂”,形成严重本底噪音;
5、强度。体现振膜强度的力学指标是泊松比,即材料横向应力与杨氏模量(纵向应力)之比。泊松比越大,说明振膜横向应力越大,振膜强度就越小,“炸裂”失真也就越大;
6、动态。原子、离子结构的动态为跳动方式,分子结构的动态为蠕动方式。前者效率更高但是声阻低,本底噪音大;后者效率更低但是声阻高,本底噪音小。从研究开发角度出发,在金属类及其“陶瓷”、“钻石”振膜去改变动态是不可能的,只有从分子结构角度去优化它的刚性与强度则有无限的可能;
7、形状。“半球顶”不是高音振膜的绝对几何形状。拱高越低越容易做到曲线平坦。拱高比要与材质力学性能相协调才能制作出规范的性能;
8、中和。这是指一种将中国古典智慧运用到振膜声学设计的一种方法。中国传统思维方法中,整体、辩证与中和是人类思维方法的最高境界。“天人合一”是整体,“道可道,非常道”是辩证,“阴阳平衡”是中和。
如质轻、性刚、声快、强度是可以互调而中和的。如厚度越薄绝对密度就越轻。现在的铝带式高音振膜做到12μ厚度,其响应速度比50μ的“钻石”振膜还快;而质轻的绝对刚性不够,但增加厚度则刚性增加的同时强度也增加;又如原子、离子结构固有频率本底噪音大,用高分子复合则能抑制或降低。因为复合材料具有固有频率不同而产生“你动我不动”的互抑特点。
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