声音的载体 音箱扬声单元材质你得懂

我们在购买音箱的时候,说明书上经常可以看到对音箱扬声单元的描述,比如"钻石高音单元"、"丝绢膜"、"纸盆"之类的名词,很多对音箱不是十分了解的朋友就不知道这些具体说的是什么.其实这些讲的都是扬声单元或者说喇叭的制作材质.
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　　我们都知道,音箱的声音是靠扬声器振动而发出来的,而不同的扬声器材质会对声音产生不同的影响.这个应该比较好理解,就像你抖一张纸和一张塑料,发出的声音肯定不会一样.工程师们对各种材质都进行了试验,不论是天然材料还是人工合成材料,只求能使扬声单元能够发出理想的声音.
　　现在,音箱的扬声单元制作技术已经相当成熟了,扬声单元的材质也逐渐经过淘汰和选择,形成了一些主流的制作材质.上面提到的丝绢、纸等材质,都是目前比较常见的音箱单元材质.音箱扬声单元有很多种类,那么这些不同材质制成的扬声单元,在不同种类的扬声单元上声音都有哪些特点呢?
　　扬声器的分类
　　在谈扬声器材质之前,我们先简单介绍一下扬声器的分类.扬声器有很多种分类方法,我们只挑重点的说一说.按照电-声转换的原理来分,有电动式、电磁式、静电式、压电式等不同类型的单元,我们日常运用最多、最广泛的是电动式扬声器.
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　　从所覆盖的频带来看,扬声器单元又可分为低音单元(15-5000HZ)、中音单元(500-7500HZ)、高音单元(2.5-25KHZ)和全频带单元(包括以上全部频率).按照单元振膜的形状来分的话,扬声器有锥盆单元、球顶单元、平板单元、带式单元、号角单元、海尔单元等类型.常见的电动式扬声器,低音单元以锥盆式为主,也有少量平板式;中音单元多为锥盆式或球顶式;高音单元则以球顶式和带式、号角式最为常用.
　　我们下面主要是以振膜形状来对扬声单元进行介绍,毕竟这是最直观的观察扬声器的一种方式,而且通常厂商在描述音箱组成部件时,也是按不同振膜形状来介绍,对于消费者来说这样描述也更容易对扬声单元有个感性的认识.
　　锥盆式扬声单元
　　首先介绍一下锥盆式扬声单元.它的特点是结构简单,能量转换效率较高.锥盆式扬声单元主要分为高音、中音、低音和全频带四种类型,各类型的基本结构相同,只是口径和振膜材有区别.不过,锥盆高音扬声单元因辐射面较小、较率不高,现在已基本上被球顶和号角等高音扬声单元所取代.
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　　锥盆式扬声单元的振膜材料很多都是以纸浆材料为主,也就是我们通常所说的"纸盆".纸浆也会掺入羊毛、蚕丝、碳纤维等材料,以增加其刚性、内阻尼及防水等性能.纸盆的声音平顺自然,对于瞬时反应和听感的细节有着良好的表现,但缺点是防潮性较差,因此才会添加其它材料改善其性能.不过很多高档音箱还是非常青睐纸盆的.
　　除了纸盆外,锥盆扬声单元还会使用非纸质振膜材料,例如聚丙烯、陶瓷、云母碳化聚丙烯、碳纤维纺织、防弹布、硬质铝箔、CD波纹、玻璃纤维等复合材料,性能进步提高.比如陶瓷盆,对人声和古典乐的表现就很细腻,中低音方面瞬态很好,丰满有力,动态性能好,低音出色,定位准确.
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　　另外顺带说一下号角式扬声单元,它的工作原理与锥盆一样,只是声音的辐射方式不同.锥盆扬声单元是由振膜将声音直接辐射出去,而号角式扬声单元则是振膜振动后,声音经过号角再扩散出去,属于间接辐射式.
　　球顶式扬声单元
　　球顶式扬声单元的工作原理与锥盆式扬声单元相似,但其振膜为近似半球形的球面,振膜尺寸较小,多为高音或中高音单元,与锥盆低音单元配合使用.球顶高音单元和球顶中音单元的基本结构相同,但后者的后空腔(在下夹板后侧设有一个密封的后腔罩)要大一些,通常还填充一些吸音材料,这样可防止振膜凹陷、阻尼低频率的分割振动和防止腔内出现驻波.
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　　球项高音单元是目前在家用和小型监听音箱中最常用的高音单元.球顶高音单元从球顶结构上分,可分为正球顶单元和反球顶单元;从球顶材料上分,又分为硬球顶和软球顶两大类.正球项单元在播放音乐时,其水平扩散角度要大一些;反球项高音单元在播放音乐时,水平辐射角较小,但音色较纯,承受功率也较大.
　　硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、铍合金、镁合金、玻璃膜、钻石膜等数种.其音色明亮,具有金属感.适合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐.制作优秀的铝合金、钛合金复合膜球顶高音,也能较好地表现古典音乐及人声.
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　　软球顶高音的振膜材料有丝绢膜、蚕线膜、橡胶膜和防弹布膜等数种.软球顶高音单元重播音乐时的高音灵巧、松弛,具有很好的自然表现力.在表现古典音乐、人声等具有标准听音概念的音乐时尤为得心应手.
　　平板扬声单元
　　平板扬声单元的核心是平面振动板,它是采用轻而刚性较强的蜂窝式平板或在刚性较强的金属锥形振膜中填充泡沫树酯制成的.目前,平板扬声单元的应用已经非常广泛,家庭影院系统、KTV大功率平板音响、背景音乐公共广播系统、多媒体电脑音响、充电蓝牙无线平板音响、充电插卡收音平板音响系统中我们都可以看到它的声影.
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　　上世纪八十年代末期,英国国防部的研究人员为了研究降低战斗直升机引擎噪声的方法,曾尝试使用复合平面材料封闭引擎,然后用电噪声抵消技术来降噪.但奇怪的是噪音非但没有减小,反而是这些复合平板材料有如扬声器一般因振动而发出声音.于是,研究人员想到了利用这种复合平板材料来制造扬声器,并开始进行这方面的开发工作.平板扬声单元于是就这样诞生了.
　　与传统扬声器相比,平板扬声器有很多优势.首先它的声音失真度非常低,音质更加通透纯净、高音清晰细腻,声音衰减度较小.其次,平板扬声单元声音指向性非常好,由于其声音是从整个平面均匀发出的,而非传统扬声器的点声源,其声波的扩散是漫射型的,因此声场宽阔.同时,平板扬声器不存在"最佳听音位置",在房间里的任何位置听都是一样的声音.即使把两只平板扬声器摆在一起,对音质影响也不大,因此没有严格的摆位限制.另外,平板扬声器取消了传统扬声器的箱体和障板,因而"声染"现象被彻底杜绝,所以声音表现得更准确,更柔顺自然.再加上超薄的特殊构造,几乎不占空间,因而非常易于摆放.
　　带式扬声单元
　　带式扬声单元的原理是给放置在匀强磁场中的导电薄膜施加音频电流,电流产生的磁场与匀强磁场相互排斥、吸引,使薄膜受力振动发声.带式扬声单元的振膜以铝合金或聚酰亚胺薄膜等材料为主,一般常见的以铝合金居多.
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　　带式扬声单元其结构是由条状的磁铁构成N、S两极音的磁隙,而超薄铝带兼作振膜和音圈(铝带既是导体又是振体),放置在磁隙中.当铝带两端送入音频电流时,在磁场磁力线的作用下,铝带随音频电流的变化而产生振动,这样就完成了将音频信号转换成声音的过程.
　　带式扬声单元以重放中、高频为主,由于铝带非常轻薄,因此每秒的振动次数就会做得很高,可以再现很高频率的声音(最高可达22千赫兹),故其其响应速度快、失真小、频响平坦均匀,扩散性好,重放音质细腻、层次感好.其高频特性优异,音色纯正,可以得到清晰度极高,瞬态响应极快,相位畸变很小的高音.不过带式扬声单元制作工艺较复杂,生产难度较高,调校难度大.
　　海尔式扬声单元
　　1973年美国的海尔博士(Oscar Heil)发明了一种特殊的扬声器声波辐射方式--AMT(Air Motion Transformer)气动式换能器,即海尔式扬声器.其工作原理是在两个磁极中间有一片特制的绝缘薄膜,薄膜表面覆有一层按一定走向排列的金属线圈,并像手风琴那样折叠起来的振膜组件,折叠振膜每一个相邻的面在磁场中做相对运动,从摺缝挤出或吸入空气,以喷射的方式辐射声波.
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　　海尔扬声单元制作工艺复杂,价格高昂,普及率不是很高,只在少数着名品牌的高端产品中看到,如德国的ELAC意力、ADAM亚当、Burmester柏林之声,丹麦的GRYPHONG贵丰,美国的Mark Daniel马克丹尼,以及中国的声荟.
　　不过,海尔扬声单元与其他类型的扬声单元比,优势是非常明显的.首先它的振膜面积大,1英寸球顶高音的振膜面积约为506平方毫米,而海尔高音单元的振膜在展开后面积大约为4500~6900平方毫米,是球顶高音单元的8~13倍之多,驱动空气的量自然比球顶高音单元要多.因此,其声音的覆盖面更大.其次,由于海尔高音的折叠振膜的每个相邻面是做相对运动的,在驱动相同体积的空气时,振膜需要的振幅小得多,速度更快.因此,高频的延伸更好,瞬态反应速度也更快.第三,海尔扬声单元阻抗曲线平直,容易驱动,且失真更低.
　　总结:
　　现代科技不断进步,扬声单元的材质也不断更新和进步,但不管是天然材料还是人工复合材料,追求的目的都是一致的,那就是带给人们更好地声音回放效果.音频领域的技术进步与其他领域相比还是比较缓慢的,不过在如此快节奏的时代,这样的缓慢某种程度上体现了一种优雅,可以供人品味.

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