本帖最后由 msms_19ZrcTFJ 于 2024-10-14 08:33 编辑
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聊聊高音单元振膜
受回帖的“羽蛇”引发,闲扯关于高音振膜。本贴分几个部分发出。
之前蛇兄谈到这个金琅混动高音硬的听感,并且也说了他自己泰斗音箱的铍高音的听感。 泰斗的g2我听过,劲浪乌托邦至尊也听过好几次,我自己本身对铍金属制成的高音单元也十分感兴趣。并且还委托金琅帮我研发一款纯铍带振膜的高音(已经两年有余)。 事实上,我自己对高音单元振膜这方面的知识,还是比较感兴趣。 那就来说说关于振膜。我以下文字所有的资料都来自于互联网或者书籍。只描述,不评价。 先来简单说说振膜的重要性,振膜是喇叭单元的核心部件,可以说80%(这个数值表示重要性,非具体量化)的扬声器品质是由振膜决定的。 振膜既是扬声器单元的最后环节,也是音响系统的的最后一个环节(信号从音源设备到振膜推动空气)。用一个最简单的比喻,我们拿个数值来比喻。振膜是1,音源啦,解码啦,功放啦,线材啦之类的是0,最终呈现的结果是:10(n个0)。整个系统的表现取决于所有环节的叠加。但是如果振膜出了问题或者表现不佳。那么所有其他环节的努力,都将一切归于0,音响系统整体的品质化为乌有。 振膜是电声系统将电(磁)能转换为声能的部件。振膜的驱动靠音圈。音圈驱动振膜作前后往复运动,振膜对空气产生一推一拉的力学效应,空气在振膜的推拉下形成正负方向的相吸(气流正负相撞),类似拍手发出声音。如果在真空中,同样条件下振膜也是振动的,但是没有声音。这个现象说明没有这个条件(空气因振膜而扰动相撞),是无法发出声音的。和打雷类似,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。 所以,振膜的振动面积越大,空气推动量就越大,同等条件下的LSP(声压级)值就越大。对于hifi音箱应用最多的动圈喇叭,做功的是振动系统和磁路系统。磁路系统就是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。振动系统就是由弹波(高音喇叭通常没有)与振膜组成(有些理论将音圈划入振动系统)。振膜呢,可以细分为酮体与悬边(俗称折环)。在结构上,酮体与悬边是一体化的,不过,大部分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。 下面言归正传,说说常见的高音喇叭的振膜。首先高音喇叭振膜大体上分为硬膜和软膜两种。 第一,如果高音单元振膜用了硬质材料(所谓钻石膜,铍膜之类),那么酮体和悬边大部分情况下会用两种不同的材料。因为,硬质材料在粘接在盆架时,顺性差,响应幅度小,灵敏度较低。所以技术人员就采用酮体+顺性较高的悬边结构,用顺性较高的材质作为酮体与盆架之间的链接体,既可以保持硬质酮体的刚性,又能保持振膜适当的运动顺性。 如果高音单元振膜用了软质材料(如纸、丝),材质本身顺性高,那么可省略不同材质的悬边。缺点是顺性高,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。 查资料看到目前很多高音单元振膜用了特多龙。这种料介于金属和丝绢之间,成功实现了既要又要。硬膜中和致软,软膜中和致硬。音圈顶在酮体上,通过音圈与酮体的接触,将振动力传到给酮体。 无论音圈骨架不管是啥,均可视为硬质材料。音圈骨架轴向接触酮体,接触面窄,自身结构的径向面积宽,呈现的力学特征是立木承千金。音圈骨架(或无骨架)与硬质酮体是硬碰硬,振动力传导中犹如没有阻尼,力损很小,效率更高。相反就是硬碰软,振动力传到中阻尼偏大,力损偏大,效率更低。会因音圈与酮体振动响应时间矛盾而引起波形抵消失真。 高音单元振膜与音圈之间的振动都是同一的轴向关系。在这种前置情况下,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,很难构成波形抵消。相反就是软膜响应时间更长,与音圈起止时间不同步,波形抵消失真明显。 不管软硬,基本就是分为金属,陶瓷,高分子。 金属振膜酮体常见的有铝,钛,铍等合金,还有就是“钻石”。 首先,钻石振膜是一个商业名称,并非科学名称。从其制造工艺角度,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。 不管哪种工艺,目的就是制作成碳原子结构的薄膜(钻石是含量为99.98%的碳)。由于碳物质巨坚硬,应力巨大。所以只能制作为20μm的薄膜。但是这种厚度强度受限,振幅大就完犊子。所以,所谓钻石振膜就必须得有基层支撑,这个基层材料,可以是铝合金、钛合金或其他合金。 如果钻石振膜是50μm厚,它的基层就可能为20μm或30μm,然后在基层上镀(如CVD沉积法溅射)一层碳原子。 这层碳原子镀膜,极大的提高了振膜的硬度。这些钻石振膜的介绍里面,用数据体现了优势:杨氏模量90GPa,密度3.4,比模量为26.4,声速可达16270米/秒(这个数值待考证)。根据公开资料是所有相同厚度高音单元振膜中,声速最高的。 钻石振膜不是钻石,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,而目前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,是一种“氧化铝陶瓷”或“氧化钛陶瓷”。 氧化铝陶瓷呢,一种是烧结工艺(Al₂O₃),陶瓷含量99.9%,白色,密度3.5g/cm^3。一种是微弧氧化工艺,把铝膜浸入电解液中进行微弧氧化,氧化反应过程中铝基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,强度越低。陶瓷膜是带有孔隙的,在和空气的摩擦中,具有较大的粘合力,增加了内阻。它是在铝基上进行陶瓷化,结构就像三明治,中间一层为铝基材,铝基上下为类陶瓷层(α-Al₂O₃与y-Al₂O₃),白灰色。 常用振膜材料声学性能表如下: Material 材料 | | Young modulus (*E1ON/m2) 杨氏模量 | | | | Aluminum 铝 | | |
| 5092 | | Titanium 鈦 | | |
| 5201 | | Beryllium 铍 | | |
| 12302 | | Magnesium 镁 | | |
| 5028 | | Boron Alloy硼合金 | | |
| 7149 | | Paper 纸 | | |
| 1200-3750 | | Ceramic Carbon 陶瓷 | | |
| 8923 | | eramic Graphite 陶瓷石墨 | | |
| 10000 | | Crystallized Diamond 钻石 | | |
| 16270 | | Kapton聚酰亚胺 | | | | | |
钻石或陶瓷振膜,都是金属类酮体。同样三明治结构,中间的基层要么铝基,要么钛基。这种所谓陶瓷振膜的材料结构方式为离子键,基层金属材料结构方式为金属键,都有振动学意义的共同点:键短。这就构成了近似的运动形态:跳动。振动方式是由原子的跳跃状态构成。 他们的声学特点(优势):硬度高,在空气中运行对空气的抗压力强,不易变形。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。 劣势:本底噪音大,金属膜(陶瓷膜除外)的跳动方式决定的高效率规律,就使得其缺乏内阻,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,就是振膜的本底噪音。还有就是热膨胀失真。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。 热膨胀系数对振膜噪音影响很大。通常音圈在室内温度条件下,运动摩擦温度可上升到60°左右,如果是密封结构的高音单元,那么温升更明显。金属导热快,热膨胀系数偏高,大功率驱动,容易产生炸裂失真。 金属和陶瓷钻石膜,固有短键结构方式形成的跳动形态,所以三次谐波较明显。通常二次谐波(偶次)是基波的8度,听感ok,就像胆机的谐波失真。。 但是,三次谐波就不好了,不是8度,也不是4、5、3度,是一个非整数度。举例:标准音A440Hz的钢琴E6(68键),是1318.51Hz,二次谐波为2637.02Hz。而它的三次谐波为3955.53Hz,结果就是比B7(87键)3951.07Hz高,比C8(88键)4110.08Hz低,不协调,越是高频的三次谐波越是如此。 所以,金属等硬膜的高音多人不喜欢,有一部分原因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。 未完待续
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