揚聲器主要振膜材料介紹
佚名 于 2005.08.03 14:58:52 | 源自:sound.zol.com.cn | 版權:轉載 | 平均/總評分:10.00/60

紙盆振膜應該算是最古老的材質了。簡單的說,把紙漿懸浮液流入事先設計好的盆型網狀模子上,紙漿便沉積其上,將沉積至適當厚度的紙漿抄出,再行干燥等后續加工處理,便成了一個紙盆振膜。而其中紙漿的成份,如纖維的種類、長短,及填料成份,和抄紙的制程及后段處理方式(如風干或熱壓等),都會影響最后成品的特性,也直接影響了發聲特性,這些當然就是各家不外傳的商業機密了(注1)……。

(注1:多年前曾讀過一篇洪懷恭先生現身說法所寫的一篇有關紙盆制作的文章,除了浩嘆紙盆所含的學問博大精深之外,更令我深深佩服洪前輩的研究精神。我在本文中輕描淡寫的幾句話,可是無法道盡多少年來先賢先烈們流血流汗所累積的精髓。)

一般來說,紙盆的聲音特性為平順自然,明快清晰而不神經質。因為內含無數的纖維相互交織,因此在其中傳遞的能量可以很快被吸收掉,形成很好的阻尼,因此在發聲頻域的高階造成的盆分裂共振不明顯,滾降的截止帶也就很平順。這可說是一種很好的特性,因為這樣就可以用很簡單的分音器,不需額外的剪裁,系統的整合也就很健康。

另外,紙盆的剛性頗佳,對于瞬時反應和聽感的細節表現有很好的成績。別看手邊常見的紙張都是軟軟的,在適當的形狀和厚度下,紙的剛性是能夠做得很不錯。再者,若設計和制作得當,紙盆可以做得很輕,比最輕的塑料振膜還輕15%以上。雖比起最新的高科技合成纖維材料,紙質還是稍重了點,但其實相差不大,因此發聲效率高。Audax的6.5吋紙盆中音PR170系列,效率便高達100dB/W。

紙盆可能的弱點是其特性會隨環境濕度而變化,因紙吸收了濕氣后其密度會變高(變重)、剛性會變差(變軟),所以發聲的特性也會受影響。至于這樣的改變是好是壞也很難說,英國的Lowther俱樂部成員便宣稱在下雨天時,家里的Lowther喇叭特別好聽。

較令人擔心的應該是干濕循環次數多了之后,可能會造成材料本身的疲勞,進而改變其原本的特性。但君不見許多古董紙盆單元在工作了數十年后還是照樣唱得很好,所以這種情況應該還算輕微而漸進,有點像是熟化后進入另一個穩態的階段,對我們用家來說應該是不成問題才對。

近年來生產的紙盆單元,有一大部分便在這方面有各種改善的方式,使紙盆的特性可以更加穩定。常見的有表面涂膜,或是在紙質配方上作文章,有些廠家就宣稱他們的紙盆能防水,從某些戶外用的PA喇叭看來,應該有相當的可靠度。當然,就像先前提到的,對于這類事情,我們一般人頂多看看熱鬧,要瞧出門道就不是那么容易了。另外,千萬別把紙盆的悠久歷史和“落伍”劃上等號。若以整體音響產業的視野來看,紙質錐盆喇叭單元所占的比重穩居各類單元的首位。不信瞧瞧你家的電視、手提收錄音機、床頭音響、計算機……等等,是不是大部分都采用紙盆單元的小喇叭?你說,嗐!這些東西怎么能跟我的高科技High-End喇叭相比!但換個角度看,若這些“次級品”都換用非紙盆單元,保證更難聽,而且更貴。這是因為紙盆這種材料可說已經發展得相當成熟,所以能夠獲得很好的成本效益比。再者,更有許多經得起時間考驗的傳奇老喇叭和超級制作的新世代霸主都有紙盆的身影:WE/Altec 755A全音域、Goodman Axiom 80全音域、Altec A5/A7、AR 3a、Lowther全音域、TAD……等等族繁不及備載。一些熱愛此道的資深玩家更是直接了當的說:“給我紙盆,其余免談!”很多人也認為,將紙盆的制作稱為科學還不如說是一項藝術,足見其引人入勝之魅力。

塑料振膜

因石化工業的發達,在我們日常生活環境中便隨處可見塑料制品,低廉的原料和加工程式簡便自然就獲得了各種產業的青睞,其中當然也包括音響工業。

這里說的塑料振膜,是指用塑料射出成型或其它方式做出的一體成型錐盆,最常用的材質應屬聚丙烯(Polypropylene,簡稱 PP)。這種PP材質,我們最常接觸到的應該就是微波爐用容器和保鮮盒一類制品,都是屬于射出成型的。另外,常用于各類紙箱外加強用,黃色或灰色的打包帶也是由聚丙烯纖維制成。由此我們可以體認到一件事,這種材料實在是非常的強韌。多數高分子聚合物的物理特性便是韌性特強,因為分子結構巨大且排列不規則,所以機械能在其中傳遞時會很快的被吸收消耗,阻尼特性很好。這項優點和紙盆類似,就是高階的滑落很平順,除了聽感上柔順自然外,能夠使用低階、簡單的分音器也是一項利多。我們可以從許多歐系二音路小喇叭上感受到這些良好的特質, ProAc所采用的6.5吋透明PP振膜的Scan中低音單元,就可稱之為這類單元當中最佳的典范。

然而,相較于其它振膜材質,PP的剛性不甚佳,質量也較重。雖然用保鮮盒往腦門上K下去是很痛,但并不表示它在微觀的高速小范圍運動下就有很好的剛性,而這樣的工作條件才是我們在單元振膜選用上所在意的。

PP材質較弱的剛性造成了高速微動作時(高頻段工作時),音圈發出的動能無法完全且一致的傳達到整個振膜,也就是發生了“盆分裂現象”。雖然有良好的阻尼止住了盆分裂共振,但畢竟已無法作完美的活塞運動,失真率相對提高,聽感上便是柔順有余,解析力及動態卻不足,有些以8吋PP振膜中低音單元為基礎的二音路喇叭,會在中音到中高音域容易出現遲緩呆滯的癥狀,病因便在此。若在低音部份不要太貪心,選用較小口徑的單元,便可在某種程度上減輕這樣的問題。因為雪上加霜的是在大面積下要做到足夠剛性所需的厚度相對較大,整體質量便水漲船高。所以,另一方面你也找不到高效率喇叭是采用PP振膜的單元。

雖不像紙盆那樣有吸水氣的問題,但PP振膜會有隨溫度改變特性的傾向。幸好這點應該不至于困擾我們,因為就像紙盆和濕度的問題一樣,這樣的變化應屬緩慢而漸進,就別太擔心了!

綜觀以上,PP好象因為剛性較差和質量較高的關系而不適于制作振膜,其實應該說是看我們如何在諸多妥協下作取舍了。就像前面提到的Scan單元,雖然用上被我批評得很慘的PP振膜,但一樣還是可以做出很成功的產品,整體表現一樣很出色。

或者,更積極的作法是對這種材質加以改良,也就是以PP為基礎,再混入一些添加物,以加強其剛性。這個動作的確能帶來一定程度的改善,使得制作出來的單元在動態、失真率、細節表現,和發聲效率上都有不同程度的進步。如Dynaudio和Infinity/Genesis都有采用此類處理的單元,雖然混入的添加物和制作方式不盡相同,但成效都頗明顯。

另外,既然石化原料和射出成型是這么的方便,所以當然有人會開發不同于PP的新材質,如Bextrene、TPX,或Neoflex的材質,其化學成份不詳,雖看起來和PP很像,但這些材質的較佳剛性和較低質量能帶來更好的動態及解析力,你應該能從各家喇叭的廣告和型錄上看到上述的材質,不妨有機會時驗證一下。

金屬振膜

既然剛性較弱會導致動態和解析力的缺失,那么利用高剛性的金屬材質來制作振膜,應該會得到很好的效果才對。若不談號角喇叭用的壓縮驅動器,一般能看到用于直接放射的中音或低音單元所用的金屬材質,應屬鋁金屬或其合金產物為最多,最大的優勢便是剛性很強,在一定范圍的工作條件下不會變形,其結果便是很低的失真和很好的細節解析力。但是剛性強的另一面便是內損低,就像我上次提過的“一指蔣”高音一樣,能量不會被振膜材質本身吸收,所以發生盆分裂時會有很明顯的共振峰出現在頻率響應的高階,若不妥善處理,就很容易出現“金屬聲”。

所謂妥善處理,首先可以在分音器的設計上盡可能將此共振峰壓制,也就是把共振峰安排在濾波的截止帶或以外,讓進入單元的訊號不要含有會激起高頻共振的頻率,于是共振峰便會被分音器所“隱藏”起來,我們就不會聽到金屬聲了。為達此目的,通常必須要采用至少二階以上的分頻斜率,才能有效濾除;若用一階,斜率太緩,不足以有效壓制。若再把分頻點往低階移動,又會犧牲掉可用的頻寬,這樣的作法不太健康。因此,高階分頻和慎選分頻點是采用金屬振膜單元所必須特別注意的。

或者,相對于消極的避讓,也可積極的改進缺點,那就是加強振膜的阻尼:三明治夾層結構、涂布阻尼物都是不錯的方式。市面上這類的產品已經愈來愈多,其中也不乏相當成功的例子,如上一期“徹底研究”介紹的Elac,或是聲音和價錢都很高貴的瑞士Ensemble。

除了高頻共振不好對付之外,振膜重量是另一項不利因素。因為成本的關系,還沒見過用鈦金屬制作的中音單元。所以,金屬盆的中音或低音單元雖可在強勁驅動下表現出色的動態,但整體的發聲效率事實上還是偏低,一般需要較大的功率來伺候。

合成纖維材質

歷來似乎最先進的材料都會先用在殺人武器上,真是好斗成性的人類之最大悲哀,要是拿來用在音響上讓大家聆賞音樂,豈不是一片祥和?在硼碳纖維及蜂巢式三明治結構應用于戰斗機上獲致極佳成效的多年以后,才有人將這類的材料用在音響上。

既然是航空級的材料,當然就兼具了質輕和高強度的雙重優點,可以做到比紙還輕,剛性比金屬還強,而且強度不只超過鋁很多,甚至還高過鋼鐵(注2),用來制作喇叭單元的振膜應該是再理想不過了!所以各家制造Kevlar或碳纖維單元的廠家,無不用力的標榜其高剛性、低質量、還有高阻尼的特性。前二項優點是成立的,但自體阻尼這一項則要視條件而定,并不一定就比較好。

(注2:這是指其它的成形方式所能得到的最佳成果,并不是指薄薄的單元振膜可以會你家的菜刀還硬,至少目前還做不到。)

若沒有妥善處理,這類高剛性的人造纖維會和金屬盆面臨類似的問題,也就是高頻盆分裂共振。雖不至于像金屬振膜那么嚴重,但這個盆分裂共振的確存在,也輕易地達到擾人的程度。在沒有妥善處理之下,聽感上容易造成硬質的中頻上段和高頻下段,更厲害些便開始刺耳了。我在幾年前曾讀到一篇器材評論,其中主筆對Kevlar中音的表現便是頗有微詞。

在加強阻尼處理(如三明治夾層或涂膜等),加上適當分頻的條件下,這類單元就能夠展現非常好的細節解析力、停動自如的瞬時響應、極佳的大動態及微動態,而且這些好表現只需一點點的功率。如Focal的Audiom 7K,采用Kevlar及聚合物發泡三明治夾層振膜加乳膠涂布,效率可達98dB/W,即使稍遜于Audax紙盆的100 dB/W,也算表現相當突出了(注3)。

(注3:比較一下這二個單元的資料,發現Focal Audiom 7K的磁鐵明顯較大(1132g Vs. 880g),振動部分質量也較低(7.3g Vs. 9.1g),結果發聲效率還是比“火力”較小的Audax低,可見其它環節如懸掛順服性、磁路系統的設計、音圈、振膜形狀……等還是有許多的學問和妥協。)

在較常見的Carbon和Kevlar Fiber單元制品以外,另有一種特殊的人造纖維振膜在數年前問世 ─ HAD(High Definition Aerogel),由Audax所推出,使用壓克力聚合物凝膠和多種合成纖維(包括Carbon及Kevlar)所制成(注4),特性表現極佳,由測量上可看出非常好的瞬時響應,失真極低,同時又能得到平滑的高頻滑落特性,完全沒有出現高頻共振峰,目前的制成品雖在發聲效率上不如紙盆或Kevlar,但應該是磁路系統的設計企圖心造成的差別,而其它項目的實力確也不容小覦。SWANS請來Stereophile名主筆Martin Colloms所設計的三音路Allure便采用了此種單元,我自己的短暫聆聽經驗是輕松自然有如上好的紙盆單元,解析力及動態表現又更加的現代化,聽不出任何不良的僻性,稱得上是非常成功的單元設計(當然,系統整合得當也應記一功)。

(注4:這種凝膠與纖維的混合制程非常特殊,從制程的初期到完成,凝膠的體積會縮小至原來的十分之一。更妙的是,在此過程中聚合鍵結的長煉狀分子會順著事先加入的纖維而成長,所以其分子排列方向是可控制的,極佳的剛性和自體阻尼便由此而來。)

其它材料

其實,除了上述的四大類材質外,其它還有很多質輕強度佳的材質皆可制成喇叭振膜,如玻璃纖維、賽璐絡纖維、石墨纖維、電木、絲質纖維、發泡聚苯乙烯、各種發泡塑料,以及真空燒結精密陶瓷……等,其中許多材料都大有可為,有些適于做高音,有些適于做中音,有些適于做低音,有些高中低音皆宜,各擅勝場。甚至還聽過在日本有人研發出一種利用某種特殊的植物(就是霉菌啦),順著設計好的模子,“長”出一個錐盆來!據稱其發聲之自然超乎任何材質。不過,我想這樣的逸品應該是很難導入量產,因為成本實在太高(時間成本)。

(在此要提醒一點的是,很多單元的振膜會做得讓你看不出到底是什么材質;或反過來說,做得『很像』某種材質。基本上,這已幾近仿冒行為,身為無助的消費者,我們只能小心為上)

  • 制造商=NIKON;型號=NIKON D80;焦距=60毫米;日期=2007.06.18 10:46:09;光圈=F36.0;測光模式=模式;感光度=ISO100;曝光補償=0.0EV;曝光時間=10/1250秒;曝光程式=手動模式
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    acwell刪除此貼于2013.09.20 01:52:38
    發表于2013.09.19 10:27:13
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    發表于2011.04.11 10:25:31
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    發表于2011.04.10 22:21:45
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    唉~~~~~!!我發現這篇文章的最后一幅圖,振膜的設計和現在買得很貴的HD800振膜形狀很像,都是環形設計。但這里的是高音振膜,而那邊是為了追求平直的頻響。
    發表于2010.04.20 08:31:28
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    發表于2010.04.11 19:02:57
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    蛋炒飯刪除此貼于2009.04.17 01:40:05
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