从惠威看扬声器振膜

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。口口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tan5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6x103m/s（铝和钛中的声速分别为5.1x103m/s和4.9x103m/s），比铝和钛中的声速还高，杨氏模量约为7x1010N/m2，密度约为1.8x103kg/m3，内部损耗tan阮0.02（根据成份组成的不同，tan6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2.7x103kg/m3，弹性模量为7.0x1010N/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4x1010N/m2，密度为1.6x103kg/m3，声速为5x103m/s，tan5为0.02。同样尺寸的纸质振膜扬声器、杨氏模量为3x109N/m2、密度为0.6x103kg/m3，声速为2.2x103m/s，tan5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tan（5二、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。tan^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tan＜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SwanM1，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。6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一电一力学的电声器件。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。口口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一一带式扬声器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3呻厚的抗氧化涂层。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50mmx13mm，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