動振膜音箱優缺點?文前談到了動圈式高音振膜材質與形狀和錐台型振膜形狀缺陷等等這些都是讨論振膜高效性的前提在文前相關内容前提下,這裡正式讨論振膜的高效性,下面我們就來聊聊關于動振膜音箱優缺點?接下來我們就一起去了解一下吧!
文前談到了動圈式高音振膜材質與形狀和錐台型振膜形狀缺陷等等。這些都是讨論振膜高效性的前提。在文前相關内容前提下,這裡正式讨論振膜的高效性。
1. 什麼是振膜的高效性高效性,就是物理能量轉換的高效率特性,對振膜而言,是指聲能轉化功率中有用功率對驅動(電磁)功率的高比值特性。即聲功率≥電磁驅動功率=高效率;聲功率≤驅動功率則為低效率。
1.1. 振膜效率業界常把靈敏度視為聲轉換效率,這是不對的。靈敏度隻表示在特定測距給以特定電壓電流所轉換的聲能量規模,即聲壓級,不表示有用功率與驅動功率的比值。
假設1隻10英寸口徑的單元在磁功率1T,按照1米測距1W電功率得到90dB聲壓級,與1隻1英寸口徑單元磁功率1T,1米測距1W電功率得到90dB聲壓級相比較,哪一隻的聲轉換效率(電聲換能效率)高呢?
它們相同的條件:磁功率1T,電功率1W,測距1米,聲壓級90dB;不同條件:振動面積不同。
10英寸口徑投影面積大約490cm2,1英寸投影面積大約為5cm²,前者振動面積>後者約100倍,然而,前者以>後者20倍的振動面積,轉換為與後者相等的聲能量。顯然,後者的振動效率要高出後者20倍。
從這個差異中,我們明白不同的振膜及其振動面積存在聲轉換效率的差異,并可從中比較來分析其不同的聲轉換效率。對振膜及其振動面積所表現出來的聲轉換效率,我稱為振膜聲轉換效率。簡稱:振膜效率。
振膜效率測算,須按照振膜面積每cm²/dB計量。例:上述10英寸單元假定面積500cm²/90dB,其振膜效率=cm²/0.18dB;上述1英寸單元假定面積5cm²/90dB,其振膜效率=cm²/18dB。後者振動面積小100倍,效率高100倍。
這說明一個規律:振動面積越小振膜效率越高,反之越低。
原因呢?
如果振膜質量(密度)都一樣,在同一驅動力(功率)條件下,面積越大質量就越大,驅動力在振膜質量分布平均值就越小,自然振膜效率就越低;反之亦然。
關于揚聲器振動面積的計算,先前發表的文章提到過,業界按照πR2公式計算是錯誤的。
πR2,隻适合平面造型的振膜,不适合球蓋型和錐台型振膜。球蓋型應計算它的表面積。因振動部位不是它的投影平面,而是它的球蓋表面積;錐台型應計算它的側面積。因為它的振動部位也不是它的投影平面積,而是它的錐台側面積。兩者都不是平面圓形,所以用πR2公式計算球蓋型與錐台型振膜的振動面積都是錯誤的。
以10英寸為例,它的投影面積506cm²,但是它的實際振動面積假設音圈為φ5cm,外徑φ25cm,音圈bobbin上端口距離最大外徑直線高度H5cm,那麼它的實際振動面積為1943cm²。兩者計算方法面積相差3.8倍。
歐美錐盆揚聲器提供的振動面積參數基本上都是投影面積而非實際振動面積。對此,我是有看法的:如果是不懂形狀幾何計算,物理常識的缺乏,這樣的工程師或企業是不可能期望其具備一定技術水平的;如果是懂得形狀幾何計算而這樣“瞎标”,對事業、對用戶都是一種不尊重、不嚴謹的行為,這樣的工程師或企業的産品其性能與質量都是不可信的。
而某些球蓋型的振膜面積,歐美卻又不是按照投影面積計算,一般比所标面積都>投影面積,其有可能按照球蓋面積計算。
對這種“江湖作風”,我是很不齒的。因為這種瞎亂标稱,會誤導用戶。數據的虛假會導緻音箱設計的錯誤。不管歐美這種行為是有意的還是無意,都是一種出賣老牌工業國長期建立起來的科技信譽的做法。這也可以看成是歐美電聲産業的堕落。
還以上為例:90dB靈敏度/500cm²時,聲效率=cm²/0.18dB;90dB靈敏度/1943cm²=cm²/0.064dB。同樣的振膜,因為計算方式的不同,得到的振膜效率參數相差2.8倍。如果産品方心裡有鬼,當然依照投影面積計算指标更好看;如果心裡坦然,就應按實際振動面積計算。
當然,振膜效率與磁路相關,與驅動力相關。磁路的驅動力就是磁隙的磁通量(T特斯拉),可簡稱為磁力。但無論磁力大小,最終轉換成聲能也要靠振膜。所以,相對而言,振膜效率是一個考察揚聲器單元質量和性能的重要指标。
1.2. 振膜效率的意義凡是振膜效率偏高,就表明它的聲轉換有用功率比偏高,聲轉換無用功率比偏低,同時意味着功放輸入的信息流失大小。效率高,表明在做功過程中,振動能更好地重現交流信号内容及其細節;效率低,表明在做工過程中,振動不能更好地重現交流電磁電信号内容及其細節。
所以,振膜效率一方面内涵能量轉換規模,另一方面内涵能量轉換質量。規模指cm2的聲壓級,質量指電磁信号負載的内容性能。
效率高,意味:首先,振膜及其振動系統響應快,聲轉換損耗比小;其次,由于響應快、聲轉換損耗比小,功放信息在轉換過程中損失小,自然細節就多,内容質量就更高。
所以,振膜效率既具有能量轉換規模的價值,也具有能量轉換的質量意義。也因為如此,高級音箱的驅動單元技術需要強調振膜運動所表現出來的聲轉換高效性。
即:高效率振膜的性能及其品質是高級音箱内涵特征之一。
1.3. 振膜效率分析上述是為了認識振膜效率規律而提出的一項揚聲器技術新知識需要闡明的道理。這個道理應用在實際工程中應具體問題要具體分析。
通常不可以将高音單元、中音單元、中/低音單元、低音單元、超低音單元進行同一比較,而是應該同類比較。因為,非同類應用的單元,在磁力配置振動面積及質量上,均有自己的特殊性。如BL值高會使頻率響應範圍上移,反之下移。
如高音振膜,它的質量較低音振膜要輕很多,轉換效率自然要高很多;高音音圈線徑較低音音圈線徑要細很多,驅動功率自然要小很多,同時線徑阻值也會高很多。所以兩者不能作為類比分析對象(相關内容我會在“高級音箱磁路”中詳解)。
在同類比較分析中,可以忽略驅動力(磁力),直接進行振膜的cm²/dB分析。從理論上講,振膜效率與驅動力的比值相關,單從實際工程上看,它都要表現在cm²/dB上。因為cm²/dB是振膜效率的最終結果。它可能不是理論上的絕對比較,但卻是實際工程的相對比較。
大體分析上,可直接用所謂“靈敏度”的聲壓級除以振膜的振動面積,得到振膜效率的大緻結論。
而揚聲器振膜效率,是可以通過技術手段控制的。
2. 振膜性能的控制2.1. 關于振膜底噪作為動圈式揚聲器,球蓋形、錐台型這兩種應用是最廣的振膜,固有頻率和分裂振動是其性能優劣的兩大“殺手”:固有頻率就是振膜的底噪;分裂振動就是振膜對功放信息的“叛變”。此兩者都不能杜絕,隻能抑制。因為這是物理必然。
抑制,就是将其發生發展程度通過工程手段降至最低。
人的聽覺是一個信噪比和主觀神經系統。
這裡所說的信噪比與電子學領域所說的信噪比稍有不同。電子學領域信噪比是指電信号與電噪聲的比值:信号負載時的電壓與無信号負載時的電壓比值。無信号負載的電壓是電子設備的底噪。高保真音響電子設備要求信噪比110dB。該控制要求是電聲器件在重放聲效果上無論如何做不到的。
振膜底噪會随着信号振動一同起落:振幅大底噪大,振幅小底噪小。不振動則無噪音。如果将功放輸出關至到0輸出,還能聽到噪音這不是振膜的噪音,而是音箱前端或功放、或前級、或音源、或電源的噪音。振膜隻要不振動,就一定不會有噪音。
人耳在選擇聲信号時,由于其主觀上具有掩蔽效應,在信号聲足以掩蔽噪聲時,人耳不會感覺噪聲的存在。将電聲信噪比達到110dB絕不可能,但将揚聲器的主要頻段振動底噪控制在總諧波失真率0.5%以内,是可以做到的。
總諧波失真(THD),可看成是振膜底噪。
音響系統中的電子電路較為高級的信噪比指标是110dB,相較而言失真率可能<0.0002%。電子電路能做到,電聲永遠做不到。
但是電聲可以通過技術手段控制振膜信噪比,盡可能降低振膜及其音箱底噪,使之讓聽覺的掩蔽選擇效應可忽略振膜底噪的存在。
從失真控制上講,我認為可以0.5%為一個刻度:>0.5%THD為低級控制,<0.5THD為高級控制。
2.2. 振膜材質控制2.2.1. 材質選擇從材質上講,原子、離子結構的材質因振動方式為原子或離子移位形成的跳動形式,内部力損小(阻尼小),效率高的同時,底噪也大,信噪比低;相較之下,選擇分子結構的材質,尤其是高分子結構材質,它是以分子鍵伸縮形成的蠕動形式,内部力損較大(阻尼較大),固有頻率振幅較小,信噪比相對較高。
當前媒體造輿引導炒作的振膜第一強勢是鑽石,第二是铍,第三是陶瓷。
這是片面的。
2.2.1.1. 鑽石振膜鑽石振膜是一種商業名稱。它的出現因媒體大勢宣揚,造成很多發燒友和工程師盲目追捧。由此振膜制造的高音單元,價格炒到近4萬元/隻。就是因為挂上了“鑽石”這個名稱。
它的科學名稱叫做類金剛石(DLC)塗覆振膜。主要制造工藝有兩種:一種是在金屬(通常為鋁基或钛基)丕材上濺射(物理沉積)碳原子;另一種是将金屬基層先做一次微弧氧化,使之表面陶瓷化,也就是業界所說的陶瓷振膜,即通過氧化工藝使金屬表層反應為另一種物質——陶瓷;然後再進行碳原子的濺射以将碳原子沉積在“陶瓷”層表面。
前一種工藝類似“三文治”,2陶瓷層夾一個金屬層(通常用钛基或鋁基);後一種類似“ 2三文治”,即2碳層夾2陶瓷層,再夾一個金屬層。
兩種工藝均可以提高至金屬基層的數倍剛性。硬,就不容易變形,抑制了分裂失真;而且振動響應時間短,瞬态好;聲速高,高頻延伸量大,并将鋁、鎂、钛等金屬膜特有的固有頻率(聽感“振鈴聲”)向上移動至超聲範圍,讓人耳不能察覺。
但它的缺點也很突出:
第一個缺點就是泊松比0.3,與軸向應力的比值偏高。泊松比是材料橫向應力與軸向應力之比。泊松比值大,說明其橫向應力比大,拉伸強度較差。其結合到熱膨脹系數,一俟在較大功率時(振幅較大)就很容易出現聲音的“炸裂”失真。
泊松比最大值是0.5,如水。0.25以上即偏大,強度偏弱,拉伸不易,彈性變差,也容易産生“功率失真”。泊松比0.25以下即偏小,強度偏好,拉伸較易,彈性變好。
相比較而言,氧化鋁陶瓷的泊松比0.2,韌性即彈性要好很多。先将金屬陶瓷化再“鑽石”化可以克服泊松比偏高的缺點。但成本高,采用這種工藝的“鑽石振膜”還是極少數。當然,所增加成本比較其誇張的價格,也算不了什麼。
第二個缺點就是金屬本性改不了。它的振動形式還是跳動的,原子或離子移位方式。這種方式的振動,聽覺總感到不夠“絲滑平順”,甚至能聽感到細微的粒度,略顯滄桑。在較大功率時,仍然覺得緊張感、壓逼感,不松弛、不太自然、不耐聽。
2.2.1.2. 陶瓷膜相當于在鋁或钛金屬上附加了陶瓷材料,可等同于金屬與陶瓷的複合材料(所不同的是:複合材料是“二合一”,它是“二為一”)。它的聲學結構似乎較“鑽石膜”更優秀。
因為金屬的等離子體氧化過程,使振膜表面形生成一層陶瓷膜,陶瓷膜上形成緻密的若幹毛孔。這些孔隙,在與空氣的摩擦中,會增加對空氣的粘度,阻尼明顯地要大于光滑的振膜。因此,它的聽感較“鑽石”要“絲滑”、“幼嫩”,更耐聽一些。
但缺點還是金屬膜的原子、離子跳動方式。這也許是我的審美偏好,不喜歡這種“沒有修養”的放蕩之聲。因為在我的交響樂團浸染中,常常處于 “聽”的狀态(我是小号手,總譜上小号任務比重很小),很少處于“奏”的狀态。真實的交響樂聽不到“碗勺刮碗背”的刺耳聲。而“鑽石”、“陶瓷”高音單元,在我聽來,就有這種“碗勺刮碗背”的刺耳聲。不自然、不放松,逼人緊張。
2.2.1.3. 铍膜铍膜作為單質金屬材料,是聲學結構最優秀材料之一。它質輕(密度1.85),剛性大(楊氏模量28Gpa),聲速快(12302m/s),内阻高(0.005),導熱快,熱膨脹系數低(12.3)強度高(泊松比0.032),抗拉強度高(240Gpa)。作為聲學振動材料看其力學參數,都是最優秀的材料之一。從聲能量轉換的振動形态上看,它是原子共價鍵結構,共價鍵較氫鍵、離子鍵更牢固,不斷裂。所以,它的聽感,較“鑽石”、“陶瓷”更順耳、更放松、更自然。但相較于分子結構的振膜,它還是具有一定的“金屬味”,絲滑的程度仍不及分子結構的振膜。
铍是從綠柱石(一種寶石)中提煉出來的,2001年真空鑄造的铍料為$475/kg,≈¥3895/kg。從原材料價格看,铍膜較“鑽石”、“陶瓷”或更昂貴。
對于歐美公布的铍膜數據看,铍膜的楊氏模量為280Gpa,而标準科學文獻對铍材料的楊氏模量标稱為310Gpa。這個數據差異,給人一個疑問:歐美公布的铍膜是不是純铍?如果是铍合金呢?其聲學性能就另當别論了。因為歐美揚聲器參數的江湖做派,的确讓人不敢信任。凡是對銷售忽悠有利的就标,反之就省略(他們在價格越高的音箱中,标稱參數越少。尤其是頻率響應特性,很多隻标有效範圍,不标±波動。所标稱已經不是頻響特性了。)如果是純铍,為什麼楊氏模量(剛性參數)較标準文獻參數小了10%呢?
2.2.1.4. 高分子膜不同于原子、離子結構的分子式結構振膜為分子膜。
分子膜分大分子與小分子兩類。小分子即有機分子,如紙;大分子也叫高分子(細分還包括超高分子量)。
小分子即有機分子不說了,也就是紙質。楊氏模量太低,變形太大。更不能作為高音振膜用(聲速太低,失真更大)。
常用的高分子音膜材料如下表:
表 1 單一高分子音膜材料聲學性能一覽表
其中,最常用的是PET、PEI、PEN。這些音膜因楊氏模量太低,容易變形,所以很少用于高價格音箱的驅動單元。多數都用于價格低廉低廉的語音揚聲器或耳機揚聲器。
當前能用或常用的較高價格音箱驅動單元的高分子振膜,主要有編織芳綸纖維、編織碳纖維、編織玻璃纖維、編織絲絹和kapton。其中,編織絲絹不一定是高分子,如果采用的是真蠶絲編織,則是有機分子或者小分子。
嚴格說,除kapton是純正的高分子材料外,其他高分子編織纖維振膜都是複合材料。
供應商提供給音膜制造商的編織類高分子材料可以分别是編織布或纖維,經緯之間是有縫隙的,沒有密封,制造商要對它進行專門的含浸處理,一般都是用酚醛樹脂溶液進行含浸,含浸僅僅是填充了縫隙,而并未通過化學反應而使之形成分子間的交聯,所以它們仍然是兩種材料的複合。至于纖維振膜(未編織),制造商很難将之均勻地壓型,音膜很容易出現颠簸變形。這類材料及其工藝制作的音膜,一般内阻較金屬膜要高,而且是分子蠕動方式,聽感較金屬類要柔順、自然。
Kapton、碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等常用的高分子材料,主要優勢在于内阻高、拉伸強度高,而使其具有獨特的聽感(見下表2):
表 2 金屬、陶瓷、高分子振膜聲學性能比較
從表2數據比較中,可見其高分子材料的拉伸強度,與金屬原子、離子材料的拉伸強度不在一個等級:一個3位數,一個4位數。其音質聽感,除玻纖傾向于金屬外,其餘均無“威逼”、“強迫”的耳感。
材料的選擇,是振膜音質控制的首要方法。不同材質的振膜,有不同的重放音色,也有着不同的頻率響應特性。
2.2.1.5. 振膜音質控制的原則振膜音色不同主要有兩個原因:一個是材質本身的固有頻率染色;一個是振膜形狀不合理造成的頻響曲線不好,歪曲了功放信息。
對染色嚴重的音質,有些評論或發燒友用“丹麥聲”、“英國聲”、“美國聲”、“德國聲”等來加以點贊或掩飾。這些提法是十分荒誕的。
如果這樣聲那樣聲表現出某種民族風格,它就不能真實地重放任何音樂。假如中國樂器二胡獨奏變成“丹麥聲”或“美國聲”,你聽到的是什麼玩意兒?音箱重放變形也太大了,就好比你使用導航裝置,輸入導航目的地是北京,結果引導你的到達地是香港。所謂這國聲、那國聲,是對音箱缺陷的一種“掩耳盜鈴”的美化說法,侮辱受衆智商的“蠻辯”說辭。
振膜音質控制的原則,就是要控制音膜染色(與音箱染色不同)和頻率響應特性。
2.2.1.6. 振膜音質控制的方法第一,材質複合
上述陶瓷振膜、“鑽石”振膜,就是一種材質複合方法。即将單一材質,通過工藝方法使其變成兩種以上不同性質的材質。如陶瓷,它通過氧化工藝,使陶瓷性質的材料從鋁丕或钛丕上“長”出來的,其“表裡不一”,裡面是鋁或钛,表面卻是陶瓷。即一體多材。丕材是原子結構、面材卻是離子結構。這樣做,首先是抑制了金屬的固有頻率聲壓;其次是增加了内阻,至少是大大降低了金屬膜的殘響染色。這樣做,可明顯地降低振膜的底噪。
第二,複合材質
複合材質,就是振膜用兩種以上的材質複合在一起。
兩種以上的材質固有頻率不同,将之通過粘結複合工藝複合起來,成為多材一體,造成“你動我靜”的相互牽制效果。比如:一種材料共振頻率是5KHz,另一種材料共振頻率是6KHz,中間的粘結力介質(環氧樹脂或聚氨酯)共振頻率是4KHz,其中任一材料在共振頻率上振幅都被其他材料的“不響應”抑制。
“一體多材”,和“多材一體”聲學性能不一樣。前者由于是化學處理,表裡區别是反應作用産生的,不存在粘結力一說,它的底噪控制不如後者;後者是通過物理處理,表裡不是通過化學反應而黏在一起的,它的聲學效應會受到複合介質(膠)的影響。
2.3. 振膜形狀控制2.3.1. 小面積原則假設A單元振動面積1000cm²,B單元100cm²,AB都輸入2.83V1W的電功率,都在1米測距下獲取的聲壓級相同,也就說輸入功率一樣,輸出聲壓一樣,聲轉換效率卻不一樣:A為cm²/0.09dB,B為cm²/0.9dB。兩者相差10倍。
這是為什麼?
首先,是電功率在振動面積的分布比例不同,A例每cm²振動面積分布的電功率為1W/1000,即0.001W,而B每cm²振動面積分布的電功率為1W/100,即0.01W;B所得到的振動面積平均電功率大了10倍;
其次,振動面積越大質量就越大,做功過程的有功功率比就越小,無功功率比就越大。所以,振動面積越大,振動效率就越低。因為,有功功率的發揮在大振動面積的力學損耗無功功率更多,而小振動面積的振膜損耗的無功功率更少。
通常,一隻1英寸的動圈式高音單元振動面積約為6cm²左右,聲壓級卻能達到90dB,振膜聲效率為15cm²/dB,而一隻7英寸動圈式中/低音單元,振動面積約為123cm²,聲壓級能達到90dB已經算不錯了,其振膜效率為0.73cm²/dB;兩者相差24倍。也就說,這隻1英寸高音單元振膜的有功功率>這隻7英寸中/低音單元振膜的有功功率20倍。無功功率比越大,振膜聲效率越低。
換言之,大振動面積振膜的功率更多被消耗在電聲轉換的路上而不是目的地,小振動面積振膜的功率更多沒有消耗在路上,而是到達了目的地。
所以,振膜的高效性與振動面積相關。面積越小效率越高。
2.3.2. 大音圈原則假設将cm2/dB作為振膜高低效率标準,1cm²/>dB為高效率,1cm²/<dB則為低效率。那麼:
第一,高效率振膜通常具有高音圈比。
如動圈式高音單元,大多數音圈振膜面積比為4/5:音圈面積4,振膜面積5。
音圈比大的好處在于:
振膜更容易被音圈所控制,振膜運動的啟停受音圈控制條件更好。這樣,揚聲器瞬态響應會更好,啟動更快;揚聲器靜止響應也會更好,“刹車”更快。聽感更清晰。如果狀态相反,低效率振膜更不容易被音圈運動所控制,振膜運動的啟停受音圈控制的條件更差,那麼揚聲器瞬态響應就會更差,啟動遲緩;同時揚聲器靜止響應也會更差,“刹車”遲滞。聽感不清晰。情況嚴重者,因不服音圈控制的振膜會因為運動慣性而“反”推音圈,産生反電動勢。不僅諧波産生嚴重,振膜固有頻率音染加重,而且反電動勢會通過音圈回路影響電磁性能及其整個音響系統性能的質量。
第二,高效率振膜正因為它的無功功率比小,其損耗的電訊号細節就越少;低效率振膜相反,因其無功功率比大,能量轉換中電訊号細節也随着無功功率的損耗而被消耗掉,其重放還原的保真率就越低。
第三,高效率振膜也因為它的力學高效響應,聲音密度會更高,聽感更為飽滿。因為,高效率振膜較低效率振膜的振動更充分。效率高了,振動性能也就高了。
從原理上所知:振膜面積越大效率越低。所以,在高效率振膜選擇上,就不會去選擇大口徑單元。
大口徑單元表面上看揚聲器聲壓級>小口徑單元,但在實際應用中遠不如小口徑單元的電聲效能高。
例如:
德國伊頓ETON 7-218:靈敏度89dB,有效振動面積137cm²,直流阻抗6.5Ω,額定功率100W,比較我國中聲院CAA 2854A-R3:靈敏度83dB,有效振動面積30cm²,直流阻抗3.6Ω,額定功率60W。比較中,ETON 7-218的振膜效率為cm²/0.65dB,CAA 2854A-R3的振膜效率為m²/2.7cdB。後者是前者的4倍餘。
如果以ETON 7-218靈敏度為标準,CAA 2854A-R3需要應用4隻單元,靈敏度達到89dB,CAA 2854A-R3差不多也需要應用4隻單元的(120cm2)振動面積。結果呢?四隻CAA 2854A-R3單元振動面積還小17cm2,靈敏度卻相同。
從靈敏度結果選擇看,4隻3英寸CAA 2854A-R3,≈1隻7英寸ETON 7-218,但是功率與失真就截然不同:1隻ETON 7-218=100W,總聲壓級109dB,峰值聲壓115dB;4隻CAA 2854A-R3=240W,總聲壓級116dB,峰值聲壓122dB。也就說,在靈敏度和振動面積大體相同條件下,采用4隻3英寸CAA 2854A-R3,較1隻7英寸ETON 7-218動态大了7dB,相當于兩倍大于該7英寸。也就說該4隻3英寸單元的動态≈4隻該7英寸單元。動态大小意味着揚聲器還原音樂動态的生動性。動态越大,生動性越強,振幅大小差異越大。
從上述比較中,可以看出小面積振膜的應用優勢之一。
還有:往往小面積振膜的失真率低于大面積振膜。
如德國Accuton艾卡頓 C173-6-191E 6.5英寸中/低音單元,其标稱145.6cm²,諧波失真多數表現為0.5%,而CAA 2854A-R3的諧波失真多數表現為0.2%。(見下圖)
圖 1Accuton艾卡頓 C173-6-191E 6.5英寸中/低音單元諧波失真圖
圖 2CAA 2854A-R33英寸中/低音單元諧波失真圖
兩相比較:Accuton艾卡頓 C173-6-191E 6.5英寸中/低音單元靈敏度88dB,總諧波失真50Hz從>6%~70Hz的2.5%,80HZ~300Hz下降到0.5%;300Hz~3KHz為0.8%;
中聲院CAA 2854A-R3靈敏度83dB,總諧波失真50Hz從>4.5%~70Hz的0.8%,在上升至100Hz的2%~300Hz的0.3%,由此~3KHz為0.2%,300Hz~16KHz平均0.25%,上升至2KHz時0.5%,再緩慢拉升至4.5K最高時為不到5%。顯然,CAA 2854A-R3的諧波失真控制性能要比 C173-6-191E好很多:前者200~2KHz總諧波失真率≈0.7%,後者200~20KHz總諧波失真率≈0.3%,總體失真率低艾卡頓2倍以上。
當我們将總諧波失真看成是一種振膜底噪時,可以從信噪比角度再看看兩者的區别:
德國艾卡頓C173-6-191E為例,總諧波失真0.8%(即1W信号功率時,噪音占0.08失真功率)。那麼,測距1米1W=88dB,實際應用中,功率↓0.5W=85dB,↓0.25W=82dB,↓0.125W=79dB,↓0.0625=76dB,↓0.03125w=73dB;↓0.0165W=70dB,↓0.078W=67dB;值此,艾卡頓C173-6-191E的噪聲略為88dB中的67dB,其信噪比≥10lg(88/67)=即13.13dB。
相比較之下,CAA 2854A-R3,總諧波失真0.25%。
測距1米1W=83dB,功率↓0.5W=80dB,↓0.25W=77dB,↓0.125W=74dB,↓0.0625=71dB,↓0.03125w=68dB;↓0.0165W=65dB,↓0.078=62dB,↓0.039=59dB,↓0.0195=56dB其信噪比略為10lg(83/56)=14.8dB。中聲院CAA 2854A-R3信噪比較艾卡頓C173-6-191E提高了1.67dB,噪音<德國艾卡頓3倍餘。
如果CAA 2854A-R3應用4隻來達到與德國艾卡頓C173-6-191E相同靈敏度89dB,總諧波失真則降低至0.075%,是 C173-6-191E 總諧波失真率的10%。由此可見小振動面積振膜應用的總諧波失真控制優勢。
再結合音圈比看:
CAA 2854A-R3采用45芯音圈,其振膜直徑為60mm,振膜面積/音圈面積比為100/75,屬于揚聲器超大音圈比例設計。
上述ETON 7-218,采用32芯音圈,振膜直徑為130mm,兩振膜面積/音圈面積為100/25,屬于揚聲器小音圈比例設計。
在深入分析超大比例音圈的好處如下:
第一,在音圈線徑、磁隙高度上可做更多優化選擇。
在同一線徑上,大音圈較小音圈的匝數更少,卷幅就更窄,處于磁隙内的位置更多,更容易避開卷幅冒過磁隙的非線性失真;
或在相同匝數上選擇更粗線徑,揚聲器的承載功率就越大;
音圈直徑與振膜直徑比越大,就可能意味着或音圈質量>振膜質量,音圈控制力就越強,瞬态和失真控制就越好;
音圈越大,導磁截面積就越大,受磁面積就越大,更利于永磁的磁力發揮。
但需注意的是T值不能過大,否則在振膜強度制約下,很容易出現振幅過載,引起振膜“炸裂”失真。
在振膜研究中,歐美理論更注重振膜的剛度而忽略振膜的強度。表現振膜剛度的是楊氏模量,表現振膜強度的是拉伸強度。正是在此理論研究傾向中,歐美強調的鑽石振膜、陶瓷振膜、铍振膜都因為拉伸強度不夠而常常處于高振幅時“炸裂”失真狀态,聲音發糙。正是如此,很多發燒友選擇絲膜高音。但絲膜高音強度夠,剛度卻遠遠不夠。因此其楊氏模量極低,聲速極低,該表現的高頻特點卻無法表達,顯得不通透、不細膩、不炫耳。
再與3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全頻單元的比較:
Peerless(皮亞裡斯)作為丹麥著名揚聲器品牌,早在2005年就被迪芬尼(惠州迪芬尼聲學科技股份有限公司)收購。2004年台商潘永中在廣東惠州注冊惠州超聲音響有限公司,2005年其下屬迪芬尼(惠州迪芬尼聲學科技股份有限公司)收購DST,當時DST旗下有著名的揚聲器品牌Scanspeak紳士寶、Vifa威發和Peerless皮亞裡斯。迄今,皮亞裡斯實際上由迪芬尼控制和生産。
其3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全頻單元官方提供參數如下:
3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全頻單元官方提供參數
比較的幾個關鍵參數:
直流電阻6.33Ω、靈敏度84dB、功率25W、頻率響應特性100Hz~20KHz(12dB/Oct)、振動面積58.9cm²、音圈直徑25.73mm(其中,将通常Frequency response(頻率響應)一項,标新立異改成Test Spectrum Bandwidth測試頻譜帶寬。這種标稱不太好理解,就其提供的頻響曲線圖進行分析便可以理解)。見下圖:
圖 3 3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08分析圖
從以上曲線圖分析可見:100~10KHz從80~88dB,上下落差8dB;10KHz峰值90dB;18KHz谷值75dB;20KHz峰值102dB。嚴格講,它的頻率響應特性從75dB~102dB落差27dB。這遠遠超過了歐美行業默認的±3dB(落差6dB),為了掩飾這種落差,掩耳盜鈴獨出心裁地标稱12dB/Oct,意思是10K~20K的倍頻程落差12dB(從圖上分析看,這一倍頻程的落差為27dB)。
歐美電聲産業界有一個習慣:凡是對看起來不好的參數就作是是而非的标稱。很是缺乏理科科學精神。“貓蓋屎”。
關于其标稱有效振動面積28.9cm²,是根據投影面積計算的,這是不對的。它是一個錐台型振膜,上口直徑6.07cm,下口直徑(音圈直徑)2.57cm,上下口距離(高)2.5cm,其錐台側面積計算結果為41.4cm²。也就說它的振膜效率為cm²/2.02dB
3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08實際面積示意圖
同樣是3英寸,CAA 2854A-R3聲效率=cm²/2.7dB,Peerless PLS-75F25AL02-08聲效率=cm²/2.02dB。這就是大小音圈比的差異。
2.3.3. 中和原則材質控制與形狀控制不能走極端。
中國思維方式中,其中有一個最優秀的原則就是“中和”。中和源于中庸哲學方法。歐洲文明晚于中華文明,凝練打磨的時間沒有中國長,也因此存在一大思維缺陷:就是走極端,不走中庸路線。
中庸,就是“不偏不倚、調和折中”。
拿中國廚師做菜來講:過火則燒焦,火不夠則夾生。所以,中國菜的品質關鍵在火候上。
振膜的材質控制與形狀控制,都需要掌握火候。
從材質上講:過剛易折;從形狀上講:過軟易糜;從聽感上講:剛則銳,軟則暗。所以,振膜控制的基本原則應該是恰到好處:不偏不倚,剛到火候。
從科學分析角度看:聲波最高頻率為20000Hz/1秒;=每個周波需要響應時間50μs。所以,在考慮高音振膜時,為了保證音質的更通透,将其響應時間控制在即500Ns已經夠火候了,即将每個周波需要的響應時間提升了10倍。
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