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高级音箱内涵(三)振膜的高效性(下)

文前谈到了动圈式高音振膜材质与形状和锥台型振膜形状缺陷等等。这些都是讨论振膜高效性的前提。在文前相关内容前提下,这里正式讨论振膜的高效性。

1. 什么是振膜的高效性

高效性,就是物理能量转换的高效率特性,对振膜而言,是指声能转化功率中有用功率对驱动(电磁)功率的高比值特性。即声功率≥电磁驱动功率=高效率;声功率≤驱动功率则为低效率。

1.1. 振膜效率

业界常把灵敏度视为声转换效率,这是不对的。灵敏度只表示在特定测距给以特定电压电流所转换的声能量规模,即声压级,不表示有用功率与驱动功率的比值。

假设1只10英寸口径的单元在磁功率1T,按照1米测距1W电功率得到90dB声压级,与1只1英寸口径单元磁功率1T,1米测距1W电功率得到90dB声压级相比较,哪一只的声转换效率(电声换能效率)高呢?

它们相同的条件:磁功率1T,电功率1W,测距1米,声压级90dB;不同条件:振动面积不同。

10英寸口径投影面积大约490cm2,1英寸投影面积大约为5cm²,前者振动面积>后者约100倍,然而,前者以>后者20倍的振动面积,转换为与后者相等的声能量。显然,后者的振动效率要高出后者20倍。

从这个差异中,我们明白不同的振膜及其振动面积存在声转换效率的差异,并可从中比较来分析其不同的声转换效率。对振膜及其振动面积所表现出来的声转换效率,我称为振膜声转换效率。简称:振膜效率。

振膜效率测算,须按照振膜面积每cm²/dB计量。例:上述10英寸单元假定面积500cm²/90dB,其振膜效率=cm²/0.18dB;上述1英寸单元假定面积5cm²/90dB,其振膜效率=cm²/18dB。后者振动面积小100倍,效率高100倍。

这说明一个规律:振动面积越小振膜效率越高,反之越低。

原因呢?

如果振膜质量(密度)都一样,在同一驱动力(功率)条件下,面积越大质量就越大,驱动力在振膜质量分布平均值就越小,自然振膜效率就越低;反之亦然。

关于扬声器振动面积的计算,先前发表的文章提到过,业界按照πR2公式计算是错误的。

πR2,只适合平面造型的振膜,不适合球盖型和锥台型振膜。球盖型应计算它的表面积。因振动部位不是它的投影平面,而是它的球盖表面积;锥台型应计算它的侧面积。因为它的振动部位也不是它的投影平面积,而是它的锥台侧面积。两者都不是平面圆形,所以用πR2公式计算球盖型与锥台型振膜的振动面积都是错误的。

以10英寸为例,它的投影面积506cm²,但是它的实际振动面积假设音圈为φ5cm,外径φ25cm,音圈bobbin上端口距离最大外径直线高度H5cm,那么它的实际振动面积为1943cm²。两者计算方法面积相差3.8倍。

欧美锥盆扬声器提供的振动面积参数基本上都是投影面积而非实际振动面积。对此,我是有看法的:如果是不懂形状几何计算,物理常识的缺乏,这样的工程师或企业是不可能期望其具备一定技术水平的;如果是懂得形状几何计算而这样“瞎标”,对事业、对用户都是一种不尊重、不严谨的行为,这样的工程师或企业的产品其性能与质量都是不可信的。

而某些球盖型的振膜面积,欧美却又不是按照投影面积计算,一般比所标面积都>投影面积,其有可能按照球盖面积计算。

对这种“江湖作风”,我是很不齿的。因为这种瞎乱标称,会误导用户。数据的虚假会导致音箱设计的错误。不管欧美这种行为是有意的还是无意,都是一种出卖老牌工业国长期建立起来的科技信誉的做法。这也可以看成是欧美电声产业的堕落。

还以上为例:90dB灵敏度/500cm²时,声效率=cm²/0.18dB;90dB灵敏度/1943cm²=cm²/0.064dB。同样的振膜,因为计算方式的不同,得到的振膜效率参数相差2.8倍。如果产品方心里有鬼,当然依照投影面积计算指标更好看;如果心里坦然,就应按实际振动面积计算。

当然,振膜效率与磁路相关,与驱动力相关。磁路的驱动力就是磁隙的磁通量(T特斯拉),可简称为磁力。但无论磁力大小,最终转换成声能也要靠振膜。所以,相对而言,振膜效率是一个考察扬声器单元质量和性能的重要指标。

1.2. 振膜效率的意义

凡是振膜效率偏高,就表明它的声转换有用功率比偏高,声转换无用功率比偏低,同时意味着功放输入的信息流失大小。效率高,表明在做功过程中,振动能更好地重现交流信号内容及其细节;效率低,表明在做工过程中,振动不能更好地重现交流电磁电信号内容及其细节。

所以,振膜效率一方面内涵能量转换规模,另一方面内涵能量转换质量。规模指cm2的声压级,质量指电磁信号负载的内容性能。

效率高,意味:首先,振膜及其振动系统响应快,声转换损耗比小;其次,由于响应快、声转换损耗比小,功放信息在转换过程中损失小,自然细节就多,内容质量就更高。

所以,振膜效率既具有能量转换规模的价值,也具有能量转换的质量意义。也因为如此,高级音箱的驱动单元技术需要强调振膜运动所表现出来的声转换高效性。

即:高效率振膜的性能及其品质是高级音箱内涵特征之一。

1.3. 振膜效率分析

上述是为了认识振膜效率规律而提出的一项扬声器技术新知识需要阐明的道理。这个道理应用在实际工程中应具体问题要具体分析。

通常不可以将高音单元、中音单元、中/低音单元、低音单元、超低音单元进行同一比较,而是应该同类比较。因为,非同类应用的单元,在磁力配置振动面积及质量上,均有自己的特殊性。如BL值高会使频率响应范围上移,反之下移。

如高音振膜,它的质量较低音振膜要轻很多,转换效率自然要高很多;高音音圈线径较低音音圈线径要细很多,驱动功率自然要小很多,同时线径阻值也会高很多。所以两者不能作为类比分析对象(相关内容我会在“高级音箱磁路”中详解)。

在同类比较分析中,可以忽略驱动力(磁力),直接进行振膜的cm²/dB分析。从理论上讲,振膜效率与驱动力的比值相关,单从实际工程上看,它都要表现在cm²/dB上。因为cm²/dB是振膜效率的最终结果。它可能不是理论上的绝对比较,但却是实际工程的相对比较。

大体分析上,可直接用所谓“灵敏度”的声压级除以振膜的振动面积,得到振膜效率的大致结论。

而扬声器振膜效率,是可以通过技术手段控制的。

2. 振膜性能的控制

2.1. 关于振膜底噪

作为动圈式扬声器,球盖形、锥台型这两种应用是最广的振膜,固有频率和分裂振动是其性能优劣的两大“杀手”:固有频率就是振膜的底噪;分裂振动就是振膜对功放信息的“叛变”。此两者都不能杜绝,只能抑制。因为这是物理必然。

抑制,就是将其发生发展程度通过工程手段降至最低。

人的听觉是一个信噪比和主观神经系统。

这里所说的信噪比与电子学领域所说的信噪比稍有不同。电子学领域信噪比是指电信号与电噪声的比值:信号负载时的电压与无信号负载时的电压比值。无信号负载的电压是电子设备的底噪。高保真音响电子设备要求信噪比110dB。该控制要求是电声器件在重放声效果上无论如何做不到的。

振膜底噪会随着信号振动一同起落:振幅大底噪大,振幅小底噪小。不振动则无噪音。如果将功放输出关至到0输出,还能听到噪音这不是振膜的噪音,而是音箱前端或功放、或前级、或音源、或电源的噪音。振膜只要不振动,就一定不会有噪音。

人耳在选择声信号时,由于其主观上具有掩蔽效应,在信号声足以掩蔽噪声时,人耳不会感觉噪声的存在。将电声信噪比达到110dB绝不可能,但将扬声器的主要频段振动底噪控制在总谐波失真率0.5%以内,是可以做到的。

总谐波失真(THD),可看成是振膜底噪。

音响系统中的电子电路较为高级的信噪比指标是110dB,相较而言失真率可能<0.0002%。电子电路能做到,电声永远做不到。

但是电声可以通过技术手段控制振膜信噪比,尽可能降低振膜及其音箱底噪,使之让听觉的掩蔽选择效应可忽略振膜底噪的存在。

从失真控制上讲,我认为可以0.5%为一个刻度:>0.5%THD为低级控制,<0.5THD为高级控制。

2.2. 振膜材质控制

2.2.1. 材质选择

从材质上讲,原子、离子结构的材质因振动方式为原子或离子移位形成的跳动形式,内部力损小(阻尼小),效率高的同时,底噪也大,信噪比低;相较之下,选择分子结构的材质,尤其是高分子结构材质,它是以分子键伸缩形成的蠕动形式,内部力损较大(阻尼较大),固有频率振幅较小,信噪比相对较高。

当前媒体造舆引导炒作的振膜第一强势是钻石,第二是铍,第三是陶瓷。

这是片面的。

2.2.1.1. 钻石振膜

钻石振膜是一种商业名称。它的出现因媒体大势宣扬,造成很多发烧友和工程师盲目追捧。由此振膜制造的高音单元,价格炒到近4万元/只。就是因为挂上了“钻石”这个名称。

它的科学名称叫做类金刚石(DLC)涂覆振膜。主要制造工艺有两种:一种是在金属(通常为铝基或钛基)丕材上溅射(物理沉积)碳原子;另一种是将金属基层先做一次微弧氧化,使之表面陶瓷化,也就是业界所说的陶瓷振膜,即通过氧化工艺使金属表层反应为另一种物质——陶瓷;然后再进行碳原子的溅射以将碳原子沉积在“陶瓷”层表面。

前一种工艺类似“三文治”,2陶瓷层夹一个金属层(通常用钛基或铝基);后一种类似“+2三文治”,即2碳层夹2陶瓷层,再夹一个金属层。

两种工艺均可以提高至金属基层的数倍刚性。硬,就不容易变形,抑制了分裂失真;而且振动响应时间短,瞬态好;声速高,高频延伸量大,并将铝、镁、钛等金属膜特有的固有频率(听感“振铃声”)向上移动至超声范围,让人耳不能察觉。

但它的缺点也很突出:

第一个缺点就是泊松比0.3,与轴向应力的比值偏高。泊松比是材料横向应力与轴向应力之比。泊松比值大,说明其横向应力比大,拉伸强度较差。其结合到热膨胀系数,一俟在较大功率时(振幅较大)就很容易出现声音的“炸裂”失真。

泊松比最大值是0.5,如水。0.25以上即偏大,强度偏弱,拉伸不易,弹性变差,也容易产生“功率失真”。泊松比0.25以下即偏小,强度偏好,拉伸较易,弹性变好。

相比较而言,氧化铝陶瓷的泊松比0.2,韧性即弹性要好很多。先将金属陶瓷化再“钻石”化可以克服泊松比偏高的缺点。但成本高,采用这种工艺的“钻石振膜”还是极少数。当然,所增加成本比较其夸张的价格,也算不了什么。

第二个缺点就是金属本性改不了。它的振动形式还是跳动的,原子或离子移位方式。这种方式的振动,听觉总感到不够“丝滑平顺”,甚至能听感到细微的粒度,略显沧桑。在较大功率时,仍然觉得紧张感、压逼感,不松弛、不太自然、不耐听。

2.2.1.2. 陶瓷膜

相当于在铝或钛金属上附加了陶瓷材料,可等同于金属与陶瓷的复合材料(所不同的是:复合材料是“二合一”,它是“二为一”)。它的声学结构似乎较“钻石膜”更优秀。

因为金属的等离子体氧化过程,使振膜表面形生成一层陶瓷膜,陶瓷膜上形成致密的若干毛孔。这些孔隙,在与空气的摩擦中,会增加对空气的粘度,阻尼明显地要大于光滑的振膜。因此,它的听感较“钻石”要“丝滑”、“幼嫩”,更耐听一些。

但缺点还是金属膜的原子、离子跳动方式。这也许是我的审美偏好,不喜欢这种“没有修养”的放荡之声。因为在我的交响乐团浸染中,常常处于 “听”的状态(我是小号手,总谱上小号任务比重很小),很少处于“奏”的状态。真实的交响乐听不到“碗勺刮碗背”的刺耳声。而“钻石”、“陶瓷”高音单元,在我听来,就有这种“碗勺刮碗背”的刺耳声。不自然、不放松,逼人紧张。

2.2.1.3. 铍膜

铍膜作为单质金属材料,是声学结构最优秀材料之一。它质轻(密度1.85),刚性大(杨氏模量28Gpa),声速快(12302m/s),内阻高(0.005),导热快,热膨胀系数低(12.3)强度高(泊松比0.032),抗拉强度高(240Gpa)。作为声学振动材料看其力学参数,都是最优秀的材料之一。从声能量转换的振动形态上看,它是原子共价键结构,共价键较氢键、离子键更牢固,不断裂。所以,它的听感,较“钻石”、“陶瓷”更顺耳、更放松、更自然。但相较于分子结构的振膜,它还是具有一定的“金属味”,丝滑的程度仍不及分子结构的振膜。

铍是从绿柱石(一种宝石)中提炼出来的,2001年真空铸造的铍料为$475/kg,≈¥3895/kg。从原材料价格看,铍膜较“钻石”、“陶瓷”或更昂贵。

对于欧美公布的铍膜数据看,铍膜的杨氏模量为280Gpa,而标准科学文献对铍材料的杨氏模量标称为310Gpa。这个数据差异,给人一个疑问:欧美公布的铍膜是不是纯铍?如果是铍合金呢?其声学性能就另当别论了。因为欧美扬声器参数的江湖做派,的确让人不敢信任。凡是对销售忽悠有利的就标,反之就省略(他们在价格越高的音箱中,标称参数越少。尤其是频率响应特性,很多只标有效范围,不标±波动。所标称已经不是频响特性了。)如果是纯铍,为什么杨氏模量(刚性参数)较标准文献参数小了10%呢?

2.2.1.4. 高分子膜

不同于原子、离子结构的分子式结构振膜为分子膜。

分子膜分大分子与小分子两类。小分子即有机分子,如纸;大分子也叫高分子(细分还包括超高分子量)。

小分子即有机分子不说了,也就是纸质。杨氏模量太低,变形太大。更不能作为高音振膜用(声速太低,失真更大)。

常用的高分子音膜材料如下表:

表 1 单一高分子音膜材料声学性能一览表

其中,最常用的是PET、PEI、PEN。这些音膜因杨氏模量太低,容易变形,所以很少用于高价格音箱的驱动单元。多数都用于价格低廉低廉的语音扬声器或耳机扬声器。

当前能用或常用的较高价格音箱驱动单元的高分子振膜,主要有编织芳纶纤维、编织碳纤维、编织玻璃纤维、编织丝绢和kapton。其中,编织丝绢不一定是高分子,如果采用的是真蚕丝编织,则是有机分子或者小分子。

严格说,除kapton是纯正的高分子材料外,其他高分子编织纤维振膜都是复合材料。

供应商提供给音膜制造商的编织类高分子材料可以分别是编织布或纤维,经纬之间是有缝隙的,没有密封,制造商要对它进行专门的含浸处理,一般都是用酚醛树脂溶液进行含浸,含浸仅仅是填充了缝隙,而并未通过化学反应而使之形成分子间的交联,所以它们仍然是两种材料的复合。至于纤维振膜(未编织),制造商很难将之均匀地压型,音膜很容易出现颠簸变形。这类材料及其工艺制作的音膜,一般内阻较金属膜要高,而且是分子蠕动方式,听感较金属类要柔顺、自然。

Kapton、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等常用的高分子材料,主要优势在于内阻高、拉伸强度高,而使其具有独特的听感(见下表2):

表 2 金属、陶瓷、高分子振膜声学性能比较

从表2数据比较中,可见其高分子材料的拉伸强度,与金属原子、离子材料的拉伸强度不在一个等级:一个3位数,一个4位数。其音质听感,除玻纤倾向于金属外,其余均无“威逼”、“强迫”的耳感。

材料的选择,是振膜音质控制的首要方法。不同材质的振膜,有不同的重放音色,也有着不同的频率响应特性。

2.2.1.5. 振膜音质控制的原则

振膜音色不同主要有两个原因:一个是材质本身的固有频率染色;一个是振膜形状不合理造成的频响曲线不好,歪曲了功放信息。

对染色严重的音质,有些评论或发烧友用“丹麦声”、“英国声”、“美国声”、“德国声”等来加以点赞或掩饰。这些提法是十分荒诞的。

如果这样声那样声表现出某种民族风格,它就不能真实地重放任何音乐。假如中国乐器二胡独奏变成“丹麦声”或“美国声”,你听到的是什么玩意儿?音箱重放变形也太大了,就好比你使用导航装置,输入导航目的地是北京,结果引导你的到达地是香港。所谓这国声、那国声,是对音箱缺陷的一种“掩耳盗铃”的美化说法,侮辱受众智商的“蛮辩”说辞。

振膜音质控制的原则,就是要控制音膜染色(与音箱染色不同)和频率响应特性。

2.2.1.6. 振膜音质控制的方法

第一,材质复合

上述陶瓷振膜、“钻石”振膜,就是一种材质复合方法。即将单一材质,通过工艺方法使其变成两种以上不同性质的材质。如陶瓷,它通过氧化工艺,使陶瓷性质的材料从铝丕或钛丕上“长”出来的,其“表里不一”,里面是铝或钛,表面却是陶瓷。即一体多材。丕材是原子结构、面材却是离子结构。这样做,首先是抑制了金属的固有频率声压;其次是增加了内阻,至少是大大降低了金属膜的残响染色。这样做,可明显地降低振膜的底噪。

第二,复合材质

复合材质,就是振膜用两种以上的材质复合在一起。

两种以上的材质固有频率不同,将之通过粘结复合工艺复合起来,成为多材一体,造成“你动我静”的相互牵制效果。比如:一种材料共振频率是5KHz,另一种材料共振频率是6KHz,中间的粘结力介质(环氧树脂或聚氨酯)共振频率是4KHz,其中任一材料在共振频率上振幅都被其他材料的“不响应”抑制。

“一体多材”,和“多材一体”声学性能不一样。前者由于是化学处理,表里区别是反应作用产生的,不存在粘结力一说,它的底噪控制不如后者;后者是通过物理处理,表里不是通过化学反应而黏在一起的,它的声学效应会受到复合介质(胶)的影响。

2.3. 振膜形状控制

2.3.1. 小面积原则

假设A单元振动面积1000cm²,B单元100cm²,AB都输入2.83V1W的电功率,都在1米测距下获取的声压级相同,也就说输入功率一样,输出声压一样,声转换效率却不一样:A为cm²/0.09dB,B为cm²/0.9dB。两者相差10倍。

这是为什么?

首先,是电功率在振动面积的分布比例不同,A例每cm²振动面积分布的电功率为1W/1000,即0.001W,而B每cm²振动面积分布的电功率为1W/100,即0.01W;B所得到的振动面积平均电功率大了10倍;

其次,振动面积越大质量就越大,做功过程的有功功率比就越小,无功功率比就越大。所以,振动面积越大,振动效率就越低。因为,有功功率的发挥在大振动面积的力学损耗无功功率更多,而小振动面积的振膜损耗的无功功率更少。

通常,一只1英寸的动圈式高音单元振动面积约为6cm²左右,声压级却能达到90dB,振膜声效率为15cm²/dB,而一只7英寸动圈式中/低音单元,振动面积约为123cm²,声压级能达到90dB已经算不错了,其振膜效率为0.73cm²/dB;两者相差24倍。也就说,这只1英寸高音单元振膜的有功功率>这只7英寸中/低音单元振膜的有功功率20倍。无功功率比越大,振膜声效率越低。

换言之,大振动面积振膜的功率更多被消耗在电声转换的路上而不是目的地,小振动面积振膜的功率更多没有消耗在路上,而是到达了目的地。

所以,振膜的高效性与振动面积相关。面积越小效率越高。

2.3.2. 大音圈原则

假设将cm2/dB作为振膜高低效率标准,1cm²/>dB为高效率,1cm²/<dB则为低效率。那么:

第一,高效率振膜通常具有高音圈比。

如动圈式高音单元,大多数音圈振膜面积比为4/5:音圈面积4,振膜面积5。

音圈比大的好处在于:

振膜更容易被音圈所控制,振膜运动的启停受音圈控制条件更好。这样,扬声器瞬态响应会更好,启动更快;扬声器静止响应也会更好,“刹车”更快。听感更清晰。如果状态相反,低效率振膜更不容易被音圈运动所控制,振膜运动的启停受音圈控制的条件更差,那么扬声器瞬态响应就会更差,启动迟缓;同时扬声器静止响应也会更差,“刹车”迟滞。听感不清晰。情况严重者,因不服音圈控制的振膜会因为运动惯性而“反”推音圈,产生反电动势。不仅谐波产生严重,振膜固有频率音染加重,而且反电动势会通过音圈回路影响电磁性能及其整个音响系统性能的质量。

第二,高效率振膜正因为它的无功功率比小,其损耗的电讯号细节就越少;低效率振膜相反,因其无功功率比大,能量转换中电讯号细节也随着无功功率的损耗而被消耗掉,其重放还原的保真率就越低。

第三,高效率振膜也因为它的力学高效响应,声音密度会更高,听感更为饱满。因为,高效率振膜较低效率振膜的振动更充分。效率高了,振动性能也就高了。

从原理上所知:振膜面积越大效率越低。所以,在高效率振膜选择上,就不会去选择大口径单元。

大口径单元表面上看扬声器声压级>小口径单元,但在实际应用中远不如小口径单元的电声效能高。

例如:

德国伊顿ETON 7-218:灵敏度89dB,有效振动面积137cm²,直流阻抗6.5Ω,额定功率100W,比较我国中声院CAA 2854A-R3:灵敏度83dB,有效振动面积30cm²,直流阻抗3.6Ω,额定功率60W。比较中,ETON 7-218的振膜效率为cm²/0.65dB,CAA 2854A-R3的振膜效率为m²/2.7cdB。后者是前者的4倍余。

如果以ETON 7-218灵敏度为标准,CAA 2854A-R3需要应用4只单元,灵敏度达到89dB,CAA 2854A-R3差不多也需要应用4只单元的(120cm2)振动面积。结果呢?四只CAA 2854A-R3单元振动面积还小17cm2,灵敏度却相同。

从灵敏度结果选择看,4只3英寸CAA 2854A-R3,≈1只7英寸ETON 7-218,但是功率与失真就截然不同:1只ETON 7-218=100W,总声压级109dB,峰值声压115dB;4只CAA 2854A-R3=240W,总声压级116dB,峰值声压122dB。也就说,在灵敏度和振动面积大体相同条件下,采用4只3英寸CAA 2854A-R3,较1只7英寸ETON 7-218动态大了7dB,相当于两倍大于该7英寸。也就说该4只3英寸单元的动态≈4只该7英寸单元。动态大小意味着扬声器还原音乐动态的生动性。动态越大,生动性越强,振幅大小差异越大。

从上述比较中,可以看出小面积振膜的应用优势之一。

还有:往往小面积振膜的失真率低于大面积振膜。

如德国Accuton艾卡顿 C173-6-191E 6.5英寸中/低音单元,其标称145.6cm²,谐波失真多数表现为0.5%,而CAA 2854A-R3的谐波失真多数表现为0.2%。(见下图)

图 1Accuton艾卡顿 C173-6-191E 6.5英寸中/低音单元谐波失真图

图 2CAA 2854A-R33英寸中/低音单元谐波失真图

两相比较:Accuton艾卡顿 C173-6-191E 6.5英寸中/低音单元灵敏度88dB,总谐波失真50Hz从>6%~70Hz的2.5%,80HZ~300Hz下降到0.5%;300Hz~3KHz为0.8%;

中声院CAA 2854A-R3灵敏度83dB,总谐波失真50Hz从>4.5%~70Hz的0.8%,在上升至100Hz的2%~300Hz的0.3%,由此~3KHz为0.2%,300Hz~16KHz平均0.25%,上升至2KHz时0.5%,再缓慢拉升至4.5K最高时为不到5%。显然,CAA 2854A-R3的谐波失真控制性能要比 C173-6-191E好很多:前者200~2KHz总谐波失真率≈0.7%,后者200~20KHz总谐波失真率≈0.3%,总体失真率低艾卡顿2倍以上。

当我们将总谐波失真看成是一种振膜底噪时,可以从信噪比角度再看看两者的区别:

德国艾卡顿C173-6-191E为例,总谐波失真0.8%(即1W信号功率时,噪音占0.08失真功率)。那么,测距1米1W=88dB,实际应用中,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,艾卡顿C173-6-191E的噪声略为88dB中的67dB,其信噪比≥10lg(88/67)=即13.13dB。

相比较之下,CAA 2854A-R3,总谐波失真0.25%。

测距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其信噪比略为10lg(83/56)=14.8dB。中声院CAA 2854A-R3信噪比较艾卡顿C173-6-191E提高了1.67dB,噪音<德国艾卡顿3倍余。

如果CAA 2854A-R3应用4只来达到与德国艾卡顿C173-6-191E相同灵敏度89dB,总谐波失真则降低至0.075%,是 C173-6-191E 总谐波失真率的10%。由此可见小振动面积振膜应用的总谐波失真控制优势。

再结合音圈比看:

CAA 2854A-R3采用45芯音圈,其振膜直径为60mm,振膜面积/音圈面积比为100/75,属于扬声器超大音圈比例设计。

上述ETON 7-218,采用32芯音圈,振膜直径为130mm,两振膜面积/音圈面积为100/25,属于扬声器小音圈比例设计。

在深入分析超大比例音圈的好处如下:

第一,在音圈线径、磁隙高度上可做更多优化选择。

在同一线径上,大音圈较小音圈的匝数更少,卷幅就更窄,处于磁隙内的位置更多,更容易避开卷幅冒过磁隙的非线性失真;

或在相同匝数上选择更粗线径,扬声器的承载功率就越大;

音圈直径与振膜直径比越大,就可能意味着或音圈质量>振膜质量,音圈控制力就越强,瞬态和失真控制就越好;

音圈越大,导磁截面积就越大,受磁面积就越大,更利于永磁的磁力发挥。

但需注意的是T值不能过大,否则在振膜强度制约下,很容易出现振幅过载,引起振膜“炸裂”失真。

在振膜研究中,欧美理论更注重振膜的刚度而忽略振膜的强度。表现振膜刚度的是杨氏模量,表现振膜强度的是拉伸强度。正是在此理论研究倾向中,欧美强调的钻石振膜、陶瓷振膜、铍振膜都因为拉伸强度不够而常常处于高振幅时“炸裂”失真状态,声音发糙。正是如此,很多发烧友选择丝膜高音。但丝膜高音强度够,刚度却远远不够。因此其杨氏模量极低,声速极低,该表现的高频特点却无法表达,显得不通透、不细腻、不炫耳。

再与3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全频单元的比较:

Peerless(皮亚里斯)作为丹麦著名扬声器品牌,早在2005年就被迪芬尼(惠州迪芬尼声学科技股份有限公司)收购。2004年台商潘永中在广东惠州注册惠州超声音响有限公司,2005年其下属迪芬尼(惠州迪芬尼声学科技股份有限公司)收购DST,当时DST旗下有著名的扬声器品牌Scanspeak绅士宝、Vifa威发和Peerless皮亚里斯。迄今,皮亚里斯实际上由迪芬尼控制和生产。

其3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全频单元官方提供参数如下:

3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08全频单元官方提供参数

比较的几个关键参数:

直流电阻6.33Ω、灵敏度84dB、功率25W、频率响应特性100Hz~20KHz(12dB/Oct)、振动面积58.9cm²、音圈直径25.73mm(其中,将通常Frequency response(频率响应)一项,标新立异改成Test Spectrum Bandwidth测试频谱带宽。这种标称不太好理解,就其提供的频响曲线图进行分析便可以理解)。见下图:

图 3 3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08分析图

从以上曲线图分析可见:100~10KHz从80~88dB,上下落差8dB;10KHz峰值90dB;18KHz谷值75dB;20KHz峰值102dB。严格讲,它的频率响应特性从75dB~102dB落差27dB。这远远超过了欧美行业默认的±3dB(落差6dB),为了掩饰这种落差,掩耳盗铃独出心裁地标称12dB/Oct,意思是10K~20K的倍频程落差12dB(从图上分析看,这一倍频程的落差为27dB)。

欧美电声产业界有一个习惯:凡是对看起来不好的参数就作是是而非的标称。很是缺乏理科科学精神。“猫盖屎”。

关于其标称有效振动面积28.9cm²,是根据投影面积计算的,这是不对的。它是一个锥台型振膜,上口直径6.07cm,下口直径(音圈直径)2.57cm,上下口距离(高)2.5cm,其锥台侧面积计算结果为41.4cm²。也就说它的振膜效率为cm²/2.02dB

3英寸Peerless PLS-75F25AL02-08实际面积示意图

同样是3英寸,CAA 2854A-R3声效率=cm²/2.7dB,Peerless PLS-75F25AL02-08声效率=cm²/2.02dB。这就是大小音圈比的差异。

2.3.3. 中和原则

材质控制与形状控制不能走极端。

中国思维方式中,其中有一个最优秀的原则就是“中和”。中和源于中庸哲学方法。欧洲文明晚于中华文明,凝练打磨的时间没有中国长,也因此存在一大思维缺陷:就是走极端,不走中庸路线。

中庸,就是“不偏不倚、调和折中”。

拿中国厨师做菜来讲:过火则烧焦,火不够则夹生。所以,中国菜的品质关键在火候上。

振膜的材质控制与形状控制,都需要掌握火候。

从材质上讲:过刚易折;从形状上讲:过软易糜;从听感上讲:刚则锐,软则暗。所以,振膜控制的基本原则应该是恰到好处:不偏不倚,刚到火候。

从科学分析角度看:声波最高频率为20000Hz/1秒;=每个周波需要响应时间50μs。所以,在考虑高音振膜时,为了保证音质的更通透,将其响应时间控制在即500Ns已经够火候了,即将每个周波需要的响应时间提升了10倍。

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