揚(yáng)聲器的振膜材料(1)

1、揚(yáng)聲器的振膜材料紙盆振膜     這應(yīng)該算是最古老的材質(zhì)了。簡(jiǎn)單的說，把紙漿懸浮液流入事先設(shè)計(jì)好的盆型網(wǎng)狀模子上，紙漿便沉積其上，將沉積至適當(dāng)厚度的紙漿抄出，再行干燥等后續(xù)加工處理，便成了一個(gè)紙盆振膜。而其中紙漿的成份，如纖維的種類、長(zhǎng)短，及填料成份，和抄紙的制程及后段處理方式（如風(fēng)干或熱壓等），都會(huì)影響最后成品的特性，也直接影響了發(fā)聲特性，這些當(dāng)然就是各家不外傳的商業(yè)機(jī)密了。     多年前曾讀過一篇洪懷恭先生現(xiàn)身說法所寫的一篇有關(guān)紙盆制作的文章，除了浩嘆紙盆所含的學(xué)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

2、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(jīng)質(zhì)。因?yàn)閮?nèi)含無數(shù)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(fā)聲頻域的高端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?yàn)檫@樣就可以用很簡(jiǎn)單的分音器，不需額外的剪裁，系統(tǒng)的整合也就很健康。     另外，紙盆的剛性頗佳，對(duì)于瞬時(shí)反應(yīng)和聽感的細(xì)節(jié)表現(xiàn)有很好的成績(jī)。別看手邊常見的紙張都是軟軟的，在適當(dāng)?shù)男螤詈秃穸认?，紙的剛性是能夠做得很不錯(cuò)。再者，若設(shè)計(jì)和

3、制作得當(dāng)，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(zhì)還是稍重了點(diǎn)，但其實(shí)相差不大，因此發(fā)聲效率高。audax的6.5吋紙盆中音pr170系列，效率便高達(dá)100db/w。     紙盆可能的弱點(diǎn)是其特性會(huì)隨環(huán)境濕度而變化，因紙吸收了濕氣后其密度會(huì)變高（變重）、剛性會(huì)變差（變軟），所以發(fā)聲的特性也會(huì)受影響。至于這樣的改變是好是壞也很難說，英國(guó)的lowther俱樂部成員便宣稱在下雨天時(shí)，家里的lowther喇叭特別好聽。     較令人擔(dān)心的應(yīng)該是干濕循環(huán)次數(shù)多了之后，可能會(huì)造成材料本身的疲勞，進(jìn)而

4、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(shù)十年后還是照樣唱得很好，所以這種情況應(yīng)該還算輕微而漸進(jìn)，有點(diǎn)像是熟化后進(jìn)入另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的階段，對(duì)我們用家來說應(yīng)該是不成問題才對(duì)。     近年來生產(chǎn)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(wěn)定。常見的有表面涂膜，或是在紙質(zhì)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(yīng)該有相當(dāng)?shù)目?度。當(dāng)然，就像先前提到的，對(duì)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(hào)。

5、若以整體音響產(chǎn)業(yè)的視野來看，紙質(zhì)錐盆喇叭單元所占的比重穩(wěn)居各類單元的首位。不信瞧瞧你家的電視、手提收錄音機(jī)、床頭音響、計(jì)算機(jī)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(gè)角度看，若這些“次級(jí)品”都換用非紙盆單元，保證更難聽，而且更貴。這是因?yàn)榧埮柽@種材料可說已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，所以能夠獲得很好的成本效益比。再者，更有許多經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的傳奇老喇叭和超級(jí)制作的新世代霸主都有紙盆的身影：we/altec     755a全音域、goodman axiom80全音域、altec a5/a7、ar3a、low

6、ther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(dāng)?shù)恼f：“給我紙盆，其余免談！”很多人也認(rèn)為，將紙盆的制作稱為科學(xué)還不如說是一項(xiàng)藝術(shù)，足見其引人入勝之魅力。 塑料振膜     因石化工業(yè)的發(fā)達(dá)，在我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境中便隨處可見塑料制品，低廉的原料和加工程序簡(jiǎn)便自然就獲得了各種產(chǎn)業(yè)的青睞，其中當(dāng)然也包括音響工業(yè)。     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(zhì)應(yīng)屬聚丙烯（polypropylene，簡(jiǎn)稱pp）。這種pp材質(zhì)，我們最常接觸到的應(yīng)該就是微波爐用容器和保鮮盒一類制品

7、，都是屬于射出成型的。另外，常用于各類紙箱外加強(qiáng)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(rèn)到一件事，這種材料實(shí)在是非常的強(qiáng)韌。多數(shù)高分子聚合物的物理特性便是韌性特強(qiáng)，因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)巨大且排列不規(guī)則，所以機(jī)械能在其中傳遞時(shí)會(huì)很快的被吸收消耗，阻尼特性很好。這項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)和紙盆類似，就是高端的滑落很平順，除了聽感上柔順自然外，能夠使用低階、簡(jiǎn)單的分音器也是一項(xiàng)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(zhì)，     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(dāng)中最佳的典范。    

8、 然而，相較于其它振膜材質(zhì)，pp的剛性不甚佳，質(zhì)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(yùn)動(dòng)下就有很好的剛性，而這樣的工作條件才是我們?cè)趩卧衲みx用上所在意的。     pp材質(zhì)較弱的剛性造成了高速微動(dòng)作時(shí)（高頻段工作時(shí)），音圈發(fā)出的動(dòng)能無法完全且一致的傳達(dá)到整個(gè)振膜，也就是發(fā)生了“盆分裂現(xiàn)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(yùn)動(dòng)，失真率相對(duì)提高，聽感上便是柔順有余，解析力及動(dòng)態(tài)卻不足，有些以8吋pp振膜中低音單元為基礎(chǔ)的二音路喇叭，     會(huì)在中音到中高音域容易出現(xiàn)遲緩

9、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?yàn)檠┥霞铀氖窃诖竺娣e下要做到足夠剛性所需的厚度相對(duì)較大，整體質(zhì)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(huì)有隨溫度改變特性的傾向。幸好這點(diǎn)應(yīng)該不至于困擾我們，因?yàn)榫拖窦埮韬蜐穸鹊膯栴}一樣，這樣的變化應(yīng)屬緩慢而漸進(jìn)，就別太擔(dān)心了！     綜觀以上，pp好象因?yàn)閯傂暂^差和質(zhì)量較高的關(guān)系而不適于制作振膜，其實(shí)應(yīng)該說是看我們?nèi)绾卧谥T多妥協(xié)下作取舍了。就像前面提到

10、的scan單元，雖然用上被我批評(píng)得很慘的pp振膜，但一樣還是可以做出很成功的產(chǎn)品，整體表現(xiàn)一樣很出色。     或者，更積極的作法是對(duì)這種材質(zhì)加以改良，也就是以pp為基礎(chǔ)，再混入一些添加物，以加強(qiáng)其剛性。這個(gè)動(dòng)作的確能帶來一定程度的改善，使得制作出來的單元在動(dòng)態(tài)、失真率、細(xì)節(jié)表現(xiàn)，和發(fā)聲效率上都有不同程度的進(jìn)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(dāng)然有人會(huì)開發(fā)不同于pp的新材質(zhì)，如bex

11、trene、tpx，或neoflex的材質(zhì)，其化學(xué)成份不詳，雖看起來和pp很像，但這些材質(zhì)的較佳剛性和較低質(zhì)量能帶來更好的動(dòng)態(tài)及解析力，你應(yīng)該能從各家喇叭的廣告和型錄上看到上述的材質(zhì)，不妨有機(jī)會(huì)時(shí)驗(yàn)證一下。 金屬振膜     既然剛性較弱會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)和解析力的缺失，那么利用高剛性的金屬材質(zhì)來制作振膜，應(yīng)該會(huì)得到很好的效果才對(duì)。若不談號(hào)角喇叭用的壓縮驅(qū)動(dòng)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(zhì)，應(yīng)屬鋁金屬或其合金產(chǎn)物為最多，最大的優(yōu)勢(shì)便是剛性很強(qiáng)，在一定范圍的工作條件下不會(huì)變形，其結(jié)果便是很低的失真和很好的細(xì)節(jié)解析力。但是剛性強(qiáng)的另一面便是內(nèi)損低，就像

12、我上次提過的“一指蔣”高音一樣，能量不會(huì)被振膜材質(zhì)本身吸收，所以發(fā)生盆分裂時(shí)會(huì)有很明顯的共振峰出現(xiàn)在頻率響應(yīng)的高端，若不妥善處理，就很容易出現(xiàn)“金屬聲”。     所謂妥善處理，首先可以在分音器的設(shè)計(jì)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(jìn)入單元的訊號(hào)不要含有會(huì)激起高頻共振的頻率，于是共振峰便會(huì)被分音器所“隱藏”起來，我們就不會(huì)聽到金屬聲了。為達(dá)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(diǎn)往低端移動(dòng)，又會(huì)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(diǎn)是采用

13、金屬振膜單元所必須特別注意的。     或者，相對(duì)于消極的避讓，也可積極的改進(jìn)缺點(diǎn)，那就是加強(qiáng)振膜的阻尼：三明治夾層結(jié)構(gòu)、涂布阻尼物都是不錯(cuò)的方式。市面上這類的產(chǎn)品已經(jīng)愈來愈多，其中也不乏相當(dāng)成功的例子，如上一期“徹底研究”介紹的elac，或是聲音和價(jià)錢都很高貴的瑞士ensemble。     除了高頻共振不好對(duì)付之外，振膜重量是另一項(xiàng)不利因素。因?yàn)槌杀镜年P(guān)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(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)下表現(xiàn)出色的動(dòng)態(tài)，但整體的發(fā)聲效率事實(shí)上還是偏低，一般需要較大的功率來伺候。 合成纖維材質(zhì) 

14、   歷來似乎最先進(jìn)的材料都會(huì)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(jié)構(gòu)應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)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(jí)的材料，當(dāng)然就兼具了質(zhì)輕和高強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，可以做到比紙還輕，剛性比金屬還強(qiáng)，而且強(qiáng)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(yīng)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(biāo)榜其高剛性、低質(zhì)量、還有高阻尼的特性。前二項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是成立的，但自體阻尼這一項(xiàng)則要視

15、條件而定，并不一定就比較好。     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(huì)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(huì)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(yán)重，但這個(gè)盆分裂共振的確存在，也輕易地達(dá)到擾人的程度。在沒有妥善處理之下，聽感上容易造成硬質(zhì)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(píng)論，其中主筆對(duì)kevlar中音的表現(xiàn)便是頗有微詞。     在加強(qiáng)阻尼處理（如三明治夾層

16、或涂膜等），加上適當(dāng)分頻的條件下，這類單元就能夠展現(xiàn)非常好的細(xì)節(jié)解析力、停動(dòng)自如的瞬時(shí)響應(yīng)、極佳的大動(dòng)態(tài)及微動(dòng)態(tài)，而且這些好表現(xiàn)只需一點(diǎn)點(diǎn)的功率。如focal的audiom 7k，采用kevlar及聚合物發(fā)泡三明治夾層振膜加乳膠涂布，效率可達(dá)98db/w，即使稍遜于audax紙盆的100 db/w，也算表現(xiàn)相當(dāng)突出了（注3）。     比較一下這二個(gè)單元的資料，發(fā)現(xiàn)focal audiom 7k的磁鐵明顯較大（1132g vs. 880g），振動(dòng)部分質(zhì)量也較低（7.3g vs. 9.1g），結(jié)果發(fā)聲效率還是比“火力”較小的audax低，可見其它環(huán)節(jié)如懸掛順服性、磁

17、路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、音圈、振膜形狀等還是有許多的學(xué)問和妥協(xié)。）      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(shù)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(xiàn)極佳，由測(cè)量上可看出非常好的瞬時(shí)響應(yīng)，失真極低，同時(shí)又能得到平滑的高頻滑落特性，完全沒有出現(xiàn)高頻共振峰，目前的制成品雖在發(fā)聲效率上不如紙盆或kevlar，但應(yīng)該是磁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)企圖心造成的差別，而其它項(xiàng)目的實(shí)力確也不容小覦。    swans請(qǐng)來stereophile名主筆martin colloms所設(shè)計(jì)的三音路allure便采用了此種單元，我自己的短暫聆聽經(jīng)驗(yàn)是輕松自然有如上好的紙盆單元，解析力及動(dòng)態(tài)表現(xiàn)又更加的現(xiàn)代化，聽不出任何不良的僻性，稱得上是非常成功的單元設(shè)計(jì)（當(dāng)然，系統(tǒng)整合得當(dāng)也應(yīng)記一功）。     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(huì)縮小至原來的十分之一。更妙的是，在此過程中聚合鍵結(jié)的長(zhǎng)煉狀分子會(huì)順著事先加入的纖維而成長(zhǎng)，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。）