音箱耳机入门 浅谈振膜的分割振动
夏昆冈 于 2011.04.29 09:52:30 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.96/259

本篇开始,先做个实验。我们接上一盆水,等其平静后,在中央滴入一滴水。

  • 会发现激起的涟漪向四周扩散,当涟漪触及水盆时,会被反射回来,反射波会干涉依然持续扩散的涟漪。如果用滴管持续的有节奏的往中央位置滴入水滴,会激起一波又一波的涟漪,然后产生一波又一波的反射波,这些波相互干涉,整个水面已活跃起来,涟漪已经没有之前那么清晰。

    实际上,在电动扬声器工作时,也会遇到这样的问题,音圈通电后,变成电磁体,与永磁体产生作用力,连续驱动振膜发声。但这个过程不能视为简单的活塞运动,振膜不是完全的刚体,其运动时,本身会象水面一样会产生形变。波形沿着由音圈与振膜粘合处向四周和前端传播,到遇到折环时,波也会涟漪一样被反射回来,从而与其他波形相互干涉。

  • 实际情况比水滴溅出涟漪要更加复杂,因为驱动频率高得多,变化也快得多。但频率达到某个值时,振膜因为波的相互干涉而形成区域化的振动。中学实验中,有个“波的干涉”的实验,其实验情形与我们提到的现象有些相似,可以借鉴,这样更加形象一点,因为我们没法用相机拍下振膜的振动时的样子。

  • 上图为Corrington绘制的一张160毫米振膜在不同频率下产生振动的情况,可以发现振膜在不同的频率下被无形的分割成多个区域,某些相邻的区域振动相位还互为反相。这种成区域的局部振动,就叫分割振动。

    分割振动的成因相当复杂,我们所说的只是其中一种成因,关于这种物理现象,我们也没法说得太清楚,也没能力说得太清楚,只能浅谈。在扬声器工作时,尤其大功率工作时,扬声器自身的部件,包括不该振动的部件,例如音圈、盆架等实际也在振动,甚至扬声器、音箱本身都在振动,箱体内外的气体对振膜的顶托……这些都会对分割振动最终出现产生作用……对于普通爱好者,我们只需要知道有这么一种现象的存在,它对声音的保真度的负面影响非常大。

    通过简单了解分割失真,我们知道了振膜作为振动的传播媒介,本身的物理特性也会影响到分割振动的剧烈程度,理想的材料就是刚性好并且内阻尼较高的膜片。刚性好不易形变,内阻尼较高则振动后会快速衰减,但似乎这两个特性是相对立的,实际情况是刚性好的材料,内阻尼低,例如金属振膜,刚性较差的材料,内阻尼高,例如塑料振膜和纸基振膜。

    如何在这两者之间取得平衡?各家纷纷在试验各种复合材料,各种涂料……以改善其物理性能,达到降低分割振动对硬质的负面影响的设计目的,实际上,扬声器发展到今天,已经不再是简单的声学范畴的东西,电动扬声器基础结构已经定型数十年并没有太大的改变,要实现突破,从材料上入手能获得很好的收益,实际上,扬声器已经和材料工业的发展密不可分,每一次新材料的诞生都能推动扬声器整体设计水平的进步,最为典型的就是耳机用扬声器的整体性进步。

    到现在,没有哪种振膜能称得上完美,各类材料各有优缺点,在某些产品的宣传文档当中,称使用了德国的蚕丝、美国的涂料、日本的工艺制造的振膜可以彻底消除失真,这是忽悠。即便未来材料再度大的进步,对于电动扬声器而言,分割振动也是难以完全克服的。这也使得电动扬声器在某些方面难以突破。在上篇文章当中,我们特别提到“勿以振膜论声”,这篇中再次强调一下,尤其不要受宣传文案的误导。

    虽然分割振动不可消除,但负面影响是可以降低的。在下一篇中,我们会提到一些降低分割振动负面影响的一些常见设计。

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    我就纳闷了,人的耳膜是如何完美的?你说的是什么样的,我听到的就是什么样的。
    发表于2013.09.18 10:40:32
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    对振膜很感兴趣,在研究如何用主动电路和算法来保护喇叭,不知道是否可以提供夏老师的联系方式,很想就喇叭和振膜方便讨教些问题,我的邮箱:michael.ywzhang@gmail.com
    发表于2011.06.21 22:36:57
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