怎樣開(kāi)始音箱的設計之“驅動(dòng)單元”

驅動(dòng)單元

在音箱里驅動(dòng)單元確定了音箱能達到的最終效果（當然是其余部分都設計正確的話(huà)），并在整個(gè)HIFI系統中扮演最重要的角色。正如前述，世界上根本沒(méi)有完美的驅動(dòng)單元（可能在十年后或更長(cháng)時(shí)間內會(huì )出現）。因為完美的驅動(dòng)單元其振膜要求密度跟空氣一樣，全頻范圍內有極佳的統一的線(xiàn)性運動(dòng)，全無(wú)各種類(lèi)型的失真---要達到這點(diǎn)我們還有許多的路要走，不過(guò)不要灰心，隨著(zhù)材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，我相信每隔2、3年都有重大的突破促進(jìn)驅動(dòng)器的發(fā)展。這要多謝大量的計算機模擬應用于材料力學(xué)、航空科技等領(lǐng)域，研究出高性能的材料代替原來(lái)昂貴、沉重的材料?，F在已經(jīng)廣泛使用Kevlar、合成碳纖維和鑄鋁等材料，我們正期待合成鉆石、超低密度硅玻璃膠體、新的金屬和單晶碳等材料在振膜的應用。

所有類(lèi)型的單元設計者要權衡的問(wèn)題，主要是振膜既要保持良好的活塞運動(dòng)（需要剛性），而又不會(huì )在中高頻產(chǎn)生諧振（需要良好的自阻尼），而且還帶來(lái)兩個(gè)附加問(wèn)題：空腔共鳴和磁力的非線(xiàn)性。

活塞運動(dòng)：

剛硬的振膜意味著(zhù)音圈的加速度能快速精確地傳送到錐盆、球頂的整個(gè)表面上，具有快速的脈沖響應，低調制失真和和非常清晰透明的聲音，即通常說(shuō)的“快”，但通?！翱陀^(guān)流派”的設計者會(huì )疑問(wèn)：“經(jīng)過(guò)分頻器后，電感阻擋了脈沖上升的速度，低音、中音單元為什么會(huì )快呢？”，這實(shí)際是誤會(huì )，他們沒(méi)有說(shuō)到一塊了，其實(shí)這里的“快”是指單元在較大范圍有活塞運動(dòng)，而且其頻響平直、對脈沖能快速響應、余振的衰減快。那么是不是夠硬的物體都能做振膜，當然不是，例如青銅，夠硬而且容易成型，古代用其來(lái)做鈴、鐘等，它有很長(cháng)時(shí)間的諧振，衰減十分緩慢，一方面因為鐘本身需要足夠長(cháng)的時(shí)間的振動(dòng)衰減，所以結構做得比較特別以達到目的；另一方面鐘的振動(dòng)通過(guò)空氣進(jìn)行衰減，其與空氣的耦合程度較低，因此空氣帶來(lái)的阻尼就很小。

自阻尼：

同樣地，我們要求音圈能對錐盆和球頂進(jìn)行制動(dòng)，不想讓它們在無(wú)信號經(jīng)過(guò)音圈時(shí)自己振動(dòng)，但不幸的是，目前所有的材料都只有一點(diǎn)點(diǎn)自阻尼，振動(dòng)的持續時(shí)間是非常長(cháng)的（即振動(dòng)的Q值較高），一個(gè)方法是使用非常重的橡膠環(huán)粘貼在振膜上，但這會(huì )使頻響不平而且靈敏度大大降低，因此不可行。

目前最好的防彈纖維、碳纖維和鋁盆單元最少也有一個(gè)高Q的諧振點(diǎn)在其工作頻率的高端，在這點(diǎn)，聲壓很高，余振非常大導致聲染色很大，因此有時(shí)也稱(chēng)為盆分裂點(diǎn)。而且防彈纖維、碳纖維、紙盆單元的盆分裂不是逐步的，而是突然的。這就需要急速衰減的高階濾波器和一些陷波器去修正該諧振峰，但通常這些點(diǎn)在3-5KHZ之間，人耳對其非常敏感，一點(diǎn)點(diǎn)的染色都會(huì )令人察覺(jué)。

實(shí)際上目前使用非常廣泛的二分頻揚聲器都存在該問(wèn)題，這些設計通常采用6-8英寸的防彈纖維、碳纖維和鋁盆單元結合高音單元，因為它們的分頻點(diǎn)通常設在3-5KHZ，這就很難兼顧既要抑制其諧振點(diǎn)又要在該點(diǎn)左右跟高音單元協(xié)調地發(fā)聲。例如為減少低音單元諧振點(diǎn)的影響而將分頻點(diǎn)取低，高音單元就會(huì )有較大的功率輸入，容易超出其線(xiàn)性范圍，使失真增大，而且分頻點(diǎn)如果比較接近高音單元的F0，高音單元的自阻尼也變差，高音聲染色大，頻響起落也大。將分頻點(diǎn)取高，低音單元盆分裂的現象就會(huì )出現，使聲染色非常嚴重。因此較好的設計通常使用24DB/OCT的濾波器。

順便提一句，我很喜歡防彈纖維、碳纖維的聲音，正如上所述，剛硬的錐盆有其速度的優(yōu)點(diǎn)，但太難控制其盆分裂現象了。因此有人使用高內耗的材料制造錐盆（以前使用塑料、但目前漸漸被聚丙烯等材料取代），它們有良好的自阻尼。這種材料通常有很平滑的頻響曲線(xiàn)甚至可以使用6dB/Oct的濾波器，但其中的大多數我不喜歡，因為在中低聲壓輸出時(shí)我覺(jué)得聲音較模糊，其較軟的材料通常也帶來(lái)較大的失真。

我想通常在軟球頂高音單元中也會(huì )發(fā)生這種情況，整個(gè)工作頻段內它們都存在盆分裂，雖然它們很高的自阻尼使這種情況用儀器測量不出來(lái)，但耳朵可以聽(tīng)出來(lái)。但目前最好的軟球頂高音使用了一些合成技術(shù)和涂料改進(jìn)硬度，而且沒(méi)有引起頻響的劣化，優(yōu)秀的例子是Dynaudio、Scan-Speak、Vifa的高檔軟球頂高音單元。

空腔共鳴：

雖然中低音單元的防塵帽（或高音的球頂）看起來(lái)沒(méi)什么，但它跟中心導磁柱之間形成了很小的共鳴空腔。一個(gè)著(zhù)名的例子是使用在LS3/5A上的B110單元，在1500HZ有一個(gè)很寬范圍的頻響上爬，在4500HZ附近還有3個(gè)非常高Q的峰值點(diǎn)，這其實(shí)是典型的防塵帽引起的共鳴。70年代流行的AUDAX的1寸軟高音，同樣在9到16KHZ發(fā)生上述問(wèn)題，以前采用填充羊毛等材料將這些點(diǎn)的峰值抑制，但效果并不好，依然有1-3DB的峰存在。

現在，通常采用兩種辦法解決該問(wèn)題，一是采用有中心通氣孔的導磁柱（例如Dynaudio、Scan-Speak、Vifa），另一方法是采用相位塞代替防塵帽（例如Audax、Focal），Dynaudio的EsotecD-260、EsotarT-330D和Scan-SpeakD2905/9000高音成功地采用中心通氣孔的導磁柱，因此后方的負載類(lèi)似傳輸線(xiàn)，能產(chǎn)生良好的阻尼。它們被用在廣受贊揚的SonusFaberExtrema和ProAcResponse3中。與其形成對比的是，Focal的T120、T120K使用反轉的玻璃纖維、防彈纖維球頂，在工作頻率間產(chǎn)生許多峰值，雖然許多人為其喝彩，但我不大喜歡。

磁場(chǎng)的非線(xiàn)性：

如果磁場(chǎng)是恒定的，類(lèi)似空氣芯電感，那音圈產(chǎn)生的電感值也是恒定的，因此其阻抗隨頻率的變化可以通過(guò)使用簡(jiǎn)單的RC補償電路抵消。但音圈線(xiàn)圈放在磁場(chǎng)里，并在磁隙中運動(dòng)，磁場(chǎng)分布是非線(xiàn)性的，因此音圈的電感值也是非線(xiàn)性的，因此其阻抗隨頻率變化也是非線(xiàn)性的。

這種非線(xiàn)性帶來(lái)很多問(wèn)題，首先它影響了單元的高端頻響，其次它引起了聲音的延時(shí)（相對高音單元而言）。大功率信號的輸入更加劇了這種情況，當音圈位移超出其線(xiàn)性位移時(shí)，磁場(chǎng)的變化更大。例如較佳的8"Vifa單元P21W0-12-08，其線(xiàn)性位移只有8mm（正負各4mm），其它典型的8寸單元只有6mm，大多數的中音單元只有1-3mm，當它們發(fā)出較低的頻率時(shí)，往往超出其線(xiàn)性范圍，音圈的感應調制就出現，在整個(gè)頻率范圍內產(chǎn)生IM、FM調制失真，這種情況大量地產(chǎn)生在2路或中頻分音點(diǎn)較低的3路系統中。

有沒(méi)有解決的辦法？當然有，Scan-Speak的SD磁路系統和Dynaudio的DTL磁路系統使用銅短路環(huán)來(lái)降低音圈的自感應系數，例如8"的Scan-Speak21W/8554，或許是世界上最好的8寸單元，它的音圈電感只有0.1mH,作為對比的8"VifaP21W0-20-08則高達0.9mH。

另外，音圈的自感應系數變化的問(wèn)題同樣帶來(lái)比較隱蔽的問(wèn)題，我們知道，驅動(dòng)單元的高端頻率滾降特性由單元的機械滾降特性和音圈的自感應系數（這里引起了電滾降特性）確定，好的單元的機械滾降特性頻率比電滾降特性頻率要低，使合成的總特性較好。但很多單元的電滾降特性卻比機械滾降特性要低，這樣會(huì )產(chǎn)生強烈的調制和瞬態(tài)特性變壞。