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1、 動圈式揚聲器振膜材料與音質之初探(一)原理主要為動圈式。基本原理來自佛萊明左手定律，把一條有電流的道線與磁力線垂直的放進磁鐵南北極間，道線就會受磁力線與電流兩者的互相作用而移動，在把一片振膜依附在這根道線上，隨著電流變化振膜就產生前後的運動。目前百分之九十以上的錐盆單體都是動圈式的設計。 (二)尺寸越厚的揚聲器,因為有較大空間可振動,通常配有更大的磁鐵,所以就有更多的動力來震動空氣,以產生較大的聲音.給予兩個直徑不同的揚聲器相同功率時,較大的能在單位時間內振動更多分子,產生較大音壓.要從小尺寸知揚聲器產生較大音壓,必須考慮a.振膜承受能力b. 喇叭散熱能力c.頻率的改變.(三)功率功率越大的
2、喇叭,表示振動模的振幅會越大,承受的力量也越強.若振動膜強度不夠的話,亦會造成雜音,甚至振膜會被過大的力量拉扯而破裂,所以必須用更厚的振膜以及更粗的音圈,才能承受較大的功率.(四)阻抗阻抗是電路中電阻,電感,電容對交流電路阻礙作用的統稱.揚聲器的阻抗越大,電流通過就越少,雖然可以省電,但是會使的音量降低,且揚聲器所承受的功率也會變小.(五)振膜材質50mm以下的振動膜主要材質為高分子材料mlyar(聚酯薄膜),好處是易加工,防水,成本低,壞處是不耐熱,音質較生硬.一般來說:金屬薄膜直接成型的話,音質較為尖銳刺耳;布類為材料的則較為溫和悅耳,例如個人PC以及PDA所用的.一般說來,振膜材料可分為
3、:(1) 塑膠振膜:常用的材質應屬聚丙烯(Polypropylene,PP)(2) 金屬振膜:鋁金屬(3) 合成纖維材質:碳纖維,Kelvar(4) 其他材料:布類,玻璃纖維,賽璐璐纖維,石墨纖維,電木,絲質纖維,發泡聚苯乙烯,各種發泡塑料,以及真空燒結精密陶瓷等. 材料優缺點紙盆振膜塑膠振膜金屬振膜合成纖維優點剛性頗佳對瞬時反應和聽感細節表現好韌性特強因為分子結構巨大且排列不規則阻尼特性特好剛性強,很低的失真很好的細節解析力高剛性低質量缺點吸收濕氣後其密度會變高,變重剛性會變差剛性不甚佳質量也較重高頻共振,且須較大功率高頻盆分裂共振(一)(五)擷取至淡江大學機械與工程學系專題報告微型楊聲器原
4、理初探The Research of Microspeaker Principle指導教授:蔡慧駿 博士 專題生:林意翔&鍾翰賓 中華民國九十九年十月(六)說說揚聲器的振膜材料紙盆振膜簡單的說，把紙漿懸浮液流入事先設計好的盆型網狀模子上，紙漿便沉積其上，將沉積至適當厚度的紙漿抄出，再行幹燥等後續加工處理，便成了一個紙盆振膜。而其中紙漿的成份，如纖維的種類、長短，及填料成份，和抄紙的製程及後段處理方式（如風幹或熱壓等），都會影響最後成品的特性，也直接影響了發聲特性，這些當然就是各家不外傳的商業機密了一般來說，紙盆的聲音特性為平順自然，明快清晰而不神經質。因為內含無數的纖維相互交織，因此在其中傳遞
5、的能量可以很快被吸收掉，形成很好的阻尼，因此在發聲頻域的高端造成的盆分裂共振不明顯。這可說是一種很好的特性，因為這樣就可以用很簡單的分音器，不需額外的剪裁，係統的整合也就很健康。另外，紙盆的剛性頗佳，對於瞬時反應和聽感的細節表現有很好的成績。別看手邊常見的紙張都是軟軟的，在適當的形狀和厚度下，紙的剛性是能夠做得很不錯。再者，若設計和製作得當，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，紙質還是稍重了點，但其實相差不大，因此發聲效率高。紙盆可能的弱點是其特性會隨環境濕度而變化，因紙吸收了濕氣後其密度會變高（變重）、剛性會變差（變軟），所以發聲的特性也會受影響。
6、令人擔心的應該是幹濕循環次數多了之後，可能會造成材料本身的疲勞，進而改變其原本的特性。但君不見許多古董紙盆單元在工作了數十年後還是照樣唱得很好，所以這種情況應該還算輕微而漸進，有點像是熟化後進入另一個穩態的階段，對我們用家來說應該是不成問題才對。近年來生產的紙盆單元，有一大部分便在這方麵有各種改善的方式，使紙盆的特性可以更加穩定。常見的有表麵塗膜，或是在紙質配方上作文章，另外，千萬別把紙盆的悠久曆史和“落伍”劃上等號。若以整體音響產業的視野來看，紙質錐盆喇叭單元所占的比重穩居各類單元的首位。不信瞧瞧你家的電視、手提收錄音機、床頭音響、計算機等等，是不是大部分都采用紙盆單元的小喇叭？紙盆這種材料
7、可說已經發展得相當成熟，所以能夠獲得很好的成本效益比。一些熱愛此道的資深玩家更是直接了當的說：“給我紙盆，其餘免談！”很多人也認為，將紙盆的製作稱為科學還不如說是一項藝術，足見其引人入勝之魅力塑料振膜 因石化工業的發達，在我們日常生活環境中便隨處可見塑料製品，低廉的原料和加工程序簡便自然就獲得了各種產業的青睞，其中當然也包括音響工業。 這裏說的塑料振膜，是指用塑料射出成型或其它方式做出的一體成型錐盆，最常用的材質應屬聚丙烯（polypropylene，簡稱pp）。這種pp材質，我們最常接觸到的應該就是微波爐用容器和保鮮盒一類製品，都是屬於射出成型的。另外，常用於各類紙箱外加強用，黃色或灰色的打
8、包帶也是由聚丙烯纖維製成。由此我們可以體認到一件事，這種材料實在是非常的強韌。多數高分子聚合物的物理特性便是韌性特強，因為分子結構巨大且排列不規則，所以機械能在其中傳遞時會很快的被吸收消耗，阻尼特性很好。這項優點和紙盆類似，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、簡單的分音器也是一項利多。我們可以從許多歐係二音路小喇叭上感受到這些良好的特質，然而，相較於其它振膜材質，pp的剛性不甚佳，質量也較重。雖然用保鮮盒往腦門上k下去是很痛，但並不表示它在微觀的高速小範圍運動下就有很好的剛性，而這樣的工作條件才是我們在單元振膜選用上所在意的。pp材質較弱的剛性造成了高速微動作時（高頻段工
9、作時），音圈發出的動能無法完全且一致的傳達到整個振膜，也就是發生了“盆分裂現象”。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動，失真率相對提高，聽感上便是柔順有餘，解析力及動態卻不足，有些以8吋pp振膜中低音單元為基礎的二音路喇叭，會在中音到中高音域容易出現遲緩呆滯的症狀，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。因為雪上加霜的是在大麵積下要做到足夠剛性所需的厚度相對較大，整體質量便水漲船高。所以，另一方麵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振膜會有隨溫度改變特性的傾向。幸好這點應該不至於
10、困擾我們，因為就像紙盆和濕度的問題一樣，這樣的變化應屬緩慢而漸進，就別太擔心了！ 綜觀以上，pp好象因為剛性較差和質量較高的關係而不適於製作振膜，其實應該說是看我們如何在諸多妥協下作取舍了。或者，更積極的作法是對這種材質加以改良，也就是以pp為基礎，再混入一些添加物，以加強其剛性。這個動作的確能帶來一定程度的改善，使得製作出來的單元在動態、失真率、細節表現，和發聲效率上都有不同程度的進步。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製作方式不盡相同，但成效都頗明顯。 另外，既然石化原料和射出成型是這麼的方便，所以當然有人會開發不同於pp的新材質
11、，如bextrene、tpx，或neoflex的材質，其化學成份不詳，雖看起來和pp很像，但這些材質的較佳剛性和較低質量能帶來更好的動態及解析力，你應該能從各家喇叭的廣告和型錄上看到上述的材質，不妨有機會時驗證一下。 金屬振膜既然剛性較弱會導致動態和解析力的缺失，那麼利用高剛性的金屬材質來製作振膜，應該會得到很好的效果才對。若不談號角喇叭用的壓縮驅動器，一般能看到用於直接放射的中音或低音單元所用的金屬材質，應屬鋁金屬或其合金產物為最多，最大的優勢便是剛性很強，在一定範圍的工作條件下不會變形，其結果便是很低的失真和很好的細節解析力。但是剛性強的另一麵便是內損低，就像我上次提過的“一指蔣”高音一樣
12、，能量不會被振膜材質本身吸收，所以發生盆分裂時會有很明顯的共振峰出現在頻率響應的高端，若不妥善處理，就很容易出現“金屬聲”。 所謂妥善處理，首先可以在分音器的設計上盡可能將此共振峰壓製，也就是把共振峰安排在濾波的截止帶或以外，讓進入單元的訊號不要含有會激起高頻共振的頻率，於是共振峰便會被分音器所“隱藏”起來，我們就不會聽到金屬聲了。為達此目的，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，不足以有效壓製。若再把分頻點往低端移動，又會犧牲掉可用的頻寬，這樣的作法不太健康。因此，高階分頻和慎選分頻點是采用金屬振膜單元所必須特別注意的。或者，相對於消極的避讓，也可積極的改進
13、缺點，那就是加強振膜的阻尼：三明治夾層結構、塗布阻尼物都是不錯的方式。市麵上這類的產品已經愈來愈多，其中也不乏相當成功的例子，除了高頻共振不好對付之外，振膜重量是另一項不利因素。因為成本的關係，還沒見過用鈦金屬製作的中音單元。所以，金屬盆的中音或低音單元雖可在強勁驅動下表現出色的動態，但整體的發聲效率事實上還是偏低，一般需要較大的功率來伺候。合成纖維材質其中有航空級的材料，當然就兼具了質輕和高強度的雙重優點，可以做到比紙還輕，剛性比金屬還強，而且強度不隻超過鋁很多，甚至還高過鋼鐵（注2），用來製作喇叭單元的振膜應該是再理想不過了！所以各家製造kevlar或碳纖維單元的廠家，無不用力的標榜其高剛
14、性、低質量、還有高阻尼的特性。前二項優點是成立的，但自體阻尼這一項則要視條件而定，並不一定就比較好。若沒有妥善處理，這類高剛性的人造纖維會和金屬盆麵臨類似的問題，也就是高頻盆分裂共振。雖不至於像金屬振膜那麼嚴重，但這個盆分裂共振的確存在，也輕易地達到擾人的程度。在沒有妥善處理之下，聽感上容易造成硬質的中頻上段和高頻下段，更厲害些便開始刺耳了。在加強阻尼處理（如三明治夾層或塗膜等），加上適當分頻的條件下，這類單元就能夠展現非常好的細節解析力、停動自如的瞬時響應、極佳的大動態及微動態，而且這些好表現隻需一點點的功率。在較常見的carbon和kevlar fiber單元製品以外，另有一種特殊的人造纖
15、維振膜在數年前問世 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）所製成（注4），特性表現極佳，由測量上可看出非常好的瞬時響應，失真極低，同時又能得到平滑的高頻滑落特性，完全沒有出現高頻共振峰，目前的製成品雖在發聲效率上不如紙盆或kevlar，但應該是磁路係統的設計企圖心造成的差別，而其它項目的實力確也不容小覦。（注4：這種凝膠與纖維的混合製程非常特殊，從製程的初期到完成，凝膠的體積會縮小至原來的十分之一。更妙的是，在此過程中聚合鍵結的長煉狀分子會順著事先加入的纖維而成長，所以其分子排列方向是可控製的，極佳的剛性和自體阻尼便由此而來。）甚至還聽過在日本有人研發出一種利用某種特殊的植物（就是黴菌啦），順著設計好的模子，“長”出一個錐盆來！據稱其發聲之自然超乎任何材質。不過，我想這樣的逸品應該是很難導入量產，因為成本實在太高（時間成本）。(七)阻抗與阻尼到底是怎麼回事根據電聲詞典，阻抗(impedance)被定義為：具有電阻、電感和電容的電路裡，對交流電流所起的阻礙作用稱為阻抗，用Z表示：Z=(R2+(L-1/C)2)1/2，單位是歐姆，符號是。阻尼(damping)：振動系統因受到阻力所產生的振動幅度減弱或振動能量隨運動距離、時間而耗損的現象
