怎樣開始音箱的設(shè)計之“驅(qū)動單元”

驅(qū)動單元

在音箱里驅(qū)動單元確定了音箱能達到的最終效果（當(dāng)然是其余部分都設(shè)計正確的話），并在整個HIFI系統(tǒng)中扮演最重要的角色。正如前述，世界上根本沒有完美的驅(qū)動單元（可能在十年后或更長時間內(nèi)會出現(xiàn)）。因為完美的驅(qū)動單元其振膜要求密度跟空氣一樣，全頻范圍內(nèi)有極佳的統(tǒng)一的線性運動，全無各種類型的失真---要達到這點我們還有許多的路要走，不過不要灰心，隨著材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，我相信每隔2、3年都有重大的突破促進驅(qū)動器的發(fā)展。這要多謝大量的計算機模擬應(yīng)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昂貴、沉重的材料。現(xiàn)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(yīng)用。

所有類型的單元設(shè)計者要權(quán)衡的問題，主要是振膜既要保持良好的活塞運動（需要剛性），而又不會在中高頻產(chǎn)生諧振（需要良好的自阻尼），而且還帶來兩個附加問題：空腔共鳴和磁力的非線性。

活塞運動：

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

自阻尼：

同樣地，我們要求音圈能對錐盆和球頂進行制動，不想讓它們在無信號經(jīng)過音圈時自己振動，但不幸的是，目前所有的材料都只有一點點自阻尼，振動的持續(xù)時間是非常長的（即振動的Q值較高），一個方法是使用非常重的橡膠環(huán)粘貼在振膜上，但這會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高Q的諧振點在其工作頻率的高端，在這點，聲壓很高，余振非常大導(dǎo)致聲染色很大，因此有時也稱為盆分裂點。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，但通常這些點在3-5KHZ之間，人耳對其非常敏感，一點點的染色都會令人察覺。

實際上目前使用非常廣泛的二分頻揚聲器都存在該問題，這些設(shè)計通常采用6-8英寸的防彈纖維、碳纖維和鋁盆單元結(jié)合高音單元，因為它們的分頻點通常設(shè)在3-5KHZ，這就很難兼顧既要抑制其諧振點又要在該點左右跟高音單元協(xié)調(diào)地發(fā)聲。例如為減少低音單元諧振點的影響而將分頻點取低，高音單元就會有較大的功率輸入，容易超出其線性范圍，使失真增大，而且分頻點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。將分頻點取高，低音單元盆分裂的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，使聲染色非常嚴(yán)重。因此較好的設(shè)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，但太難控制其盆分裂現(xiàn)象了。因此有人使用高內(nèi)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甚至可以使用6dB/Oct的濾波器，但其中的大多數(shù)我不喜歡，因為在中低聲壓輸出時我覺得聲音較模糊，其較軟的材料通常也帶來較大的失真。

我想通常在軟球頂高音單元中也會發(fā)生這種情況，整個工作頻段內(nèi)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，但耳朵可以聽出來。但目前最好的軟球頂高音使用了一些合成技術(shù)和涂料改進硬度，而且沒有引起頻響的劣化，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）看起來沒什么，但它跟中心導(dǎo)磁柱之間形成了很小的共鳴空腔。一個著名的例子是使用在LS3/5A上的B110單元，在1500HZ有一個很寬范圍的頻響上爬，在4500HZ附近還有3個非常高Q的峰值點，這其實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)生上述問題，以前采用填充羊毛等材料將這些點的峰值抑制，但效果并不好，依然有1-3DB的峰存在。

現(xiàn)在，通常采用兩種辦法解決該問題，一是采用有中心通氣孔的導(dǎo)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(dǎo)磁柱，因此后方的負(fù)載類似傳輸線，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，F(xiàn)ocal的T120、T120K使用反轉(zhuǎn)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。

磁場的非線性：

如果磁場是恒定的，類似空氣芯電感，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使用簡單的RC補償電路抵消。但音圈線圈放在磁場里，并在磁隙中運動，磁場分布是非線性的，因此音圈的電感值也是非線性的，因此其阻抗隨頻率變化也是非線性的。

這種非線性帶來很多問題，首先它影響了單元的高端頻響，其次它引起了聲音的延時（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(dāng)音圈位移超出其線性位移時，磁場的變化更大。例如較佳的8"Vifa單元P21W0-12-08，其線性位移只有8mm（正負(fù)各4mm），其它典型的8寸單元只有6mm，大多數(shù)的中音單元只有1-3mm，當(dāng)它們發(fā)出較低的頻率時，往往超出其線性范圍，音圈的感應(yīng)調(diào)制就出現(xiàn)，在整個頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生IM、FM調(diào)制失真，這種情況大量地產(chǎn)生在2路或中頻分音點較低的3路系統(tǒng)中。

有沒有解決的辦法？當(dāng)然有，Scan-Speak的SD磁路系統(tǒng)和Dynaudio的DTL磁路系統(tǒng)使用銅短路環(huán)來降低音圈的自感應(yīng)系數(shù)，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(yīng)系數(shù)變化的問題同樣帶來比較隱蔽的問題，我們知道，驅(qū)動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(yīng)系數(shù)（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，這樣會產(chǎn)生強烈的調(diào)制和瞬態(tài)特性變壞。