扬声器单元品质特性面面观

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磁场的非线性

　　多数发烧友都知道扬声器单元是电感性负载，而音圈恰恰是缠绕在铁磁性极块上的。但却没有多少人了解因此而产生的众多问题。

　　假如电感值保持恒定，象空气芯电感一样，就不会有问题。只要用R-C网络调整分频器就行了。不幸的是，它是一个铁芯电感，而且电感值还随着音圈位置的改变而变化。

　　变化的电感值引起严重的后果，因为电感值是决定单元上端频率落降以及声延迟的一个重要因素。改变电感值，频率落降和声延迟也随之变动。每当单元移动达到音圈线性冲程的相当比例时就会发生。以优秀的8"单元Vifa P21W0-12-08为例，线性冲程只有8mm（+-4mm）。大多数8"单元的线性冲程一般为6mm，中音单元一般为1~3mm.

　　播放一些超低频就会让电感调制的作用显现出来，即在整个频谱上产生互调和FM失真。这对于2路及中音分频较低的3路系统而言是一个大问题。也就是说每当你看见单元的运动时，就已经出现了大量互调和FM失真。这种声音的听感是怎样的？你会发现低频解析度有损失，但这却可能被放大器所存在的问题遮盖（例如输出变压器饱和，电源供应不足）。

　　解决的措施呢？Scan-Speak的SD系统和 Dynaudio的 DTL 系统用铜包敷极块将音圈感生的涡流短路掉。仔细分析音圈电感参数可以发现这个秘密。

　　作为全世界最好的8"单元之一的Scan-Speak 21W/8555，其电感值为0.1mH，远低于Vifa P21W0-20-08 的0.9mH。这两款单元都很优秀，但如果要同时发出中频和低频，Scan-Speak当然能够给出更加透明的声音。

　　电感值还有一层含义，单元的高端频率落降是由音圈的自感和机械落降共同决定的。如果你用音圈电感值和直流电阻来计算落降频率，其值在某些单元上往往比测得的声学落降高很多。而其他多种单元则是计算值低于测量值。原因在于音圈的自感遮盖了机械系统的峰值。这不是一个好现象，机械系统或电系统的任何改变都将强烈地影响到频率响应以及瞬态响应。

　　顺便提一下，同样的问题也出现在老式动磁唱头上。毫不奇怪，此类唱头在透明度上要比高级动圈唱头差得多。

　　以下将说明发烧友如何去寻找所喜爱的扬声器，得出自己的结论，甚至猜测出厂商、评论员和你朋友们的音响喜好。

扬声器单元品质特性面面观 [2]

单元的类型

　　熟悉并掌握单元的基本特性对于听音和对比是颇有帮助的，你可以断定它是否属于同类单元中的好东西。通过仔细聆听和研究所有相关的参数，你能够发现设计师们在解决问题时做得究竟好不好。

1 纸盆单元

　　最早出现在20年代末赖斯和科洛格的专利申请文件中。纸的质素可谓有天壤之别，最差的可以在廉价收音机里找到，优秀的如Scan-Speak 5"中音用于Thiel的音箱，SEAS 6.5"中低音用于Wilson WATT。这种古老的材料实际上是一种复合结构，当使用合适的塑料涂层时性能会发生显著的改变（涂层的选择是单元生产厂商的商业秘密）。因为纸的特性随着湿度和时间而发生显著变化，涂层是不可或缺的，既稳定了材料，又可改善自阻尼。

　　优点：良好甚至于优秀的自阻尼，优秀的解析力和细节，平坦的响应，逐渐开始分割振动。比较容易配合低阶线性相位分频器。纸振膜的声音要比它的测量数据所预示的好一些。

　　缺点：刚度不如KEVLAR，碳纤维和金属膜，因此缺乏静电式的细节。声压级也不如其他材料。

　　纸的一致性没有合成物质好，所以配对不是很精确，这就可能影响结象力，当然还取决于生产的精度和质素。即便经过了涂层处理，随着时间的推移，性能仍可能改变。


2 BEXTENE锥盆

　　这是一种由木材纸浆合成的塑料，总是要用涂层阻尼材料来控制其在15kHz的第一次谐振。它最早是由BBC于1967年开发的，作为具有更好的一致性和可预测性的材料来代替纸，以适应监听用途。在70年代初期得到广泛使用，当时的典型发烧音箱往往是一只8＂ KEF或Audax的BEXTENE中低音配合Audax 1＂软球顶高音。

　　来源于BBC的设计总是利用均衡使BEXTENE单元在中频段保持平坦，最有名的单元大概就是用于LS3/5a监听箱的KEF B110。现在BEXTENE已经被BBC首先开发的聚丙烯取代了，聚丙烯单元频率响应更平坦，不再需要涂层，而且由于质量减轻，效率提高了3~4dB。BEXTENE已经退出历史舞台。

　　优点：良好的结象，解析力比多数纸盆好。

　　缺点：效率很低（85dB/m），强烈的染色，在不太大的声压突发分割振动。


3 软球顶高音

　　70年代初Peerless 1＂软球顶出现后，逐渐开始普及。随后，Audax 1＂高音在70年代和80年代初被英美两国的许多设计师采用。

　　当80年代中期钛、铝球顶和Focal玻璃纤维内凹球顶出现后，这些设计就失宠了，Audax软球顶单元被挤出发烧级市场。

　　过去几年里，以Dynaudio和Scan-Speak为代表的软球顶高音再度回潮，它们采用了新的球顶成型，新的涂敷材料以及新的设计，其表现堪与任何金属球顶媲美。声音的解析力和细节与最好的金属球顶不相上下，却没有金属球顶那种典型的22kHz~27kHz谐振。

　　优点：固有的自阻尼和极其平坦的响应，一流的脉冲响应。自然，开放，毫无疲劳感的声音，聆听数字录音时这无疑是最有价值的品质。

　　缺点：老式的软球顶声音晦暗。功率承受力相当有限，需要18dB/Oct分频器来减低互调失真。与金属球顶相比，高频发散性更差。除了发散性这一方面，最新的设计已没有其他上述缺陷。


4 软球顶中音单元

　　试听过AR-3，AR LST，ADS，Audax 2″,Dynaudio D-52软球顶中音之后，发现它们把扬声器系统搞得一塌糊涂。测量时很平坦，但听起来声音不透明，严重染色，令人疲劳。

　　问题之一是软球顶中音单元的线性位移很有限（一般为1~2 mm），导致带宽也有限，而且连500Hz分频都不能很好地配合，只是在800~3200 Hz之间的范围工作最佳。

　　第二个问题是它们容易产生侧向偏移，因为没有定心支片来协助折环使之保持线性的前后运动。

　　第三个问题是丝膜球顶的刚度不足以完成中频带的很强的功率转换任务。

　　新一代的锥盆-球顶，例如5"的Scan-Speak 13M/8636, 13M/8640, Dynaudio 15W-75则是完全不同。这三种单元实际上是高精密的锥盆，而非中音球顶。它们与软球顶唯一类似的地方是都有一个大的防尘帽，在高频时也可起到球顶的作用。

　　它们明显地具有更大的冲程，更低的失真，宽得多的频率响应。此类单元能够获得真实而透明的声音。因为它们分别采用KEVLAR、纸以及聚丙烯，以下将详细介绍。

　　另一个特例是专业级的ATC 3" 球顶（带有短号筒）。它使用了双重定心支片，显著降低了互调失真。其表现可谓最佳，但十分昂贵（约300美圆一只），而且需要手工挑选以便使左右声道谐振频率匹配。

优点；无。也许金属球顶中音尚有潜力，但它们对分频器的要求很苛刻。注意：ATC单元以及锥盆-球顶不在此列。

缺点：失真大，声音令人疲劳，分频点高，频带和功率承受力都有限。只有激光全息测量才能发现它们的缺陷。

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5 聚丙烯单元

　　1976年BBC开发了这种材料用来替代BEXTRENE。因为它具有很强的自阻尼，设计恰当的聚丙烯单元无须作任何均衡，就可以在工作区获得平坦的响应。此外，其效率一般达到88~91dB，也是一大进步。

　　聚丙烯已经成为世界通用的材料，因为在组装扬声器时它对手工处理的要求最低----唯一的困难是要找到合适的黏合剂，这个问题在80年代初就解决了。

　　现在，从廉价的组合音响到一流的ProAc Response 3和Hales System 2 签名版的各种扬声器都使用聚丙烯单元。此类单元的最终品质主要取决于锥盆的形状以及聚丙烯配方中的添加材料。

　　优点：如果设计正确，可以获得平坦的响应，很低的声染色，良好的脉冲响应，分频器可以很简单，效率高，分割振动出现缓慢。优质产品可以做到与最好的纸盆相当的透明度。

　　缺点：还达不到由刚性锥盆单元和静电单元所设定的透明度标准。由于解析力的差异，许多聚丙烯中低音不能与流行的金属球顶高音很好地匹配。不适合做10英寸或更大的低音单元，这方面碳纤维应当会更胜任。


6 金属球顶高音

　　80年代中期德国在冶金技术上的进展（ELAC 和MB公司）使得薄型钛，铝球顶诞生，现在德国，挪威和法国有多家厂商可以供应此类单元。它们的声音可以做到非常透明，假如设计得当其表现与静电式扬声器不相上下。

　　其缺点在于欠缺自阻尼，但铝膜在超声波频段的性能要比钛膜略胜一筹。在现阶段，所有的金属球顶高音单元都具有显著的超声波段峰值，其幅度从3dB（优秀的）到12dB（一般的）不等。

　　然而这些峰值的影响似乎并不大，因为“足智多谋”的SONY/PHILIPS早已在CD红皮书标准中就确保了CD唱片绝不会包含任何20kHz以上的音乐信息。也许当以HI-FI为理念的超级CD实现商品化之时，我们才能获得频率上限至少到32kHz，解析力真正达到20~24比特的录音。

　　优点：均匀的活塞运动，设计恰当就可以产生极高解析力的透明的声音。发散性非常好，因为金属球顶的曲率半径比软球顶的大。

　　缺点：可能由于超高频的峰值与可闻频带内的声音的交互调制而产生“金属”的染色。一些早期产品功率承受力有限。当强烈过载时，在整个频带上出现明显的分割振动失真。


　　7 刚性单元

　　铝质锥盆。 第一批用于HI-FI扬声器的刚性单元是Jordan Watts 4＂铝质锥盆，它们是手工生产的，价格高，效率低，无法普及，在美国市场上几乎看不到。现在一些英国扬声器采用5＂和7＂铝盆中低音单元，其灵敏度很低，还要分频器加以滤波修正。

　　泡沫盆。 另一类以KEF B139为代表的泡沫低音单元，但其效率和功率承受力都很低，中频有严重的高Q谐振。B139在1100Hz的峰值有12dB。它们在70 年代的3路和4路传输线扬声器中被普遍采用。

　　碳纤维。 接下来一代是日本人开发的碳纤维，最早出现的是专业录音室监听箱12＂ TAD，效率很高，价格很贵（1980年时一只约300美圆）。现在，碳纤维的价格已经降低，Vifa和Audax都有很不错的此类产品。当然日本的产量大得多。

　　碳纤维单元具有真正的活塞运动，低频和中低频的响应十分出众，但在频率上端的分割振动很讨厌，必须由复杂的分频器加以修正。

　　尽管我不喜欢需要复杂滤波器的单元，但得承认，Vifa 8＂和10＂ 碳纤维单元是唯一能使我确实感受到低频的直接辐射器。

　　KEVLAR。KEVLAR单元于80年代中期出现在法国Focal 和德国Eton的产品线上，Eton的单元由于在两层KEVLAR中间加入了高损耗蜂巢结构而具有优良的阻尼特性。Eton和更新的Scan-Speak KEVLAR单元分享着世界最杰出高技术扬声器单元的美名。

　　在新型Scan-Speak KEVLAR单元上可以发现一个独特而且是我们所渴望的特性，即平滑的落降。其他所有KEVLAR单元都会发生混乱的分割振动，Scan-Speak是唯一得到良好控制的，因此在平顺性和透明度方面获得明显的改善。

　　复合盆。 Audax凭借一种特别的复合材料技术HD-A重新进入High-End市场。这是在丙烯酸胶体内按一定比例混合粒状碳纤维和KEVLAR纤维制成。工厂的测试结果显示，它结合了良好的活塞运动与最低的高频峰值，以及平滑的高频落降。

　　最近，俄国科学家实现了低成本的金刚石气相涂层，可用于计算机磁盘上。希望Scan-Speak和其他厂商能迅速采用这一技术。

　　刚性单元总体的优缺点

　　优点：最佳的透明度，结象力和声场再现力，精心设计的话可以达到甚或超越静电式扬声器的水准。效率高，声压级大，互调失真低。这一类单元被许多设计师视为是最先进的，而且随着材料技术的进展，可能会有快速的进步。

　　缺点：老的设计在工作频带的上端存在严重的峰值，而几乎所有单元都在高频峰值以上出现不可控的分割振动区。这将导致长时间聆听的疲劳以及声场透视的压缩感。

　　因为KEVLAR和碳纤维的高频峰值无法用普通的低通滤波器改正，采用这些单元的扬声器必须正确地设计合适的分频器。

　　虽然它们可以有很大的声压级，但往往在突然之间发生分割振动，与放大器的削波十分类似。有些KEVLAR 和碳纤维单元需要很长的“煲机”时间（100小时以上），以便使锥盆中的纤维软化；这是一个缺点，说明材料的力学性能不稳定。


　　评估单元的方法

　　我选择扬声器的方法似乎有些原始，我把单元放在IEC障板上进行试听。不用分频器，也不用箱体。听粉红噪声来评估在正弦波和FFT瀑布图测量中出现的峰值其严重程度如何，听音乐来感受单元的潜在的分析力有多少。这的确需要你的耳朵训练有素，这个听音过程可以使你认识到分频器需要多么复杂。

　　然后，我会仔细地分析MLSSA电脑测试系统的结果（使用相同的IEC障板），考察以下内容：脉冲响应；相对于频率响应的群延迟；累积衰减频谱瀑布图；工作频段内的频率响应平坦度。

　　听音与测试可以说是同等重要的，二者都只能揭示出单元真实特性的部分面貌。即使是今天最好的发烧音响系统，在5年之后也可能被发现存在严重的瑕疵。通过测试可以找出声染色的问题所在，而且又恰恰是现今的音响器材无法暴露出来的。MLSSA系统有助于你解决这些问题。

　　一位深思熟虑的设计师应当象有名的艺匠那样善待其作品，即便是对待从外表根本看不到的隐藏部分，也毫不吝惜地倾注全部心思.