從惠威看揚聲器振膜

總記得在10幾年以前的朋友那對10英寸大喇叭，僅有不到3W的功率，朋友有事沒事便在家中用那個3DD15組成的功放使勁兒聽它，小鎮上的街坊四鄰到處 都聽得見。每逢此時，筆者便覺得四處的目光或多或少都有些異樣，即使是這樣，筆者仍是羨慕，將它借回家中聽了一段時間。正逢上梅雨季節，家中潮溼異常，放 了幾天以後，那個紙盆用手一摸一按便松塌塌的，讓人很是洩氣，那時並不知道這樣會不好，有兩次我還竟然用溼抹布擦了上面的灰塵，換來的結果是天晴以後趕緊 將音箱抱出去曬了曬，名曰透透氣，其實是曬喇叭。

這就牽扯上了振膜的問題。以純紙漿作基質的紙盆，晴天一個樣、雨天又是一個樣肯定 不行，以現在挑剔的耳朵來聽，這其中的區別耳朵肯定能感受到，聲音的質量天天在變，就像人的心情，那還搞得成？ 在去年的一次發燒朋友閒聊中，朋友無意之間問了筆者一個問題，是關於惠威喇叭的：“你說，為什麼惠威喇叭的振膜材料有那麼多種類，有那個必要嗎？”

　　問題確實很難回答，因為筆者不是一名電聲專家，僅是一名發燒友而已，可又不能不回答，因為朋友們認為在別的方面筆者可能不如他們，但在喇叭這一方面，筆者知道的可能比他們多一些。

　 　在1992年，惠威推出了他們的成名作S8，他們在紙盆材料的選擇上開了一個先河，首先在國內商品化Hi-Fi揚聲器振膜的材料上選用了PP材料作為揚 聲器振膜。PP是什麼？它是英文ProPylene的縮寫，意為聚丙烯，就是塑膠。不同的是，S8不僅是單單的聚丙烯盆，它的振膜材料中還點綴了“碳”這 種材料來改善振膜的物理效能，所以其振膜全稱為“雲母碳化聚丙烯振膜”。隨後不久，他們又推出了採用Kevlav（防彈纖維）振膜的SK、K系列單元以及 採用多層密壓PG振膜的C系列中低音單元。那麼，衡量一個振膜質量、決定它音質、效能好壞的主要效能究竟是哪些，它們的區別是什麼？

　　決定一個振膜質量優劣的主導因素大致有以下幾種：振膜的剛度、振膜的內阻尼大小、振膜質量的大小。

一、振膜的剛度

　 　振膜的剛度主要決定了揚聲器可能出現的分割振動頻率。作為一個理想的單元，我們不希望出現討厭的分割振動現象，而希望無論在任何頻率振膜都是一種整體的 同步運動。作為以前的純紙漿的紙盆，它的剛度很差，同時又不耐潮溼，抗黴變的能力很差，不信你可以找一隻以前的老式揚聲器，在陰雨天氣或溼氣比較重的環境 裡放置一段時間後，用手輕輕按下紙盆，你會發覺手按的地方比紙盆別的地方凹陷得更深一些。當頻率較低時，整個紙盆還能作一種同步的運動，但是當頻率越高 時，振膜越來越集中於紙盆的中央部分，即與音圈相連線的部分，在中頻段，由於紙盆的邊緣共振以及分割振動的影響，紙盆各個部分的振速以及相位都變得不一致 甚至有時出現抵消、有時出現增強的現象，使得單元在中頻段出現較明顯的峰谷，這便是揚聲器紙盆在中高頻段峰谷大量出現的原因。有鑑於此，所以現在純紙質材 料的振膜越來越少，雖然在一些非常高檔的民用Hi-End喇叭中仍有它的一席之地，但它們大多是以紙為其振膜的基質，另外在材料中添加了別的一些物質用以 改變紙質材料的物理特性，使紙盆的物理強度增加，讓它們的耐潮溼、耐黴變能力得到提高，使因紙盆分割振動而產生的失真得到減小。

　　惠威的S8、C8、SK8等系列單元所採用的振膜優點有哪些？

　　下面以C系列所採用的多層密壓PG振膜為例來解釋這個問題。

　 　PG的主要原料是聚氯乙烯（PVC）和鱗片狀石墨粉，由於石墨片的高度取向所致，PG薄板所呈現的剛性比紙質材料大大增加，這使得其分割振動頻率所產生 的範圍大大超過了一般的純紙盆揚聲器。惠威的HI-VI-C8″ 的有效頻率範圍為80Hz～5kHz，雖然從此資料上看不出此值有著特別的優勢，但此值是在頻響不均勻度為±1dB的條件下測量的結果，足以說明C8″這 個揚聲器所採用PG振膜的優勢。作為一個詳盡的說明，很可惜手中並沒有惠威C系列揚聲器所採用的多層密壓PG振膜的各項引數，包括它的楊氏模量、材料密 度、聲速以及內部損耗tanδ值等等，但是手中有一份詳盡的參考資料，恰恰是關於介紹揚聲器振膜用PG材料的文章可以用來參考。

　　雖 然PG的密度比紙盆用紙質的密度要大,但除此之外,在合理配方的情況下，PG的物理效能絕大部分超過了紙質振膜。在上面所說到的譯文中,作者給出了詳細的 測試資料,當石墨的填充率為65%時，聲速在PG中約為6×103m/s（鋁和鈦中的聲速分別為5.1×103m/s和4.9×103m/s），比鋁和鈦 中的聲速還高，楊氏模量約為7×1010N/m2，密度約為1.8×103kg/m3，內部損耗tanδ≈0.02（根據成份組成的不同，tanδ還能提 高到0.045），而表徵振膜剛度的比彈性率（楊氏模量/密度）卻遠遠高於紙質振膜的比彈性率，經查資料，已知鋁的密度為2.7×103kg/m3，彈性 模量為7.0×1010N/m2。比較可知，此時PG的比彈性率比金屬鋁振膜的還高，並且密度比鋁質的還要小，這些指標是一般的紙質揚聲器振膜遠遠不能比 擬的。在資料中所對比生產的兩款口徑、盆深、質量都相同的、採用不同振膜的揚聲器，一款是PG振膜、一款是紙質振膜，它們的引數對比於下：

　　口徑120mm、盆深80mm的揚聲器採用的是加有新增劑的後氯化PVC中摻入50%石墨粉的PG振膜，其彈性模量為4×1010N/m2，密度為1.6×103kg/m3，聲速為5×103m/s，tanδ為0.02。

　　同樣尺寸的紙質振膜揚聲器、楊氏模量為3×109N/m2、密度為0.6×103kg/m3，聲速為2.2×103m/s，tanδ為0.035。

　　從這兩款實驗揚聲器效能資料我們可以分辨出它們之間的區別，同時從其中所測出的兩款揚聲器的頻響特性看，PG振膜的高頻特性要遠優於實驗用的紙質振膜揚聲器。

　 　從這個例子我們大致可以估計出惠威C系列多層密壓PG振膜的優勢所在，也能從PG的效能中推測出採用PP盆的大致情況，當初採用PP盆的S8為什麼能風 靡全國發燒界，它的頻響為什麼能一直延伸到7kHz（±1.5dB）。知道了這些，也就知道了“S8旋風”產生的秘密。而S8、C8的失真分別低達 0.6%（100Hz、103dB）和0.3%(100Hz、103dB)，你不能不承認，優質的振膜在其中所起到的作用。

　　在低音 揚聲器振膜的選用上，惠威產品所採用的種類較多，它們都是優質的高強度振膜，可以承受高聲壓、低失真的工作狀態，但我們最常見的振膜種類有以下幾 種，ProPylene雲母碳化聚丙烯、PMK雙層雲母高強度振膜、採用Kevlar防彈纖維的振膜、高強超輕碳纖維編織振膜、金屬振膜等等，這些材料首 先強調了振膜的高剛性和抗破壞強度（當然也有較合適的內部損耗），這些都能確保單元的分割振動能得到有效的抑制，它對減少單元的失真、拓寬頻頻寬度都會產 生重要的影響。值得一提的是，惠威還在國內商品化的揚聲器中第一次引入了三文治結構的振膜，在1996年F系列的揚聲器中（F5.1、F6.1、 F8.1、F10.1、F12.1）它們採用了德國M&M多層三文治防彈纖維編織振膜，圖1是F6.1揚聲器照片。這種振膜由三層不同特性的材料 經高壓工藝合成，兩邊是高阻尼損耗的防彈纖維材料，有效吸收振膜兩面的不良振動能量，而中間的材料硬度較高，起到振膜骨架的作用。這種振膜工藝複雜，但它 利用複合材料的不同物理特性使整體表現得到很大提升，是一種價昂質優的高檔振膜材料。1998年推出的新款F系列揚聲器，它採用了Kevlar與天然纖維 相混合的高強度振膜，而其中小口徑單元F5的頻率響應±2dB頻寬達到120～5000Hz，如果稍微放寬一點對它的要求，F5能夠使用的軸向頻響上限能 放寬到10kHz，如此優異的指標，可以將F5取代任何一款優秀的球頂中音揚聲器與任何型號的高音揚聲器進行搭配。

　　提高單元振膜的 剛度所帶來的好處顯而易見，它能減少單元的分割振動、相位失真，提高單元的頻率響應範圍。正因為如此，惠威還於近年開發生產了金屬振膜的揚聲器，廣泛應用 於近來頗受好評的DiVa系列中，它們給人的表現讓人滿意。然而，隨之而來的一個問題是：高剛性是否為高質量振膜所追求的唯一目標？答案當然不是。如果 是，那全世界的揚聲器振膜都清一色的變成了高硬度金屬的天下，焉能有丙烯、紙質、碳纖維、Kevlar的立足之地。在追求振膜材料高強度物理特性的同時， 還有一個同樣重要的物理特性都與之相關聯，那就是物質材料的阻尼損耗，也就是在上文中提到的tanδ。

二、振膜的內阻尼

　 　我們在要求振膜高強度的同時，還必須要求振膜具有高的內阻尼特性，這個高的內阻尼特性同振膜材料的選用有直接的關聯，也是衡量一個振膜質量、聲音表現的 重要指標之一。tanδ越小，它對振膜的分割振動給予的阻尼越小，對音符變化時因慣性運動帶來的不利振動的阻尼亦越小；而內部損耗tanδ越大，振膜對各 種不利振動實施的阻尼便越強（對不利訊號實施阻尼的許多工作是由支撐系統完成的）。通常來講，高的內阻尼特性同高的強度一樣，是高質量振膜所追求的目標之 一，這兩個指標是互相關聯但又是互相制約和矛盾的，很難找到一種剛性又強而內阻尼特性又十全十美的完美振膜材料。金屬的強度很高，但是金屬振膜的內部損耗 都很小；紙質振膜的內阻尼特性優良、密度又低，但紙盆的強度不能使人滿意；丙烯、Kevlar的內阻尼特性優良、強度又高，但其密度卻比紙質大了不少。所 以在振膜材料的大部分研究工作上，這兩個因素的兼顧、創新、折衷幾乎成了電聲專家們最感頭痛的事情，而帶來的一個結果是，一個高檔或極品中低音揚聲器的振 膜價格是普通揚聲器振膜價格的幾倍、幾十倍甚至更高。有時，為了改善材料的內阻尼特性，還採用複合材料作為振膜材料，如在1998年開發生產的F揚聲器， 它採用了防彈布材料與天然纖維相混合的高強度振膜，既保持了單元振膜的高剛性，又利用了天然纖維內阻尼特性優良的優點。這個F系列的揚聲器廣泛應用於惠威 的Swan系列音箱中，最著名的品種當數Swan M1，這款小小的箱體表現出來的實力不容忽視，採用Kevlar與天然纖維混合振膜的F5所表現的聲音讓人刮目相看。

　　振膜材料不同 的揚聲器音色表現是不同的，除了因揚聲器引數差異、磁路結構、驅動系統的採用不同之外，因振膜的不同而帶來的音色變化相當明顯，你可以有選擇性地從惠威產 品中聆聽PP盆、PG盆、Kevlar盆、D系列一體化盆（如圖2的D6揚聲器）、金屬盆和F系列、W系列揚聲器之間的音色區別。造成這些振膜音色產生細 微變化的原因便是上面所講到的這幾點：振膜的內部損耗值的大小、振膜強度的高低、振膜中聲速的大小，還有一個未提及到的原因，那就是振動系統等效振動質量 的大小。透過這些因素的調整可以用來改善揚聲器的頻響和引數，同時使揚聲器的前沿和後沿特性變得更好。

三、振膜的質量

　 　質量越大的東西，因物體高速運動所產生的慣性越不容易控制。這個道理不用講大家都明白，表現在振膜上，質量越小，揚聲器的高頻特性便越優良、其瞬態特性 便越好；振膜質量越大，揚聲器對高頻訊號的反應便愈是遲鈍，其瞬態反應便愈差一些。打上一個簡單的比方，有一個2g和一個10g的振膜，如果將2g的振膜 比喻成小轎車，那麼那個10g的振膜就稱得上一個載重的大貨車，顯然那個大貨車比起小轎車來講起動也慢、制動距離又長、反應速度也慢。從簡單處考慮，這個 比喻是恰當的，因為力學的基本定律是一樣的，而揚聲器恰恰是一個牽涉上機—電—力學的電聲器件。

　　在一個揚聲器中，振動系統的質量越 輕越好（振動質量包括振膜、音圈以及所推動空氣的質量），這樣單元便能適應較高頻率的振動。不過，在揚聲器中，振膜質量的大小卻跟很多引數的選擇是互相矛 盾的。我們在考慮振膜質量大小的同時還要顧及到振膜的剛度，振動質量的大小又跟揚聲器，特別是中低音揚聲器很重要的一個引數有牽連，那就是揚聲器的諧振頻 率。由於決定揚聲器諧振頻率的主要引數是揚聲器中振動系統的質量和勁度，而振膜的質量又是屬於振動系統等效質量重要的一部分，在音圈質量一定的情況下，你 可以認為，振膜越輕，f0越高；振膜越重，f0越低。所以在決定了揚聲器的f0這一指標後，在選用振膜的質量上還必須有所側重。通常，如果你希望所選用的 f0低，你可以選擇那些振動系統等效質量大的品種;如果你希望所選用的揚聲器高頻響應好,例如在中音揚聲器的選擇上，由於球頂式揚聲器比錐盆式中音揚聲器 的等效振動質量低很多，你可以選擇球頂式的中音揚聲器以獲得清晰度很高、瞬態響應很好的中音播放效果。

　　對於中音揚聲器的振膜來講， 通常有兩種分類，一類是錐盆式中音單元，還有一類是球頂式中音單元。錐盆式中音單元的諧振頻率低，可以承受大的功率輸出，由於它的振膜面積較大，且位移量 大，所以它的輸出聲壓也大於常見的球頂中音揚聲器，聲音厚實。而球頂中音揚聲器由於其口徑很小，所以它的頻率指向特性要明顯優於錐盆式單元，同時，由於它 的振膜質量遠小於錐盆式單元的振膜，所以透過球頂中音出來的聲音速度感快、清晰。作為單獨的中音揚聲器，惠威的單元給我們提供了兩種選擇，一類是傳統的小 口徑錐盆式單元，由它自己的一些非常優秀的小口徑振膜的中低音單元（例如SS6.5、F5、W5、中音D5M等）來擔任中音使用，還有一類是惠威提供的專 職中音的揚聲器——球頂式中音揚聲器。作為國內高檔Hi-Fi用中音揚聲器，惠威的DMA球頂中音揚聲器幾乎是國內發燒友所能接觸到的典範之作。拋開它的 別項技術優勢不講，光從DMA派生出來的一系列中音單元振膜的不同種類就有不少。DMA以及後來推出的採用釹鐵硼磁體的DMN均採用了傳統手工製作的德國 天然纖維編織振膜，而DMC則很少。有的採用了英國製品——紅色的合成纖維振膜（說實話，筆者不太喜歡這個顏色，因為紅色振膜會同許多傳統的顏色格格不 入），DMD採用的是德國Kevlar纖維振膜，而DMF採用了德國的灰色玻璃纖維合成振膜。其中DMC和DMF由於其振膜所具有的物理特性屬於分析力極 高的型號，它們的速度反應非常快、瞬態特性相當好。不同振膜的中音揚聲器其音色表現是不同的，根據其音色的特點它們都有各自最佳的中低音匹配物件，DMC 適宜於同廠的D、F以及SS系列配合，DMF適宜於同廠的PP盆、E系列的單元配合，而DMD最佳的配合物件是使用防彈纖維振膜的K、SK、F系列單元配 合。

　　而傳統的電動球頂高音揚聲器，就其振膜來講其分類有兩種：一種是硬質球頂揚聲器，其中金屬膜球頂揚聲器是其代表，還有一種是軟 球頂高音。金屬膜球頂高音的聲音亮麗、速度快、高頻的分析力強，但不利的一面是它在播放質量不佳的數字音源時，透過金屬膜球頂出來的高音會出現稍許數碼 味，略顯生硬（對於中高檔的CD唱機而言，這個現象並不存在），有鑑於此，惠威在一開始便瞄準數字音源生產了眾多的軟球頂高音揚聲器，以其細膩、柔和的音 色表現贏得了眾多發燒友的喜愛。雖然軟球頂高音在極高頻的分析力、高頻上限指標上略遜於最優異的金屬膜球頂高音一籌，但它寶貴的一點是，其音色可以美化中 和掉數碼音樂的數碼聲，而且它在人耳可聞的頻帶內的頻響特性可以做到相當平直。事實上，在現今Hi-End級別的傳統高音揚聲器中，軟球頂高音佔了絕大部 分江山。

　　然而，作為軟織物球頂高音揚聲器而言，它同金屬膜球頂高音比較，還有一個方面處於不利狀態，那就是在單元的散熱處理上，金 屬膜單元的球頂可以直接作為音圈散熱的一個通道，但對軟織物球頂而言，由於球頂離音圈很近，在經常性的大功率輸出情況下，音圈的發熱問題不容忽略，此時的 球頂要經受高溫的考驗，如果溫度高時球頂變形或者變軟，這都將對高音揚聲器的頻響特性產生不利影響。所以對於要求較高的Hi-Fi高音來講，對球頂的另一 個要求是，它在承受較高溫度同時其基本特性不會產生明顯變化。

在惠威的高音揚聲器振膜選擇上，也有許多不同的種類，所有的這些球頂 材料都經過了耐高溫處理。其最早的產品C1″採用的是天然絲質纖維編織振膜，C3/4″採用的是複合塑膠振膜，M1採用的為德國的天然絲質多孔材料振 膜，Q1採用了德國的天然絲質油浸耐高溫振膜，TN28的振膜特別標明為德國的頂級球頂振膜。不同材料的球頂，其音色的差別是細微可辨的，如果有條件的 話，你可以比較一下Q1、TN28、SD1.1、SSI-Ⅱ、X1這些不同高音單元之間的音色區別，這些單元都廣泛地應用在惠威的成品音箱中，它們有的單 元之間音色的區別甚至可以用性格迥異來形容，這裡面既有單元的結構差別帶來的不同，同樣也有因振膜的不同而帶來的影響，而且，這些振膜不同的高音揚聲器因 各自音色的不同都有自己適宜匹配的中低音揚聲器。

　　談到揚聲器振膜，不能不談到惠威的另外一種標誌性的產品——帶式揚聲器R1，如圖 3所示。我想，如果給惠威揚聲器的發展史豎起兩塊紀念碑的話，一塊應給D6，而另一塊應該當之無愧地授於帶式揚聲器R1，更確切地來說，應該是平面振膜高 音揚聲器R1（作為通俗及習慣上的原因，筆者還是將它稱為帶式揚聲器），它與鋁帶式高音揚聲器是不一樣的。關於惠威的帶式系統，相信許多發燒友均已看過和 聽到過，詳細的技術特徵、磁路系統已無需多言，筆者只是談談它的振膜。眾所周知，傳統的揚聲器，頻率越高，其振動面積越小，越來越趨向於僅侷限在高音單元 音圈與振膜的連線部分附近振膜的運動，球頂單元自然也不例外。由於揚聲器的輸出聲壓跟揚聲器的位移體積成正比，自然，球頂揚聲器的高聲壓輸出特性受到影 響。而相比之下，平面振膜的揚聲器佔有先天性的優勢，它的高聲壓輸出特性較之普通的球頂揚聲器要優良得多，這是因為無論在任何頻率下，它的振膜都是平面均 勻移動的，它的有效位移體積較之傳統的球頂式揚聲器要高得多。

　　R1的振膜採用了美國杜邦的超薄Kapton材料，這是一種高強度、 耐高溫的高技術有機材料，它的音圈是採用導體印刷技術直接印附在超薄Kapton振膜上的鋁導電線條，密密麻麻的鋁導電線條所佔有的面積高達振膜面積的 90%以上，同時，為了防止鋁箔的氧化，還在上面塗覆了一層3μm厚的抗氧化塗層。整個R1振動系統的振動質量僅有約25mg，這個質量相對於傳統的球頂 揚聲器來講幾乎可以忽略。由於振動系統質量越輕，單元所重放的細節越是豐富、頻響上限越高，所以R1的瞬態特性極佳，它的頻率特性在＋/－2dB情況下為 4.7～27kHz，在不均勻度為3dB的情況下其頻響為4.5～30kHz。R1的輻射面積為50mm×13mm，由於帶式系統R1、R2（如圖4所 示）的振膜高度遠遠大於普通球頂振膜，而Q1905的高度甚至遠非球頂式單元所可比擬，所以其垂直輻射特性相當優良，這個特性對於球頂式揚聲器來講是無法 達到的，除非你用許多個球頂式單元進行陣列式組合。即使是這樣，也會因為傳統高音的嚴格匹配、波瓣的控制以及阻抗的限制而大打折扣。事實上，當筆者早在 1998年第一次感受到振膜的高度達到接近2m的Q1905的魅力以後，便深深地歎服Q1905那巨大振膜的無比威力，不論是個子不矮的我站起還是坐在地 毯上，那巨大的聲壓、中高頻極優異的表現都一絲不變，耳朵再也沒有了那種因搜尋極高頻聲音而將耳朵與高音揚聲器水平軸線保持一致的煩惱，而獲得發燒友極多 讚譽的Swan M1，除了那個子彈形相位錐、採用防彈材料與天然纖維複合音盆的F5以外，誰也不能否認，採用平面振膜的R1其實是一個更大的亮點。

四、結束語

　 　關於振膜的學問很多，除開上面談到的這些，紙盆的形狀、防塵帽的處理等等也都關係到聲音的質量，小小的振膜，其實奧妙多多。振膜的種類其實還有很多，即 使是僅對於惠威來講，它所採用的振膜種類也還有不少沒有涉及，用“惠威喇叭，振膜天地”來形容並沒有誇張，從中我們可以瞭解到揚聲器振膜的許多知識和應用 動向。

　　作為一個跨國公司，國內Hi-Fi音響業老大的惠威，我們對它無疑是寄予了太大的期望，但作為一個“發高燒”的發燒友，筆者還是有幾點話要說。

　 　要適當地在傳統電動球頂高音上發展一些頂級的金屬膜球頂高音，例如鈦膜甚至是鈹膜高音（鈹的物理效能極佳，密度很小，但硬度卻極高，遠大於常見金屬甚至 是鈦的硬度，唯一缺點是難以成形），雖然這樣做可能會擠掉一些同廠軟球頂高音的市場佔有份額，但是作為現今中高檔的Hi-Fi音響，其數碼味已不復存在， “蘿蔔白菜，各有所愛”，這市場需要優質的軟球頂高音，但同樣也需要高檔的金屬膜球頂高音揚聲器。

　　純紙質振膜的優質Hi-Fi揚聲器同樣在Hi-End市場上穩踞一方，雖然它有自己不利的一面，但是可以透過適當的技術措施來提高它的效能。紙質振膜以它醇厚、優美的音色傾倒了眾多的發燒友，我們衷心期望惠威適時的推出一些優質的Hi-Fi純紙盆單元。

　 　未來的市場只會是越來越多地需要一些小口徑振膜的中高檔中低音單元，例如3英寸或4英寸的單元，雖然我們看到惠威的M-20L多媒體音箱中出現了3英寸 的M3N全頻帶金屬膜單元，但這個尺寸級別的單元對於惠威來講基本上還有很大一片空白，其實，它應該有著廣闊的市場份額，包括巨大的AV市場、高檔的多媒 體音箱以及Hi-Fi產業，做好這塊中高檔市場，包括生產一些小口徑的具有優異物理特性的金屬盆單元。

　　一個好的單元，它不僅要求有好的振膜，還要求有著良好的磁路結構、支撐系統、散熱處理等等許多方面。