扬声器单元品质特性面面观

扬声器单元决定了整个扬声器的终极潜力，而且在整个HIFI系统的声音表现中扮演主角。在现时技术条件下仍然制作不出完美的单元，那个目标尚在几十年之后，因为它要求单元具有与空气相同的密度，在所有频率完全均匀地运动，没有任何种类的失真。
我们面前是漫漫长路，但也应充满信心。此时此刻在材料科学领域正在发生重大进展，过去十年内已经出现了很多成果。我确信将在两三年后又会取得新的突破。
我们受益于计算机模拟力学行为研究的重大进步，以及航空、汽车和运动-休闲工业为采用轻质量的高性能材料替代昂贵而沉重的传统材料所进行的大量研究。我们 现在已经有了KEVLAR、碳纤维复合材料和铝振膜，不远的未来还会拥有人造金刚石、超低密度硅玻璃、新型金属单晶体和碳单晶体以及新的复合材料。

为什么扬声器单元有它们各自不同的声音？

  设计者面临的最大挑战就是如何既保证运动的均匀性，又消除在中高频的共振。这是在各种扬声器系统中都不得不作出的妥协（无质量扬声器除外）。其他问题还有空腔共振和磁场的非线性。

均匀运动
  刚性意味着来自音圈的加速度被精确地转化为在锥盆或球顶整个表面的加速度；这样就可以获得平直的频率响应，迅速的脉冲上升，低的互调失真以及声音的透明感。
发烧友通常把这种类型的声音描述为“速度快”，这一点令那些以客观测量为本的工程师们感到惊谔，“中低音单元怎么可能快？因为分频器限制了脉冲上升时间， 相当于高音单元的1/5甚至1/10，这正如外交官常说的一句辞令“全面而坦诚地交换观点”，或者说相互交换误会。
可以说双方都是对的，也都是错的。他们实际上谈论的内容不同。发烧友所听到的是均匀的锥盆运动；这个现象在测试中表现在：没有互调失真，频率响应平坦，干净利落的脉冲响应。
太好了，那么何不把锥盆或球顶的刚度尽可能地做大一些？象青铜这种金属怎么样。它的强度不错，又几乎能加工成任何形状。钟就是用青铜制造的。但问题在于谐振，它们的回声长达几万周。
答案有两点，第一，金属刚度大；第二，钟释放机械能的唯一途径是经过空气，由于空气与青铜的密度相差悬殊，导致耦合不佳，空气负载阻尼微小，因此必然需要很长的时间。所以我们期望着扬声器单元的另一个性能：自阻尼
我们也希望音圈能及时地制止振膜，不让它们发出自身的音调。不幸的是，大多数刚性材料（例如金属）几乎没有自阻尼，导致其长时间振动。控制此问题的一个办法是把沉重的橡胶折环伸展到锥盆下面，并十分注意定心支片与折环材料的阻尼行为。
然而现在的情况是，即使最好的KEVLAR，碳纤维或铝振膜也至少在工作区的上段出现一个高Q值峰，必须用分频器或滤波器加以校正。糟糕的是，这个峰一般落在3~5kHz之间，这恰恰是人耳对音染最敏感的频率。
自阻尼可以消除染色，并且获得放松的，自然的，不易疲劳的声音特点。许多发烧友甚至一些评论员对于单元材料谐振的特别声音全然不知，却归咎于放大器或房间的敏感性。
有些杂志推荐的2路扬声器采用7＂KEVLAR和金属球顶高音。从技术角度看，该扬声器在单元各自的工作区内均匀运动，但实际上要消除KEVLAR 3~5 kHz分割振动区域的能量，对分频器而言是勉为其难。
有关此类型2路扬声器的评论文章以大量篇幅介绍，通过反复试验去选择一种能够完全发挥该扬声器质素的放大器。事实上，音响评论员被迫去选择一种恰好在 KEVLAR单元发生分割振动的频率段上失真极低的放大器。因为大多数发烧友和评论员对于扬声器单元的直接声音非常不熟悉，他们不能评价究竟有多少 “KEVLAR声”或“铝膜声”被保留在最后设计的系统中。
还有一个问题困扰着所有的2路KEVLAR，金属和碳纤维扬声器。在目前的技术工艺水平下，6.5＂或7＂单元不得不播放到其工作范围的边缘，以便在失真不太大的频率上与高音单元接合。
如果你降低分频点，高音单元互调失真将激增，导致在中等以及大音量下听音时高频劣化。如果你提升分频点，又出现KEVLAR的分割振动，导致在较低音量时声音前冲，大声压时则完全发破了。
这样使得设计者面临困难的选择：或者在整个高音区粗声；或者典型的KEVLAR前冲性，并有可能给扬声器系统带来狂野的声音。现在最好的办法是利用4阶（24dB/Oct）分频器来纠正KEVLAR的谐振。
顺便指出，我是很喜欢KEVLAR和碳纤维单元的。但是它们都很难对付，必须采用声学和电学的手段控制住它们强烈的谐振。
如前所述，刚性锥盆有一些优点，但阻尼非常困难。另一个途径是采用高损耗材料，传统上是塑胶涂层纸盆，但在现代扬声器中它们逐渐由聚丙烯所取代。这类锥盆可以靠自身阻尼，来自音圈的脉冲在振膜表面扩散时逐渐地损失能量。因而对定心支片和折环的要求也不是很严格。
此类材料在测试时频率响应相当平坦，允许使用简单的6dB/Oct分频器。我本人对多数聚丙烯单元兴趣不大，它们在中低音量下声音有些模糊。虽然没有使用 B&K互调失真分析仪，但我推测它们由于很软而具有相当大的互调失真。此外，要制造一种具有完美的线性机械衰减能力的材料是极其困难的。实际上在 衰减过程中总是不可避免地伴随着失真。
我认为所有类似现象也出现在软球顶高音单元上；锥盆实际上在整个频带分割振动，仪器测不出来是因为有强烈的阻尼掩盖着，但人耳却能够分辨出来。为了克服这 种主观效应，最好的单元（Dynaudio, Scan-Speak, Vifa）都是做成复合材料，在塑料中加入二氧化硅，云母或金属粉末，既能显著提高刚度又能保持聚丙烯柔顺的声音特性。