揚(yáng)聲器專(zhuān)用磁液現(xiàn)狀?

　　【摘　要】 專(zhuān)家密切注意了揚(yáng)聲器元件，提供了一種內(nèi)行人對(duì)揚(yáng)聲器元件如何工作以及如何工作得更好的觀(guān)點(diǎn)。美國(guó)磁液公司對(duì)本文作了完善補(bǔ)充，討論了什么是磁液，為什么它們會(huì)使用在低音、中音及高音單元中；以及這項(xiàng)技術(shù)的新發(fā)展。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，讀者早已應(yīng)在揚(yáng)聲器廣告中看到過(guò)“磁液”、“液冷”或者“磁液懸浮”等術(shù)語(yǔ)，并且也從揚(yáng)聲器生產(chǎn)商著作中讀過(guò)受益于磁液的描述。但磁液在音響業(yè)中應(yīng)用了25年，在超過(guò)5億只揚(yáng)聲器中使用后，現(xiàn)在是全面綜合地看一下高保真揚(yáng)聲器中音響質(zhì)量與磁液的關(guān)系的時(shí)候了。

1　背景
　　磁液由懸浮在液載體中的四氧化三鐵的超微粒子所組成的，首先是為NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)研究而生產(chǎn)。磁液公司組建于1968年，由NASA授權(quán)研究及開(kāi)發(fā)磁液技術(shù)。磁液應(yīng)用包括軸承及密封，例如計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，光學(xué)掃描儀和循環(huán)半導(dǎo)體操作設(shè)備。高性能機(jī)器人系統(tǒng)在步幅電機(jī)中使用磁液以改善穩(wěn)定時(shí)間。最近，新一代的DVD播放器和高速CD－ROM和DVD－ROM驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用磁液以制止激光伺服激勵(lì)器的振動(dòng)�煆亩�令尋道及聚焦更穩(wěn)定，另外也能簡(jiǎn)化生產(chǎn)操作。
　　揚(yáng)聲器生產(chǎn)商采用磁液是因其具有導(dǎo)熱性。磁液能降低音圈燒毀程度，而且磁液在磁氣隙中形成的靜態(tài)磁力(一種均勻集中的輻射力)，可以抑制音圈晃動(dòng)。因磁液受磁場(chǎng)影響而被吸引至音圈氣隙磁場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)音圈移到氣隙中央時(shí)磁液像一只彈簧一樣發(fā)揮作用，好像有一股復(fù)原力在維持同心度，由此阻止音圈碰撞和蜂音，這僅是利用了靜態(tài)磁力部分的懸浮作用。
　　減低音圈摩擦揚(yáng)聲器前夾板的另一因素是較低的音圈工作溫度，這會(huì)限制音圈膨脹及影響氣隙清潔度。即使磁液很簡(jiǎn)單的潤(rùn)滑作用也可以降低音圈與前夾板碰撞而引起的摩擦。磁液也可以抑制塵�；蛭⒘＿M(jìn)入氣隙而且也能夠防止音圈和氣隙發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。所以用于救生和聲音警報(bào)的揚(yáng)聲器幾乎總是采用磁液以通過(guò)嚴(yán)格的UL認(rèn)證測(cè)試。
　　許多揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠(chǎng)家在高音和中音單元采用了磁液已經(jīng)取得了明顯的效果，但仍需要一種更適當(dāng)?shù)拇乓河糜诘鸵魡卧�——需要一種低粘度而高磁化強(qiáng)度的磁液以使磁液本身可以留在氣隙中即使是在大沖程時(shí)也不用對(duì)現(xiàn)有的低音單元設(shè)計(jì)作很大的改動(dòng)。大約七年前，低音級(jí)磁液被商業(yè)化。第一家在超低音中使用磁液的揚(yáng)聲器公司是專(zhuān)業(yè)音響生產(chǎn)商，跟著是汽車(chē)音響生產(chǎn)商。過(guò)了不久高保真揚(yáng)聲器公司首先開(kāi)始關(guān)于五年前的低音磁液?jiǎn)卧�的評(píng)價(jià)，到了今天已有許多商業(yè)用磁液產(chǎn)品可以使用。

2　低音音質(zhì)
　　磁液通常改善傳輸響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間(當(dāng)信號(hào)停止而揚(yáng)聲器隨即停止的能力)。阻尼材料由于其直接作用在磁路內(nèi)而馬上生效，而不是作用在錐盆或者支片上，就像用了“事后”的阻尼處理。如果低音單元在高端頻響有一個(gè)峰值，磁液會(huì)將這種情況控制住，而副作用比用無(wú)源分頻網(wǎng)絡(luò)解決要少。在錐盆移動(dòng)時(shí)，磁液能減少在音圈里面和周?chē)�產(chǎn)生的一定的機(jī)械噪音。
　　也許最大的差異不僅是你聽(tīng)到的，還有你聽(tīng)不到的。當(dāng)音圈熱起來(lái)時(shí)，揚(yáng)聲器音質(zhì)就會(huì)改變——通常在以現(xiàn)場(chǎng)的聲壓級(jí)(或更高聲壓級(jí))播放音樂(lè)時(shí)的一個(gè)擴(kuò)展的時(shí)間周期內(nèi)出現(xiàn)。由于磁液抑制了很多反作用導(dǎo)致的功率壓縮效應(yīng)，用了磁液的揚(yáng)聲器聲音特性整個(gè)放音時(shí)間內(nèi)變得更穩(wěn)定了。

3　溫度升高及功率壓縮
　　功放機(jī)上的散熱片是一個(gè)家喻戶(hù)曉的標(biāo)志，這是由于大多數(shù)的功放機(jī)都只可以有少于75％的效率，而大于25％的功率則浪費(fèi)在發(fā)熱上。一臺(tái)消耗功率100W的功放機(jī)會(huì)輸出大約75W的音樂(lè)功率和25W的熱量。但當(dāng)75W音樂(lè)功率信號(hào)傳送到揚(yáng)聲器上，則幾乎所有功率都成了熱量在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)消散了，僅有極少部分信號(hào)實(shí)在地轉(zhuǎn)換成音樂(lè)輸出。就算靈敏度最高的揚(yáng)聲器僅僅能達(dá)到5％的效率，用上阻尼最好的球頂高音和中密度紙質(zhì)或聚酯錐盆低音單元效率才接近了1～2％。
　　現(xiàn)在說(shuō)一下?lián)P聲器接到功放機(jī)上在1W／m級(jí)別上測(cè)試阻抗和頻響。接著開(kāi)啟功放。在CD機(jī)上播放一小時(shí)后，揚(yáng)聲器再測(cè)一次就發(fā)現(xiàn)阻抗明顯升高了。對(duì)于T／S參數(shù)，音圈溫度升高導(dǎo)致?lián)P聲器音圈的直流電阻有一個(gè)向上的偏移因此Qes值出現(xiàn)了偏移。這樣導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器低端和高端響應(yīng)均有一個(gè)損耗。分頻器網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)也因揚(yáng)聲器阻抗的偏移而明顯地偏移。
　　圖1和圖2兩組曲線(xiàn)顯示了一個(gè)4英寸中音揚(yáng)聲器在35W時(shí)工作的頻響圖。第一組的揚(yáng)聲器沒(méi)有用磁液，有一條曲線(xiàn)是立即測(cè)得的，另一條是45分鐘后測(cè)得的。整個(gè)頻響范圍都有3～8dB的損耗，在高端輸出上有一個(gè)強(qiáng)烈的損耗；第二條的4英寸揚(yáng)聲器采用磁液處理，在同一條件下測(cè)試，請(qǐng)留意其輸出僅有1～3dB差異，在高端響應(yīng)上只有輕微的偏移。磁液可以幫助保持揚(yáng)聲器線(xiàn)性響應(yīng)。消除一些通常叫做功率壓縮的不良現(xiàn)象。

圖1　沒(méi)有磁流體，35W時(shí)的功率壓縮

圖2　帶有磁流體，35W時(shí)的功率壓縮

4　頻譜污染
　　暫且不論頻率響應(yīng)及其典型應(yīng)用到判斷揚(yáng)聲器重放的基本測(cè)量方法，復(fù)雜的多音色技術(shù)也被創(chuàng)造出來(lái)。使用頻譜污染測(cè)試，揚(yáng)聲器的“自身噪音”可以被揭示出來(lái)，頻譜污染是音調(diào)互調(diào)失真的測(cè)量方法，但典型的互調(diào)失真僅有兩個(gè)測(cè)試音調(diào)組成，然而音樂(lè)則包括許多音調(diào)，所有揚(yáng)聲器都有少量(或者較多)的蜂音、嘎嘎聲、噪音調(diào)節(jié)，以及其它異常聲響。
　　頻譜污染使用各種同時(shí)產(chǎn)生的測(cè)試音調(diào)(有50種或更多)饋給揚(yáng)聲器。每一種音調(diào)大約1Hz帶寬而且有數(shù)Hz的分隔�熯@種測(cè)試信號(hào)接近音樂(lè)的復(fù)雜性。
　　Deane Jensen根據(jù)這一技術(shù)搞了一項(xiàng)多樣化設(shè)計(jì)且寫(xiě)了一篇供AES的論文(預(yù)印號(hào)2725；1988年洛杉磯第88屆會(huì)議)論述了這一細(xì)節(jié)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的SYSid聲學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng)提供了頻譜污染測(cè)試，而Audio Precision One使用了一項(xiàng)相同的步驟叫做FASTEST。有趣的是，AUDIO PRECISION認(rèn)為FASTEST是一個(gè)對(duì)離開(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)后揚(yáng)聲器的蜂音及自動(dòng)摩擦進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試而設(shè)的QC程序。如果有足夠高的動(dòng)態(tài)范圍(其實(shí)就是與SYSid使用的一種叫同步中和的技術(shù)差不多)。那么不同的恰當(dāng)?shù)夭僮鞯膿P(yáng)聲器設(shè)計(jì)可以從虛擬的共振中計(jì)算其相對(duì)應(yīng)的自由度。
　　在這項(xiàng)測(cè)試中，揚(yáng)聲器內(nèi)在的自身噪音趨向于填補(bǔ)音調(diào)之間的空間，即使音調(diào)稍微有了下降。例如一個(gè)振膜高度不夠，相對(duì)無(wú)阻尼的金屬球頂高音單元將會(huì)經(jīng)常有噪音。當(dāng)高音單元被多音調(diào)測(cè)試信號(hào)激勵(lì)時(shí)，所有共振就會(huì)被激勵(lì)且對(duì)輸出產(chǎn)生影響�？赡茉谝粋�(gè)相當(dāng)大的中等口徑的金屬球頂高音單元上“聲學(xué)塵�！睍�(huì)降低30或35dB，一個(gè)品質(zhì)十分優(yōu)良的處理過(guò)的纖維軟球頂高音單元也許會(huì)產(chǎn)生微不足道的噪音且絕大多數(shù)都正好能通過(guò)離散的測(cè)試音調(diào)，此時(shí)揚(yáng)聲器的自身噪音會(huì)降低40～50dB或更多。
　　為什么這會(huì)如此重要，而且這與磁液有什么重大關(guān)系？實(shí)際上頻譜混合剛好是表示揚(yáng)聲器質(zhì)量的最重要的唯一測(cè)試。如果一個(gè)揚(yáng)聲器的頻譜污染很低的話(huà)，那么音樂(lè)的氛圍和內(nèi)在聲音就不會(huì)被揚(yáng)聲器垃圾聲音所掩蔽。粗制濫造的揚(yáng)聲器會(huì)向音調(diào)之間塞進(jìn)廢料。(圖3、圖4就表示了是否帶有磁液時(shí)頻譜污染的情況。)

圖3　沒(méi)有磁流體時(shí)頻譜污染(1"球頂高音揚(yáng)聲器1W時(shí))

圖4　帶有磁流體時(shí)頻譜污染(1"球頂高音揚(yáng)聲器1W時(shí))

5　共振
　　磁液不能幫助制止錐形振膜直接斷裂，但當(dāng)音圈骨架扭曲時(shí)，有磁液，共振就戲劇性地降低了。事實(shí)上，最初磁液主要就是使用在軸承和計(jì)算機(jī)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的精密主軸電機(jī)上阻尼扭曲共振的。
　　骨架是幫助揚(yáng)聲器音圈線(xiàn)纏繞時(shí)成形用的，在聲音重放中這是一個(gè)要求較嚴(yán)格的元件，因?yàn)閬?lái)自音圈的振動(dòng)必須穿越骨架才達(dá)到錐盆或球頂振膜。任何包括骨架在內(nèi)的共振在到達(dá)振膜前將會(huì)污染聲質(zhì)量，因此這種不需要的能量將會(huì)輻射到房間中去。在氣隙中有了磁液，骨架被阻尼，所以其“噪音”也被減弱了。
　 一個(gè)評(píng)估磁液的方法就是造一只無(wú)錐盆的單元，僅帶有音圈、支片和防塵帽，骨架的噪音在沒(méi)有磁液時(shí)是明顯聽(tīng)得見(jiàn)的，然而有磁液的那一只單元就顯著地靜得多了。在大約20年前當(dāng)先鋒公司首次在球頂高音中使用磁液時(shí)，他們?cè)鴮?duì)同樣現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)測(cè)試。
　　在球頂高音單元里振膜與骨架非常緊密地連接著，骨架的失真(且失真將由于磁液作用而降低)是最戲劇性的。但在單元有較大的錐盆面積時(shí)，發(fā)生在骨架的振動(dòng)作用比錐盆的直接拍動(dòng)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小得多，所以單元的表現(xiàn)取決于工程師選擇一個(gè)優(yōu)質(zhì)的錐盆更甚于選擇磁液阻尼。

6　開(kāi)孔技術(shù)
　　磁液應(yīng)用在低音單元中還有另外一個(gè)方面，就是恰當(dāng)?shù)那皇议_(kāi)孔，使用開(kāi)孔以防止磁液濺射的技術(shù)，因?yàn)楫a(chǎn)生在音圈后面的壓力(來(lái)自磁路結(jié)構(gòu)所包圍的空氣)有了開(kāi)路，也會(huì)戲劇性的衰減單元的調(diào)制噪音。衰減單元的調(diào)制噪音對(duì)保持清晰度和保真度是十分重要的(圖5畫(huà)出了各種低音單元開(kāi)孔的草圖)。

圖5　低音揚(yáng)聲器的開(kāi)孔方案示意圖

　　在單元防塵帽之后的磁芯。在向后沖擊期間，匯集在防塵帽后的空氣將會(huì)向外吹，而且在向前的沖擊上，防塵帽將會(huì)向內(nèi)彎折，兩種情況都會(huì)產(chǎn)生不愉快的噪音。防塵帽最后甚至?xí)�被吹�?演奏“1812序曲”時(shí)給人留下很深的印象)！
　　在許多低音單元中磁芯開(kāi)孔既為了減弱防塵帽下面腔室的壓力又為了幫助冷卻音圈。給磁芯開(kāi)孔不是沒(méi)有問(wèn)題的，既有費(fèi)用也會(huì)減低磁感應(yīng)強(qiáng)度(例如小直徑磁芯)。這種情況下防止壓力產(chǎn)生可以由透氣防塵帽或者開(kāi)孔的音圈骨架還有在防塵帽下面的錐盆上開(kāi)孔來(lái)完成。
　　由磁鐵的內(nèi)部范圍、磁芯的外圍，以及上下夾板之間空間會(huì)組成的一個(gè)腔室。在向下沖擊時(shí)音圈進(jìn)入這個(gè)容積，腔室內(nèi)的壓力增加。如果沒(méi)有開(kāi)孔，包圍的空氣被迫以高速?gòu)囊羧�氣隙中通過(guò)，如果音圈的行程大的話(huà)磁液就會(huì)濺射。這時(shí)可以將下夾板開(kāi)孔�；蛘撸�如果磁芯已經(jīng)開(kāi)孔，交叉開(kāi)孔可以讓下夾板腔室與開(kāi)孔磁芯相連。上夾板開(kāi)孔也可成功被應(yīng)用來(lái)減輕這股壓力。支片和盆架之間的腔室也應(yīng)開(kāi)孔以減輕其中的壓力。支片就是可以從低音單元盆架開(kāi)口處看到的那塊黃褐色編織纖維。盡管支片看上去是一種透氣纖維，但處理過(guò)的纖維的空氣阻力還是很大的。
　　有了恰當(dāng)?shù)那皇议_(kāi)孔技術(shù)，在音圈氣隙中的空氣速率和渦流噪音能大大降低，但是，沒(méi)有應(yīng)用磁液將會(huì)令揚(yáng)聲器單元音圈產(chǎn)生摩擦聲和蜂音的機(jī)會(huì)增加。沒(méi)有開(kāi)孔技術(shù)，通過(guò)氣隙(來(lái)自無(wú)開(kāi)孔的空氣腔室)的高速空氣流產(chǎn)生氣隙中的空氣軸承效應(yīng)，并伴隨有太多的尖哨噪音。但當(dāng)腔室恰當(dāng)開(kāi)孔及應(yīng)用磁液后，氣隙調(diào)制噪音可完全消除，這是因?yàn)闅庀侗幻芊庖惨驗(yàn)榇乓鹤柚沽斯羌艿呐で�振�?dòng)。

7　空氣調(diào)制噪音
　　錐盆揚(yáng)聲器有許多內(nèi)部腔室：支片后面，及音圈后面(由磁鐵內(nèi)部和下夾板組成的空間)。由于驅(qū)動(dòng)單元(音圈)前后移動(dòng)，錐盆／支片／防塵帽一起壓縮又一起在這些腔室內(nèi)產(chǎn)生真空。這樣可以導(dǎo)致產(chǎn)生空氣抽吸噪音(空氣調(diào)制噪音)，或更有甚者，使驅(qū)動(dòng)單元振膜部件彎曲或產(chǎn)生寄生音。留心粘度對(duì)溫度變化曲線(xiàn)和驅(qū)動(dòng)器效率及工作帶寬的作用來(lái)選擇磁液的優(yōu)化粘度是重要的。
　　當(dāng)?shù)湫偷恼�常工作溫度時(shí)，那么高粘度磁液的阻尼效應(yīng)可以作為一個(gè)完整的設(shè)計(jì)因素來(lái)應(yīng)用。當(dāng)音圈通常在高溫工作時(shí)，你所選擇磁液的粘度要令驅(qū)動(dòng)單元的通帶響應(yīng)不會(huì)被處于正常工作溫度的磁液影響。磁液粘度的減少會(huì)抵消高溫工作期間的功率壓縮效應(yīng)以及頻率響應(yīng)不會(huì)有明顯的改變。
　　早期設(shè)計(jì)偶然應(yīng)用磁液的作用只是較多地利用了磁液非常高的阻尼特性。磁液不但要應(yīng)用于控制高端共振問(wèn)題，而且也應(yīng)用于限制高音單元的低頻位移。在七十年代，一種日本的演播室用監(jiān)聽(tīng)揚(yáng)聲器完全地消除了分頻器網(wǎng)絡(luò)(從而令其產(chǎn)品進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)并在音響愛(ài)好者市場(chǎng)上出售)其中就應(yīng)用一種有數(shù)千厘泊的高粘度磁液。如今，大多數(shù)APG(音響產(chǎn)品級(jí)別)的磁液的粘度已是僅有幾百厘泊，或者更少了。
　　國(guó)產(chǎn)Hi－Fi揚(yáng)聲器專(zhuān)用磁液性能已達(dá)美國(guó)APG的同類(lèi)產(chǎn)品水平，且性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)是很有吸引力的，并且有能提供使用指導(dǎo)，實(shí)在是中國(guó)揚(yáng)聲器行業(yè)的一大福音.

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