音色與音質的基礎 - 振膜
 
上期曾談過,如果用汽車零件來比喻,磁鐵是引擎,音圈相當於傳動軸,那麼振膜就是帶動汽車前行的輪胎了。
喇叭之所以會發聲,是擴大機輸出的電流訊號與磁鐵產生交互作用,進而帶動磁場中的音圈做活塞式的往覆運動,由於振膜與音圈是黏在一起的,振膜便跟著前後震動而壓縮空氣產生聲波。由此可知,我們所聽到聲音完全得自於振膜的運動模式,並決定了音色與音質會是個什麼模樣,就是所謂的聲底,好比你細胞裡的基因,會影響你的高矮胖瘦與美醜。

高硬度 VS. 低密度
我們可以從幾個簡單的指標來檢視,什麼樣的振膜符合好聲的標準?一項是硬度,我們希望振膜夠堅硬,還要有點兒韌性,能承受劇烈的往覆運動,且不會變形甚至破裂,通常以材質的楊氏係數做為指標。在體積相同的條件下,係數越高表示硬度越高,傳遞聲音的速度也越快,無怪乎前陣子某家大廠推出鑽石高音,其宣傳訴求中便一再強調鑽石的楊氏係數極高。但光有硬度還不夠,我們還希望它的密度極低,就是要夠輕,不然就不能輕快地運動啦!高硬度且低密度的振膜材質有助於能量發散,使音染降至最低,但高硬度與低密度根本是兩相矛盾的東西,因此,振膜設計最大的的困難度就是要找尋適合的材質,並且在這天平的兩端取得最佳的平衡點。除此之外,振膜尺寸、形狀、塗料、相位錐與防塵罩,對於聲音也都有影響。
 
振膜的材質
振膜材質的種類何其多,尤其是近來材料科學進步,有愈來愈多的材料拿來振膜,但我們可以將其大致分為人造材質、天然材質,以及複和式材質三大類。

人造材質
如PP、功夫龍(KEVLAR)、碳纖維、玻璃纖維等化學纖維,以及各類金屬如鋁、鈹、鈦等,或是陶瓷、鑽石等等。雖然種類非常多,其特性與優點就是材質專一,結構固定,音色單純且容易凸顯,製程與品質穩定、容易控制,例如功夫龍的中頻特性佳,鋁振膜則極堅韌且動態優秀。不過,優點有時也成了缺點,因為音色太專一會變得沒變化。

天然材質
就是所謂的紙盆或布盆。不過紙盆並不是由單一種材質製成,而是使用了多種經不同處理過程的木質纖維,加上棉、羊毛等,再經漿製的過程而完成。多種纖維組成後,其結構會像鳥巢,彼此交錯排列出不規則的空隙,雖然看似鬆散,但剛性足、韌性強,質量又輕。其中的木質纖維以寒帶地區的木頭為佳,不僅纖維含量高,且長度較長,製作出的振膜強度更佳。
紙振膜所用各種纖維的比例並無固定,可依照所需的功能,或想要的聲音做調整。由於紙盆是採用多種材料相混,可以凸顯出各種材質的優點,彼此間的缺陷也容易隱藏,加上聲音的變化較為多樣,聽感上也較為豐富。缺點就是製作過程繁複且成本較高,品質也較不易控制。
 
複合式材質
複合式就是融合二種以上的素材製作振膜,可能是混紡,例如功夫龍混編碳纖維、人造纖維混紡天然纖維,也可能直接做成三明治式單體,例如鋁振膜黏合紙盆,其目的也是想要兼容多種材質的優點,讓聲音更為多樣。
 
其他影響振膜聲音的變數
尺寸:振膜的尺寸會影響單體的指向性,一般來說,在相同條件下,尺寸愈大的振膜,開始會有指向性的頻率也愈低,因此,較大的單體分頻點也要設得較低,如此越離軸時,指向性不會衰減太快。
形狀:基本上,在其他條件相同之下,越往內凸的振膜頻寬較大,而且向高低兩端衰減的斜率也較緩。如果振膜形狀越往外凹,則頻寬較低,衰減斜率較陡。至於這二者熟優熟劣?並無一定,完全視單體設計者的需求而定。
相位錐、防塵罩:相位錐可以使高頻的相位與低頻部分一致,使頻率響應更為頻坦,甚至適度增加高頻量感。防塵罩反而可以濾掉高頻,可變化其材質藉以調整高頻量感。
塗料:有阻尼效果,其作用也是要幫助能量發散,因此,好的塗料應該是不會乾涸,否則便失去阻尼的效用。

 

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