扬声器-音圈&振膜
膜片的结构
中心球顶(Dome),音圈位(Voice Coil),花纹(Corrugation),定位环(Ring)
动圈膜片的参数要点
厚度:
根据常见的工程实践和材料特性,PET薄膜的厚度通常在几微米到几十微米之间。在动圈麦克风的应用中,PET薄膜的厚度一般在12-25微米左右,例如常见的12微米、17微米和25微米等厚度。这是因为较薄的PET薄膜可以提供更好的高频响应,而较厚的PET薄膜则具有更好的刚性和强度,有助于提高低频表现。
刚性:
刚性决定了膜片在振动时的形变程度。刚性不足的膜片在高频振动时容易产生分割振动,导致高频失真和衰减;音膜的刚性越强,其振动产生的径向分割运动就会越少,失真也就会越小,从而使得喇叭的发声品质越高。而刚性过强的膜片可能会使中低频灵敏度下降。因此,膜片需要在刚性和柔性之间取得平衡,以满足不同频率下的振动需求。表面花纹种很多,有圆形纹,太阳纹、水波纹等。各种花纹主要增加作用起加强筋的作用,增加振膜的振动中的刚性及增加振膜的有效辐射面积,也有一定改善阻尼的作用。纹路越深,中频密度越大,中频越清晰。(待考证
阻尼:
阻尼是一种物理现象,指的是物体在运动过程中受到的阻力,这种阻力会逐渐消耗物体的运动能量,使物体的振动或运动逐渐减弱,最终停止。在声学和机械系统中,阻尼对于控制振动、减少噪声和提高系统稳定性等方面具有重要作用。阻尼能够吸收膜片振动的能量,减少振动过冲和振铃,使膜片在振动后能够迅速稳定下来。合适的阻尼特性有助于降低声音的失真,提高声音的纯净度。
尺寸和形状:
膜片的尺寸和形状会影响其振动模式和频率响应。较大的膜片可以提供更好的低频响应,但可能会增加质量;而较小的膜片则更适合高频表现。此外,膜片的形状(如锥形、平板形等)也会对其振动特性和声音辐射特性产生影响。
材质:
不同的材质具有不同的物理特性,如密度、弹性模量、内阻等,这些都会影响膜片的振动性能。常见的动圈膜片材质包括塑料(如PET、PEEK等)、金属(如铝、铍等)以及复合材料等。塑料膜片成本较低、加工容易,但刚性相对较低;金属膜片刚性高,但质量较重;复合材料则试图在质量和刚性之间取得平衡。
材料类别 | 常见材料 | 刚性 | 密度 | 阻尼特性 | 频率响应 | 成本 | 应用实例 | 测试方法 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
塑料类 | PET(聚对苯二甲酸乙二酯) | 中等 | 较低 | 中等 | 频率响应较宽,但高频细节一般 | 较低 | 常用于中低端耳机和扬声器 | 扫描电子显微镜(SEM)、拉伸试验、阻抗分析仪测试 |
PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯) | 高 | 低 | 中等 | 高频表现较好,但刚性不足 | 中等 | 常用于中高端耳机 | 透射电子显微镜(TEM)、硬度测试、激光多普勒振动仪测试 | |
PEEK(聚醚醚酮) | 高 | 低 | 中等 | 高频表现较好,但刚性不足 | 中等 | 常用于专业音频设备 | 光谱分析、动态机械分析(DMA) | |
LCP(液晶聚合物) | 高 | 低 | 高 | 高频表现较好,低频质感优秀 | 中等 | 被Sony和苹果等高端耳机市场广泛采用 | 色谱分析、声学相机测试 | |
金属类 | 铝合金 | 高 | 低 | 低 | 高频亮丽,但刚性不足 | 中等 | 常用于中高端耳机和扬声器 | 扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、模态分析 |
钛合金 | 高 | 中等 | 低 | 高频细节好,但刚性不足 | 较高 | 常用于高端耳机和专业音响设备 | X射线衍射(XRD)、超声波检测 | |
铍合金 | 高 | 低 | 低 | 高频表现优异,但刚性不足 | 高 | 常用于高端耳机和专业音响设备 | 电子背散射衍射(EBSD)、疲劳寿命试验 | |
复合类 | 生物复合振膜 | 中等 | 中等 | 高 | 频率响应均衡,但高频细节一般 | 中等 | 常用于中高端耳机和扬声器 | 热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC) |
特殊材料类 | 碳纳米管振膜 | 高 | 低 | 中等 | 高频表现较好,但刚性不足 | 中等 | 常用于高端耳机和专业音响设备 | 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM) |
DLC(类金刚石碳)振膜 | 高 | 低 | 中等 | 高频表现较好,低频质感优秀 | 中等 | 常用于高端耳机和专业音响设备 | 纳米压痕测试、X射线光电子能谱(XPS) |
音圈选择的重要性
- 不同音圈材质的效果:铜包铝音圈线可提升高频效果,铜音圈线有助于低频表现,若想兼顾低频和中高频,可使用铜包铝材质音圈线并增加音圈线层数。
- 音圈直径与共振腔的调整:缩小音圈直径可进一步减轻音圈重量,缩小喇叭共振腔的容积量,从而轻松实现不同位置的共振峰。
磁路系统与磁间隙
- 磁路系统优化的价值:相比升级膜片,优化磁路系统对提升动圈单元性能更有价值。内磁式动圈因设计初衷是降低成本,即便使用高性能磁铁,整体性能也难以提升。
- 降低磁间隙的优势与挑战:降低磁间隙可最大化效能转化,提升高频、超高频段表现,但对研发水平和生产工艺要求高,且部分网红膜片难以应用到低磁间隙的动圈中量产。
动圈膜片的作用
- 声音转换:动圈膜片在动圈喇叭中起到将声音信号转换为电信号(如在动圈麦克风中),或者将电信号转换为声音信号(如在动圈耳机或扬声器中)的作用。当声波作用到膜片上时,会引起膜片振动,连接在膜片上的音圈也随之振动,切割磁场产生感应电流,从而将声音信号转换为电信号;反之,当电信号通过音圈时,音圈在磁场中受力振动,带动膜片振动产生声音。
- 振动控制:膜片的振动特性直接影响声音的质量,包括频率响应、失真度等。膜片需要具备良好的弹性和惯性,以实现准确的声音还原。在振动过程中,膜片的刚性、质量和阻尼等参数共同决定了其振动的稳定性和响应速度。