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【摘 要】 專家密切注意了揚聲器元件，提供了一種內(nèi)行人對揚聲器元件如何工作以及如何工作得更好的觀點。美國磁液公司對本文作了完善補充，討論了什么是磁液，為什么它們會使用在低音、中音及高音單元中；以及這項技術(shù)的新發(fā)展。
毫無疑問，讀者早已應在揚聲器廣告中看到過“磁液”、“液冷”或者“磁液懸浮”等術(shù)語，并且也從揚聲器生產(chǎn)商著作中讀過受益于磁液的描述。但磁液在音響業(yè)中應用了25年，在超過5億只揚聲器中使用后，現(xiàn)在是全面綜合地看一下高保真揚聲器中音響質(zhì)量與磁液的關(guān)系的時候了。
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(美國國家航空航天局)研究而生產(chǎn)。磁液公司組建于1968年，由NASA授權(quán)研究及開發(fā)磁液技術(shù)。磁液應用包括軸承及密封，例如計算機硬盤驅(qū)動器中，光學掃描儀和循環(huán)半導體操作設備。高性能機器人系統(tǒng)在步幅電機中使用磁液以改善穩(wěn)定時間。最近，新一代的DVD播放器和高速CD－ROM和DVD－ROM驅(qū)動器應用磁液以制止激光伺服激勵器的振動從而令尋道及聚焦更穩(wěn)定，另外也能簡化生產(chǎn)操作。
揚聲器生產(chǎn)商采用磁液是因其具有導熱性。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。因磁液受磁場影響而被吸引至音圈氣隙磁場內(nèi)，當音圈移到氣隙中央時磁液像一只彈簧一樣發(fā)揮作用，好像有一股復原力在維持同心度，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。
減低音圈摩擦揚聲器前夾板的另一因素是較低的音圈工作溫度，這會限制音圈膨脹及影響氣隙清潔度。即使磁液很簡單的潤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的揚聲器幾乎總是采用磁液以通過嚴格的UL認證測試。
許多揚聲器生產(chǎn)廠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?shù)拇乓河糜诘鸵魡卧枰环N低粘度而高磁化強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也不用對現(xiàn)有的低音單元設計作很大的改動。大約七年前，低音級磁液被商業(yè)化。第一家在超低音中使用磁液的揚聲器公司是專業(yè)音響生產(chǎn)商，跟著是汽車音響生產(chǎn)商。過了不久高保真揚聲器公司首先開始關(guān)于五年前的低音磁液單元的評價，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穩(wěn)定時間(當信號停止而揚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峰值，磁液會將這種情況控制住，而副作用比用無源分頻網(wǎng)絡解決要少。在錐盆移動時，磁液能減少在音圈里面和周圍產(chǎn)生的一定的機械噪音。
也許最大的差異不僅是你聽到的，還有你聽不到的。當音圈熱起來時，揚聲器音質(zhì)就會改變——通常在以現(xiàn)場的聲壓級(或更高聲壓級)播放音樂時的一個擴展的時間周期內(nèi)出現(xiàn)。由于磁液抑制了很多反作用導致的功率壓縮效應，用了磁液的揚聲器聲音特性整個放音時間內(nèi)變得更穩(wěn)定了。
3 溫度升高及功率壓縮
功放機上的散熱片是一個家喻戶曉的標志，這是由于大多數(shù)的功放機都只可以有少于75％的效率，而大于25％的功率則浪費在發(fā)熱上。一臺消耗功率100W的功放機會輸出大約75W的音樂功率和25W的熱量。但當75W音樂功率信號傳送到揚聲器上，則幾乎所有功率都成了熱量在驅(qū)動器內(nèi)消散了，僅有極少部分信號實在地轉(zhuǎn)換成音樂輸出。就算靈敏度最高的揚聲器僅僅能達到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)在說一下?lián)P聲器接到功放機上在1W／m級別上測試阻抗和頻響。接著開啟功放。在CD機上播放一小時后，揚聲器再測一次就發(fā)現(xiàn)阻抗明顯升高了。對于T／S參數(shù)，音圈溫度升高導致?lián)P聲器音圈的直流電阻有一個向上的偏移因此Qes值出現(xiàn)了偏移。這樣導致驅(qū)動器低端和高端響應均有一個損耗。分頻器網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)折點也因揚聲器阻抗的偏移而明顯地偏移。
圖1和圖2兩組曲線顯示了一個4英寸中音揚聲器在35W時工作的頻響圖。第一組的揚聲器沒有用磁液，有一條曲線是立即測得的，另一條是45分鐘后測得的。整個頻響范圍都有3～8dB的損耗，在高端輸出上有一個強烈的損耗；第二條的4英寸揚聲器采用磁液處理，在同一條件下測試，請留意其輸出僅有1～3dB差異，在高端響應上只有輕微的偏移。磁液可以幫助保持揚聲器線性響應。消除一些通常叫做功率壓縮的不良現(xiàn)象。
圖1 沒有磁流體，35W時的功率壓縮
圖2 帶有磁流體，35W時的功率壓縮
4 頻譜污染
暫且不論頻率響應及其典型應用到判斷揚聲器重放的基本測量方法，復雜的多音色技術(shù)也被創(chuàng)造出來。使用頻譜污染測試，揚聲器的“自身噪音”可以被揭示出來，頻譜污染是音調(diào)互調(diào)失真的測量方法，但典型的互調(diào)失真僅有兩個測試音調(diào)組成，然而音樂則包括許多音調(diào)，所有揚聲器都有少量(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產(chǎn)生的測試音調(diào)(有50種或更多)饋給揚聲器。每一種音調(diào)大約1Hz帶寬而且有數(shù)Hz的分隔這種測試信號接近音樂的復雜性。
Deane Jensen根據(jù)這一技術(shù)搞了一項多樣化設計且寫了一篇供AES的論文(預印號2725；1988年洛杉磯第88屆會議)論述了這一細節(jié)。貝爾實驗室的SYSid聲學分析測試系統(tǒng)提供了頻譜污染測試，而Audio Precision One使用了一項相同的步驟叫做FASTEST。有趣的是，AUDIO PRECISION認為FASTEST是一個對離開生產(chǎn)線后揚聲器的蜂音及自動摩擦進行自動測試而設的QC程序。如果有足夠高的動態(tài)范圍(其實就是與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?shù)夭僮鞯膿P聲器設計可以從虛擬的共振中計算其相對應的自由度。
在這項測試中，揚聲器內(nèi)在的自身噪音趨向于填補音調(diào)之間的空間，即使音調(diào)稍微有了下降。例如一個振膜高度不夠，相對無阻尼的金屬球頂高音單元將會經(jīng)常有噪音。當高音單元被多音調(diào)測試信號激勵時，所有共振就會被激勵且對輸出產(chǎn)生影響�？赡茉谝粋�相當大的中等口徑的金屬球頂高音單元上“聲學塵埃”會降低30或35dB，一個品質(zhì)十分優(yōu)良的處理過的纖維軟球頂高音單元也許會產(chǎn)生微不足道的噪音且絕大多數(shù)都正好能通過離散的測試音調(diào)，此時揚聲器的自身噪音會降低40～50dB或更多。
為什么這會如此重要，而且這與磁液有什么重大關(guān)系？實際上頻譜混合剛好是表示揚聲器質(zhì)量的最重要的唯一測試。如果一個揚聲器的頻譜污染很低的話，那么音樂的氛圍和內(nèi)在聲音就不會被揚聲器垃圾聲音所掩蔽。粗制濫造的揚聲器會向音調(diào)之間塞進廢料。(圖3、圖4就表示了是否帶有磁液時頻譜污染的情況。)
圖3 沒有磁流體時頻譜污染(1"球頂高音揚聲器1W時)
圖4 帶有磁流體時頻譜污染(1"球頂高音揚聲器1W時)
5 共振
磁液不能幫助制止錐形振膜直接斷裂，但當音圈骨架扭曲時，有磁液，共振就戲劇性地降低了。事實上，最初磁液主要就是使用在軸承和計算機磁盤驅(qū)動器的精密主軸電機上阻尼扭曲共振的。
骨架是幫助揚聲器音圈線纏繞時成形用的，在聲音重放中這是一個要求較嚴格的元件，因為來自音圈的振動必須穿越骨架才達到錐盆或球頂振膜。任何包括骨架在內(nèi)的共振在到達振膜前將會污染聲質(zhì)量，因此這種不需要的能量將會輻射到房間中去。在氣隙中有了磁液，骨架被阻尼，所以其“噪音”也被減弱了。
一個評估磁液的方法就是造一只無錐盆的單元，僅帶有音圈、支片和防塵帽，骨架的噪音在沒有磁液時是明顯聽得見的，然而有磁液的那一只單元就顯著地靜得多了。在大約20年前當先鋒公司首次在球頂高音中使用磁液時，他們曾對同樣現(xiàn)象進行過測試。
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，發(fā)生在骨架的振動作用比錐盆的直接拍動作用遠遠小得多，所以單元的表現(xiàn)取決于工程師選擇一個優(yōu)質(zhì)的錐盆更甚于選擇磁液阻尼。
6 開孔技術(shù)
磁液應用在低音單元中還有另外一個方面，就是恰當?shù)那皇议_孔，使用開孔以防止磁液濺射的技術(shù)，因為產(chǎn)生在音圈后面的壓力(來自磁路結(jié)構(gòu)所包圍的空氣)有了開路，也會戲劇性的衰減單元的調(diào)制噪音。衰減單元的調(diào)制噪音對保持清晰度和保真度是十分重要的(圖5畫出了各種低音單元開孔的草圖)。
圖5 低音揚聲器的開孔方案示意圖
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向外吹，而且在向前的沖擊上，防塵帽將會向內(nèi)彎折，兩種情況都會產(chǎn)生不愉快的噪音。防塵帽最后甚至會被吹掉(演奏“1812序曲”時給人留下很深的印象)！
在許多低音單元中磁芯開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。給磁芯開孔不是沒有問題的，既有費用也會減低磁感應強度(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孔的音圈骨架還有在防塵帽下面的錐盆上開孔來完成。
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組成的一個腔室。在向下沖擊時音圈進入這個容積，腔室內(nèi)的壓力增加。如果沒有開孔，包圍的空氣被迫以高速從音圈氣隙中通過，如果音圈的行程大的話磁液就會濺射。這時可以將下夾板開孔�；蛘�，如果磁芯已經(jīng)開孔，交叉開孔可以讓下夾板腔室與開孔磁芯相連。上夾板開孔也可成功被應用來減輕這股壓力。支片和盆架之間的腔室也應開孔以減輕其中的壓力。支片就是可以從低音單元盆架開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，但處理過的纖維的空氣阻力還是很大的。
有了恰當?shù)那皇议_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，沒有應用磁液將會令揚聲器單元音圈產(chǎn)生摩擦聲和蜂音的機會增加。沒有開孔技術(shù)，通過氣隙(來自無開孔的空氣腔室)的高速空氣流產(chǎn)生氣隙中的空氣軸承效應，并伴隨有太多的尖哨噪音。但當腔室恰當開孔及應用磁液后，氣隙調(diào)制噪音可完全消除，這是因為氣隙被密封也因為磁液阻止了骨架的扭曲振動。
7 空氣調(diào)制噪音
錐盆揚聲器有許多內(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)動單元(音圈)前后移動，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)動單元振膜部件彎曲或產(chǎn)生寄生音。留心粘度對溫度變化曲線和驅(qū)動器效率及工作帶寬的作用來選擇磁液的優(yōu)化粘度是重要的。
當?shù)湫偷恼９ぷ鳒囟葧r，那么高粘度磁液的阻尼效應可以作為一個完整的設計因素來應用。當音圈通常在高溫工作時，你所選擇磁液的粘度要令驅(qū)動單元的通帶響應不會被處于正常工作溫度的磁液影響。磁液粘度的減少會抵消高溫工作期間的功率壓縮效應以及頻率響應不會有明顯的改變。
早期設計偶然應用磁液的作用只是較多地利用了磁液非常高的阻尼特性。磁液不但要應用于控制高端共振問題，而且也應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)聽揚聲器完全地消除了分頻器網(wǎng)絡(從而令其產(chǎn)品進入美國市場并在音響愛好者市場上出售)其中就應用一種有數(shù)千厘泊的高粘度磁液。如今，大多數(shù)APG(音響產(chǎn)品級別)的磁液的粘度已是僅有幾百厘泊，或者更少了。
國產(chǎn)Hi－Fi揚聲器專用磁液性能已達美國APG的同類產(chǎn)品水平，且性價比優(yōu)勢是很有吸引力的，并且有能提供使用指導，實在是中國揚聲器行業(yè)的一大福音.
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文章來源：Speaker Builder
