国外扬声器发展概况

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近几年来,欧美及日本几家主要的电声器件厂,为了改进扬声器的性能,在扬声器与扬声器系统的产品结构设计、制造工艺、磁体与振膜材料等方面,进行了大量地探索与研制,本文将从以下几方面介绍一些发展动向。

一、向超声频发展

随着立体声技术的问世,广大听众对放声系统音质的要求越来越高,因此,放声系统的频响范围也要求越来越宽。目前,各厂家在低频端的进展水平差不多,但有大幅度向超声频方向发展的趋势。

日本的SB—8000系统已把扬声器的高频端做到了125千赫;10TH1000系统做到了150千赫。据说能大大改善瞬态特性,展宽音域范围。

为了使扬声器发出超音频,对扬声器振动系统的机械结构及其材料进行了大量的改革。例如,对振膜来说,其单位体积的质量要小;材料的机械强度要高;要有足够的内部损耗。因为原来的纸质高音振膜很难在超音频下工作,因此近年来国外各厂家有逐渐用金属膜取代纸质振膜的发展动向。

经过大量地实验、选择,发现已有四种金属可作为振膜材料,它们是铍、镁、铝、钛。目前铍被认为是最理想的材料,欧、美及日本一些厂家已广泛采用铍作球顶型高音振膜。但铍有脆性大、难于加工成型、高温氧化显著等缺点,因而在推广使用上受到了一定影响;铝、镁的一些物理性能虽不及铍好,但它们有良好的可成型性,而且成本低,适于批量生产,因此在一些国家中得到优先采用。金属钛也是很有发展前途的振膜材料,尽管其密度不如前三种金属那样小,机械强度也不如铍高,但它有良好的耐热性和抗腐蚀性,也很适合于作为超声频振膜材料。最近有的厂家采用非金属硼作为振膜的附加材料,用蒸发、沉积的办法把硼沉积在薄钛膜上,来提高钛的机械性能,使钛的应用得到推广。

图1
图1 🔍原图 (538×792)

为了展宽扬声器的频带,除了在振膜材料及其成型工艺上下功夫外,目前国外厂家还在扬声器的结构上有所突破,出现了一种所谓全驱动式结构。图1是这种结构的部分示意图,它几乎完全摆脱了传统的高音扬声器的结构方式。它的特点是音圈不用骨架,直接与振膜形成一个整体,并以多音圈和多磁体均匀细密分布的方式同时驱动振膜,使振膜各部位的驱动力接近一致,从而改善了高频瞬态特性。日本FOSTEX公司用这种办法生产的FT—5RP型高音扬声器,其高端频响达到了40千赫。

在结构设计上的另一个突破是全驱动带式高音扬声器。这种扬声器用一条质量极轻的薄金属带代替音圈。图2是它的结构原理图。当有音频信号电流沿箭头方向通过铝膜振带时,便有一个磁感应力F作用到振膜上。该力的大小与音频电流的大小及铝膜振带的长度成正比。于是铝膜振带就在磁感应力F的作用下产生活塞式的振动。

图2
图2 🔍原图 (160×564)

上述振带的成型工艺很特殊,从纵、横、斜等任何方向看去都不成直线(见图3),因此振带在振动过程中本身不易弯曲变形,增强了刚性。另外振带的固定端采用波浪式形状,可使振带实现全活塞式振动,提高了灵敏度。

采用全驱动带式高音扬声器可以大幅度展宽高端频响,通常可达到100千赫以上。日本先锋公司生产的PT—R7A型带式高音扬声器,其铝膜厚度仅9微米,振带的质量仅有0.09克,由一些连续的六角形锥体组成,其频响达到了6~120千赫。由于振带实现了全活塞式振动,扬声器的结构又很坚固,因而基本消除了共振现象和机械损耗。目前这种结构的高音单元已广泛应用于扬声器系统中。

二、改善音质、降低失真度

针对引起失真的原因,国外厂家在如下几方面进行了革新:

1.减小振动系统支撑体的非线性位移。对纸盆辐射式扬声器来说,其振动系统主要是靠定心支片和轭环来支撑的。纸盆作往复振动时,轭环中心点也随着产生位移。如图4所示,设轭环静止时中心点位置为A,振动到最大振幅时轭环的中心位置为B或C,从A、B、C三点的位移轨迹可以看出,纸盆振动时,轭环的运动是非线性的,此时轭环产生的高次谐波还将直接影响扬声器的声频特性。另外,当纸盆的振幅增大时,轭环的中央部位还会产生“折痕”,使失真加剧。

图3
图3 🔍原图 (385×251)

为了减小或消除这种失真,有些厂家采用具有弹性的聚胺脂或泡沫橡胶作为轭环材料,并将轭环设计成皱纹状,实践证明对提高声顺、降低失真很有效。

2.减小磁路系统由于磁通密度分布不均匀而引起的失真。一般说来,磁隙中心段和两端之间磁通密度的分布是不均匀的,因此它们对音圈的推动力也不一致。这种现象振幅越大时越明显。

为了防止这种失真,国外有些厂家采用了长音圈和短音圈两种办法,示意图见图5。它的特点是使音圈在全振幅范围内,均保持工作在磁通密度相同的部位。

图4
图4 🔍原图 (357×413)

3.磁路中磁性材料导磁率的非线性,以及音圈在磁隙中的相对位移所导致的磁性材料平均导磁率的变化,都会影响音圈的电感量,使电流失真加大。为此,国外有些厂家除采用线性良好的磁性材料外,有的还在导磁柱顶端套上一个铜帽(如图6所示),并且在磁体内壁装上一个铝套。铜套和铝帽作为短路环,可以减小磁性材料的非线性电感量,减小失真。

图5
图5 🔍原图 (372×206)

4.为了减小纸盆由于分割振动而产生的失真,各厂家常常采用用刚性材料做成的曲线形纸盆,并尽可能扩大纸盆的活塞式振动范围以抑制分割振动。

日本日立公司生产的L205型扬声器,就是采用了全金属振膜,并将轭环做成皱纹状,不仅有足够的刚性,而且扩大了线性振动范围,使振幅扩大到15毫米,大大降低了谐波失真。日本胜利公司在纸盆上蒸发一层铍来提高刚性,使纸盆具有刚柔结合的性能。

三、提高输出功率和振动系统的耐热性能

有的厂家采用薄铝片、聚酰铵脂、玻璃纤维增强塑料等作音圈骨架,并且采用能耐150~200℃甚至高达300℃的高温连接胶,大大提高了音圈和连接点的耐热性,为提高扬声器的输出功率创造了条件。目前采用这种结构的扬声器的输出功率可达到250瓦。

图6
图6 🔍原图 (391×221)

在提高功率方面,国外最近还发展了一种新工艺——在磁隙中灌注一种含有氧化铁细粒的磁性液体(见图7示意图)。据称这种扬声器可以大幅度地提高功率,降低音圈的温度。从图8曲线可以看出,当磁隙中加入磁性流体以后,输入功率由10瓦增加到30瓦时,音圈的温度反而比不加磁性流体时的10瓦扬声器低100℃左右。另外,由于液体磁对音圈的振动具有阻尼作用,可以减少冲击激励效应,因此还可以降低失真,改善音质。

图7
图7 🔍原图 (469×401)

四、扬声器箱发展情况

从箱体结构类型来看,目前多趋于采用密闭式箱体,其中配置低音、中音和高音单元,采用两路或三路分频,最近又出现了四路、五路分频的扬声器系统。除密闭箱外,也有采用反相式音箱和负载号筒式扬声器箱的。图9a为前负载号筒式音箱,图9b为后负载式音箱,这类音箱的特点是效率较高,在日本比较流行。

图8
图8 🔍原图 (287×671)

在扬声器箱的设计上,最近又发展了一种所谓“线性相位”理论,它强调在音箱中各个扬声器单元的声中心应配置在同一个平面上(见图10示意图),据称这种扬声器系统的相位特性很平坦,可以获得很好的音质,并且具有立体感。目前欧美及日本已有线性相位扬声器系统出售。(甘大友)

图9
图9 🔍原图 (188×372)