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论喇叭的驱动原理(中)

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发表于 2016-9-16 01:19:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
    延续笔者上期所述,本期我们将继续探讨喇叭与功放之间驱动的关系,当已经能了解喇叭动态范围之后,单体音圈设计与功放之间的关系,让读者在选购时不会进入误区!!

  许多读者都常常会看到喇叭标榜大音圈设计,但其中到底是啥意思呢??首先要了解这种设计的话必须先了解何谓音圈,一个传统的动圈式喇叭的寿命首先决定于音圈的质量,音圈可说是扬声器的心脏,其位于磁路内部连接鼓纸震膜,动圈式喇叭是利用固定磁场的反作用力使另一个磁场反方向动作(异极性相吸、同极性相斥),而音圈,就是单独的一段金属线缠绕在一个称为轴承的圆柱体,而当主机或功放发出的功率交流电经过这段金属线时,会产生改变的磁场极性,唱片所发出的声音,透过电子器材转换成电流,这个电流使音圈相对于喇叭磁铁所产生的固定磁区产生反作用力,一个正向脉冲使圆锥纸盆相对于磁铁产生往外的运动、而负向脉冲使纸盆向内运动。当音圈推动纸盆产生来回运动时,就会使至震膜推动空气,使空气压力产生改变,聆听者所接收到这些改变的讯息,就是称为声音。

  而音圈一般为圆形的自粘铜漆包线绕制,不过这个零件据说是喇叭中最矛盾的部位,为了增大程受电流与功率,线径就要增大,线径大了,要求磁隙就大了,磁隙大了,功率效率反而下降,所以只能在矛盾中取中间值。音圈一般为两层绕制,单层绕制无法引出线。音圈是绕制在一个强硬材质的骨架上,大功率的扬声器骨架有铝或功夫龙(Kevlar)製成,不过音圈还是铜线的。
  

  那我们了解音圈之后许多读者会想这跟动态范围有啥关系?上期笔者有提过喇叭的承受功率越高,理论上来说动态范围会越大,而大音圈的设计可在相同推力情况下,音圈直径加大了,线圈匝数可以减少;匝数减少了,线径可以加粗。粗线可以承受更大电流,机械强度也较大,且与振膜接触面积也大,粘合后强度高,不易开裂,因此承受功率也比较高,自然比起小音圈喇叭动态范围上升不少。此因为喇叭在工作的同时会产生大量的热能,如果这些热能不能良好的散失的话,将会使得喇叭寿命减短的,而解决此问题最好的途径就是加大音圈口径,利用增大面积,为热量散失提供一个良好的通道,有利于散热,不致于聚积大量的热能而烧毁音圈。且大音圈喇叭在声音的表现上整个低频的扎实度以及精準度也会优异许多。

  此外常听见有人提到大音圈就长行程的说法其实是错误的。所谓大音圈,是指音圈的直径比较大,这很好理解。但长行程,就另当别论了。因为长行程只是一个相对的概念,在欧姆数以及线径都固定的情况下,音圈越大,行程只能相对越短而丝毫不可能加长。所以大音圈是否为长行程还必须看其他的配套措施是否良好。

  不过说了这们多大音圈设计的好处之后难道没有缺点吗?答案是肯定的!由于大音圈的设计所以它音圈和震膜的速度基本保持一致,速率与速度都快,但是也对功放的输出电流和功率与阻尼係数(DF)的要求更高,要足够才能发挥它潜力。此外音圈口径加大会造成振动系统附加质量增大,且反电动势(下期将会做解说)等问题进而影响喇叭的效率,使得变成所谓俗称的「重推」!需要在设计结构与材料的部份再做强化,因此价钱也会随之水涨船高!

  因此由上述问题,在汽车音响目前只有Dynaudio、Morel、DLS这些品牌有在销售大音圈的喇叭单体,而这几年随著材质的进步,大音圈的问题已经开始获得改善,以笔者本次帮国外设计的65mm大音圈陶瓷披覆六吋半单体为例,首先重推的问题在音圈部份可以选用较轻的铝线来绕製音圈,而音圈筒也用铝或更轻的材质。音圈线材的採用也改为扁线设计让密度更高,此外要求厂商在製作音圈时不使用快速绕线机来绕製音圈,因为快速所製作出的音圈会不够扎实,反到使用慢速机台让音圈缠绕很慢很紧密而结实,在使用特殊的机台,将音圈套起来从音圈筒内部加热,使二者都能同时受热,膨胀大小相同,在从外部降温,让音圈能更紧密的黏附在筒上,即使用力拉扯也很难使其分离,在如此设计之后,不只质量比起一般的音圈还要轻且笔者实测起来利用率比Dynaudio六角形截面导线的93%还要高出2%来到了95%,且承受功率也向上提升至500W RMS。

  此外重要的磁路设计,很多人都以为为汽车会使用内磁式设计是因为不像家用大音圈单体没有空间问题因此使用外磁设计再搭配巨型传统磁铁,其实这个问题这样说不完全对。因为低音单元的空气学特性,当振膜背面的声波如果不能顺畅运动,被巨大的磁钢反阻碍、反射,那就会对振膜本身产生回力,也带来不良影响,而污染音质。

  而内磁式的原理只要有读过物理的读者都知道磁铁的磁力线是从中央往外流,磁铁外圈的磁力远高于内圈,所以把音圈至于磁铁外面可以得到更大的动力且可以实现完美的对称或磁场设计。内磁式单体如果以剖面图来看的话导磁板夹在上下两块磁铁中,音圈在整个运动中都处于均匀磁场之内。笔者还设计特殊形状的磁极让磁铁包含在音圈筒裡面,搭配专用极片这样可以获得最大的磁力,一般外磁单体大约只能使用到磁铁磁力的40%左右,而笔者设计的单体却可以有90%以上的磁力使用率。此外磁铁选用价格昂贵的釹铁磁体(Neodymium Magnet),这种磁铁的磁力为传统铁氧磁铁的1.7-3倍,拥有磁束密度高与优异Q值特性等诸多良好因素,使得这颗65mm音圈的低音单体有89dB的高效能,不需要太大的功率即可驱动,摆脱重推的阴影!

进入讨论:[NextPage]

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A1: 设计者必须让音圈能更紧密的黏附在筒上,即使用力拉扯也很难使其分离,这样承受功率也能向上提升。



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A2:我们常说几芯的喇叭其实指的就是指喇叭的音圈有多大,图中準备插相位椎的地方就是音圈。


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A3:价格昂贵的釹铁磁体(Neodymium Magnet),这种磁铁的磁力为传统铁氧磁铁的1.7-3倍。


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A4:大音圈跟长冲程是两回事,决定冲程的问题与弹波、悬边与T铁华斯的设定更有关联。


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A5:dynaudio专利的上下双磁路设计,可使整个磁力线更为均匀。


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A6:从这张图就可以很明显的看出位于b位置的音圈作动方式。


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A7:好的音圈从选用铜料开始到缠绕方式以至最后固定做的选择都是一门学问。


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A8:主机或功放发出的功率交流电经过音圈这段金属线时,会产生改变的磁场极性。进入讨论:


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