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扬声器换能原理介绍-动铁单元

发布:armature 
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     对于音频系统来说,其实最终发出声音的就是扬声器端,而相比其他前端音源所做的各种电信号以及数字、模拟信号的转换来说,信号的损失无疑在最后一步是最大的。就是将电子信号通过物理手段转换为声波,而作为扬声器长期的发展,在历史上也有多种不同的换能原理,但是其实这些原理的核心部分都比较简单:通过振膜的震动来发出声音。

没有完美的声音 扬声器换能原理介绍
没有完美的声音 扬声器换能原理介绍

  而就像之前说的,其实扬声器本身才是整个音频系统中最终声音表现占比最大的一个环节。作为最后一步也是唯一真正能让人们感官感受到的转换,高效率和低损失的要求相比之前的一切信号转换要求都要高的多,而将电信号直接转变为物理震动和声学信号的难度也许不大,但是对于用户来说也是最容易发现问题的一部分。

  在历史的发展中,扬声器的换能原理出现过很多种,至今也依然有多种换能原理存在,虽然消费者最常见到的就是动圈式扬声器,但是往往在中高端市场中还有很多不同的换能原理产品,比如一些关注音频行业或者发烧友知道的动铁式、静电式等等,而这些换能原理各自的声音表现以及优势和劣势又是什么呢?不妨一起来看看下面的详细介绍吧。


  动圈式可以说是目前市面上最为常见的换能原理,而这种原理之所以常见的原因也很简单:低成本、高效率、耐用,而对于使用方面来说,它的优点就是频响范围大并且能够承受大电流的输入也不会出现损坏。 对于扬声器的历史来说,动圈式的历史也是最为悠久的之一,并且因为其超广泛的使用范围,目前这种技术已经非常的成熟。而其原理就是扬声器中有一个高强度的永磁体不断放出磁力,周围遍布着磁感线,同时一个缠绕线圈隔空依附在一个圆环状振膜上,线圈穿过永磁体,当外界给线圈通过电流,线圈产生磁力,与原磁场相互排斥或者吸引,开始发生震动,因其依附于环形振膜,所以带动振膜震动,发出声音。

  动圈式耳机在声音方面优点就是自然细腻,并且对于低频的表现尤为出色,对于营造音乐整体的氛围和包围感有非常出色的表现,但是普及率如此高的动圈式单元也并不是十全十美,比如其高频的表现很难调教出优秀的透明度,并且动圈式耳机因为需要与外界空气环境接触才能保证其工作状态的正常,所以不论何种佩戴方式,都并不能很好的保证其隔音效果。



3最小巧的发声单元:动铁式


        动铁式单元其实一样有着非常悠久的历史,虽然目前已经变成了很多高端耳塞的御用单元,但是动铁式单元最早还曾用于电话、电话铃声以及助听器等行业。当然现在的动铁式单元相比曾经的这些用途当然已经强大了很多,而小巧的动铁式单元也为行业带来了一个新的特点也好噱头也罢,就是多单元耳塞,这对于曾经的动圈式耳机来说,几乎是不可能的。

没有完美的声音 扬声器换能原理介绍
动铁式的换能原理


  在换能原理方面,在动铁单元内部音圈是绕在一个位于永磁场的中央被称为“平衡衔铁”的精密铁片上。这块铁片在磁力的作用下带动振膜发声。动圈是直接带动振膜,而动铁是通过一个结构精密的连接棒传导到一个微型振膜的中心点,从而产生振动并发声。


  在佩戴的单元位置方面,传统的动圈耳塞无法将整个发音单元放入耳内,而动铁式由于单元体积小得多,所以可以轻易的放入耳道。这样的做法有效地降低了入耳部分的面积可以放入更深的耳道部分。由于耳道的几何结构要比耳廓简单的多,属于类圆形所以一个质地柔软的硅胶套相对传统耳塞已经能起到良好的隔音及防漏音效果。

  声音特点方面,动铁单元有着非常出色的解析能力,并且声音的颗粒感较强,对于很多用户来说,颗粒感是一个见仁见智的事情,有人喜欢有人讨厌,所以暂且放在优点这一类吧。在缺点方面其实动铁相比动圈缺点更多,因为实际振膜的面积过小,在低频方面很难达到动圈式的自然澎湃、回响不足,听起来会显得“干”。而动铁单元最大的问题就是其本身的频响范围不足,也就是之前提到的为什么动铁式耳塞有很多多单元产品,也是为了弥补本身单颗动铁单元的频响不足而进行叠加。但是多单元耳塞就还有一个问题出现,就是需要制作分频器来“指挥”多单元的工作。


4扬声器中的贵族:静电式


  相信很多朋友都听说过Stax的静电耳机或者QUAD的静电喇叭,就算没听说过这两种,那么森海塞尔奥菲斯你也一定知道了,它也是静电式耳机,而其实这几个名字可能留给很多人最深刻的印象就是:贵的要死。而相比动圈式原理来说,静电式的换能原理确实成本要高得多,并且在效率上也低很多。但是其相比动圈式贵的不可理喻的价格依然有很多发烧友对其趋之若鹜,也可见其声音表现也确实非常有特点。

没有完美的声音 扬声器换能原理介绍
静电式换能原理


  在原理方面,静电式又称为静电平面振膜,是将导电体(一般为铝)线圈直接电镀或印刷在很薄的塑料膜上,精确到几微米级(目前STAX新一代的静电耳机振膜已精确到 1.35微米);将其置于强静电场中(通常由直流高压发生器和固定金属片(网)组成),信号通过线圈的时候切割电场,带动振膜振动发声。

  在声音的表现方面,静电式原理拥有着非常好看的频响曲线和相比动圈式原理极低的失真,并且人们常说的“静电味”也是其极其出众的解析能力和高频的通透度,并且因为其振膜本身很小的质量,让其瞬态表现也非常出色。但是在缺点方面,因为其独特的原理,并不是所有音源都可以驱动,需要专门的驱动电路和静电发生器(往往都是专用的静电耳机耳放),并且其低频的反应也并不算出色,往往需要巨大的震动面积才能和一个小非常多的的动圈单元相比,而作为静电式单元最为让人头疼的就是其对于空气湿度的严格要求,如果湿度过高,会出现不可逆的故障。


5关注度不高的新贵:平板式

  平板式原理也叫做等磁式原理,其实在音频行业这种换能原理诞生已久,只是一直都没有太多的厂商制作这样的扬声器产品。但是在近两年平板式原理又有崛起之势,主要是国内的HiFiMAN推出了自己的平板振膜耳机以及美国厂商Audeze的LCD系列耳机都受到了很多发烧友的欢迎,让平板式原理又吸引了很多消费者的关注。


  平板式式耳机的驱动器类似于缩小的平面扬声器,它将平面的音圈嵌入轻薄的振膜里,象印刷电路板一样,可以使驱动力平均分布。磁体集中在振膜的一侧或两侧(推挽式),振膜在其形成的磁场中振动。等磁体耳机振膜没有静电耳机振膜那样轻,但有同样大的振动面积和相近的音质。



  可以说平板式原理是结合了动圈和静电两者的优点,在低频方面相比静电式拥有更好的表现,并且在高频方面也强于动圈式,但是平板式本身也有让很多人头疼的问题,第一就其虽然振膜的重量很轻盈,但是腔体内磁铁的强度或者说大小直接影响着声音的表现,所以优秀的平板式耳机的重量一定并不轻盈;并且它的驱动效率虽然高于静电式,但是相比传统的动圈式单元效率并不算高,灵敏度往往偏低,并不容易驱动。

总结:

  以上四种就是几乎目前市面中的所有发声单元换能原理,动圈和动铁是目前比较常见的更加偏向消费级的种类,而静电和平板式则是几乎只有消费者了解的类别了。但是关于驱动原理其实和很多日常接触到的行业一样,大浪淘沙,往往在只有低成本并且能够满足一般消费者需求的才是如鱼得水,不难看出动圈式就是这样的,但是因为本身音频就是一个偏向发烧的行业,所以多种换能原理也依然有厂商采用并且被用户拥簇。


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