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國外揚聲器及音箱技術發(fā)展新動向
發(fā)布時間：2012-3-10 21:13:58 點擊：2376次 文章分類：基礎知識
目前，國外從事?lián)P聲器及音箱生產的專業(yè)廠家有280多家（根據(jù)AUDIO資料），生產的產品有上千種。揚聲器及揚聲器系統(tǒng)作為音響重放的終端，它的質量好壞，將直接影響整個音響系統(tǒng)音質效果的發(fā)揮。國外從事?lián)P聲器生產的各大公司都投入很大的力量，不斷開發(fā)研制揚聲器新產品，以滿足不同的使用環(huán)境和不同音響設備的更高的要求。近年來，隨著數(shù)字音頻技術的發(fā)展，對揚聲器的要求也更加苛刻。為了適應技術發(fā)展的要求，滿足消費者的需要，世界各國著名揚聲器公司都致力于提高現(xiàn)有揚聲器的性能，并研究開發(fā)揚聲器專用新材料、新工藝和運用新的設計方法。現(xiàn)將世界知我大公司的揚聲器及其系統(tǒng)技術現(xiàn)狀、特點及獨特的新技術介紹如下：
1.國外揚聲器及音箱的技術現(xiàn)狀 1.1專業(yè)揚聲器 主要是指用于電影、舞臺、廳堂、體育場館等場合的揚聲器及揚聲器箱。近年來，隨著新材料、新技術、新結構、新工藝的發(fā)展，立體聲技術、數(shù)字技術的應用、CD及VCD的流行，專業(yè)揚聲器及其系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，新產品不斷涌現(xiàn)。美國JBL，EV，BOSE公司；英國KEF，TONNY公司；日本松下、先鋒、三菱、TOA、YAHAMA公司，近年來都相繼推出了各式各樣專業(yè)揚聲器及揚聲器系統(tǒng)。它們鮮明的特點是，承受功率大，均在200W以上；效率高，一般均在98-100dB；指向性寬。
為了實現(xiàn)上述特點，世界著名揚聲器廠家八仙過海，各顯神通。采取的主要方法有如下幾點。第一，采用新型磁性材料，運用新的磁路設計方法。如JBL公司采用的SFG磁路設計，其中包含有磁通平衡、降低驅動源電感量和熱傳導的新型結構設置。使用的磁性材料其磁能積達3.6MGsOe以上。這就使揚聲器承受功率的容量增大，重放低音強勁、有力度。第二，采用新材料，如高音揚聲器振膜使用航天鈦材，由于鈦金屬的E.P比侶材料優(yōu)越，適合制造高素質的高音振膜。使用鈦振膜的高音揚聲器，高頻得到較大的延伸，功率容量也有大幅度提高。低音揚聲器采用層壓高密度復合紙盆。音圈采用扁線，由于扁線占空系數(shù)高，磁路間隙利用率高，可獲得較高的靈敏度。該技術由JBL公司發(fā)明，其他各大公司紛紛仿效。第三，采用新型號筒，在專業(yè)擴聲中長期使用的指數(shù)式號筒揚聲器已被新型等指向性號筒所取代。等指向性號筒的關鍵技術在于號筒采用不同形狀的側壁，由于過去單純的直線式、指數(shù)式變成復雜的、不連續(xù)的函數(shù)式，以達到恒定的指向性。第四，廣泛采用計算機CAD、CAM和CAT技術，利用現(xiàn)代技術挖掘傳統(tǒng)揚聲器的潛力，使專業(yè)揚聲器產品精益求精。代表性的產品，如JBL公司的MR專業(yè)揚聲器音箱系列、SR專業(yè)揚聲器音箱系列。
1.2AV揚聲器音箱 主要是指用于家庭高保真組合音響系統(tǒng)、卡拉OK歌廳、舞廳及家庭影院的聲系統(tǒng)的揚聲器音箱。AV揚聲器這幾年取得了很大發(fā)展，新產品不斷涌現(xiàn)。世界各大揚聲器公司都推出了各種形式的AV揚聲器音箱。它們不僅具有先進的技術性能，而且從實用造型、提高靈敏度、擴大動態(tài)范圍、展寬重放頻帶和良好的瞬態(tài)響應等技術特性。常見的有兩路分頻揚聲器音箱：用一只8英雨或6.5英寸中低音單元加上球頂高音單元。由于中低頻公用一只揚聲器，就要求揚聲器單元有寬闊的活塞振動范圍而不出現(xiàn)分割振動，以保證理想的指向性和相位特性。各公司根據(jù)發(fā)燒友追求低音效果的要求，又相繼開發(fā)啞鈴式揚聲器音箱，用兩只8英寸或6.5英寸中低音單元之間夾一只球頂高音單元，旨在加強低音。三路分頻揚聲器音箱：在兩路分頻的基礎上增加1只中音單元，其優(yōu)點是充分利用各單元的活塞振動頻帶，減少失真，提高功率承愛能力。AV揚聲器另一顯著特點是具有較好的防漏磁性能，磁路都要具有磁屏蔽設計，確保不影響視頻圖像。
現(xiàn)今，流行的多維立體聲和家庭影院系統(tǒng)是指將影劇院的視聽效果在一般家庭中展現(xiàn)出來，環(huán)繞聲是其中一部分，而且是很重要的部分。現(xiàn)在市面上流行的環(huán)繞聲大致分為兩種，一種是由早期的“四聲道”進化來的杜比定向邏輯環(huán)繞聲；另一種是最早由YAHAMA公司開發(fā)出來的DSP環(huán)繞聲。DSP環(huán)繞聲是用數(shù)字處理技術，來模擬不同的空間（如某一個電影院、音樂廳……等）的音響效果。這就要求前置、中置、后置指示器音箱聲音要平衡，指向性要理想。電聲界的工程師們?yōu)樘岣逜V揚聲器的性能指標進行了不懈的努力，通過系統(tǒng)的設計、實驗和模擬等手段，不斷探索AV揚聲器世界的奧秘，在保證聽感的基礎上，確保揚聲器客觀參量占據(jù)重要和必要的地位。代表性的產品，如JBL公司的家庭影院揚聲器音箱系統(tǒng)，包括前置主聲道、中置聲道、環(huán)繞聲道和超低音共7只音箱。前置主聲道采用2只200mm低音單元、2只127mm中音單元、1只鈦膜球頂高音單元及號角式高音揚聲器。電影模式時使用號角式高音揚聲器。電影模式時使用號角式高音揚聲器，欣賞音樂時使用鈦振膜球頂高音。重放音質設計十分周全，采用多聲道聲音均衡器和7聲道音質等化器，利用數(shù)字技術在較小的家庭空間里營造氣勢恢弘的影院音效。
1.3重低音揚聲器 在過去，為了達到真正的重低音輸出，設計者盡可能使用大的振盆。如KLIPSCH公司27英寸超低音揚聲器；EV公司研制的30英寸錐形超低音揚聲器等。近年來，家庭影院音響市場的興旺推動著大振幅超低音揚聲器的研究開發(fā)。代表性的產品有：AURA SOUND 公司徑向釹磁系統(tǒng)的18英寸超低音揚聲器。通過控制頂板的厚度和在2英寸長磁隙中使用0.5英寸音圈，以獲得較大的線性運動范圍。PINEER公司的超低音揚聲器有獨特的創(chuàng)舉，從外觀看，人們可能認為它沒有懸邊，其實，它將類似懸邊的結構粘貼在振膜之后，讓振膜能在圓筒形的框架中作較長的活塞運動。此超低音揚聲器的振盆可前后運動達2cm，6英寸口徑低音揚聲器，在50Hz時可達100dB聲壓級，這是傳統(tǒng)的低音揚聲器很難達到的。代表性的產品，如KEF公司的AV1主動式有源超低音音箱。
2.國外知名大公司揚聲器箱主要特點及獨特的新技術 2.1JBL公司 音箱的特點是：承受功率大，200-300W；靈敏度高，最大聲壓級110dB以上；良好的頻率響應，平坦的頻響和優(yōu)良的瞬態(tài)特性。
獨特的新技術： （1）音箱用低頻揚聲器的磁極芯相當粗，磁極芯為空心的，上面鑲有線切割成型的鑲片。這種特殊設計的磁極芯可以減輕揚聲器的重量，利于散熱，旨在提高功率承受能力。 （2）扁線音圈作為一種先進技術，是由JBL公司發(fā)明的。最初用在低音揚聲器上，后來高音揚聲器也普遍采用，鋁線和銅線均有。扁線占空系數(shù)高，磁空隙利用率高，旨在提高靈敏度。根據(jù)測試，在同一磁路中，扁線音圈比圓線音圈可提高靈敏度約1dB. （3）鈦振膜球頂型單元，也是JBL公司首先開始成功的。鈦材料的楊氏模量比鋁材料優(yōu)越，使用鈦膜的高頻揚聲器，高頻上限能得到較大展寬，功率容量有較大幅度提高。 （4）SFG對稱磁場磁路鈦振膜是JBL公司的專利技術。該專利技術保證了磁隙上FB值分布對稱與音圈上下位置相等，其中包含有磁通平衡、降低驅動源電感量和熱傳導的結構設置。有效的抑制低頻失真、改善功率承受能力和阻尼特性。
2.2BOSE公司 該公司揚聲器箱的特點是：主動利用聽音環(huán)境的反射聲來改善和修飾揚聲器的輻射特性，開發(fā)出世界聞名的聲場型揚聲器箱。
bose公司的新技術： （1）直接/反射揚聲器技術。bose公司的揚聲箱利用直接/反射技術還原從墻壁、天花板和地板反射到聽眾的混合的聲音，運用直接/反射理論將聲音的層次及^*表現(xiàn)得淋漓盡致。代表性的產品有901，701和501型系列音箱。 （2）音響氣流量低音技術。該技術是利用“A-coustic Mass”結構所產生的氣流，耦合三個獨立聲室工作，可減少低音單元振膜的諧振，降低失真的同時，還可提供極大的動態(tài)范圍。
（3）音頻波導管技術。此技術是bose公司歷經14年研究的科研成果，并申請了專利。其特點是在極小的機箱結構里安裝撲頗長的折曲導波管，從而增加低頻量感，創(chuàng)造出突破小箱體體積限制的龐大的舞臺空間感。 （4）HOROFINE薄膜技術。這種薄膜技術是一種利用竹漿和木漿制成的，具有完美、均衡的塑性和剛性，能滿足將電信號轉換成高質量聲波的三項主要指標：密度低、楊氏模量高和衰減指數(shù)大，能在中高音域內重放出明亮清晰和十分自然的聲音。
2.3AR公司 該公司以創(chuàng)造出氣墊式揚聲器箱而聞名于世，這種音箱采用了聲懸浮技術，它通過密閉箱體內像彈簧一樣的空氣支持著低音單元，而獲得深沉有力的低音。這種揚聲器箱從50年^*始出現(xiàn)，沿用至今，經久不衰。 2.4法國FOCAL集團公司 該公司以創(chuàng)造高級揚聲器單元著稱，同時還生產多種款式揚聲器箱，產 品暢銷世界各地。一些集團公司擁有先進的揚聲器制造技術，它們享譽國際的重要發(fā)明有四頂。
（1）發(fā)明了一種名為“MVF”（消除機械振蕩）系統(tǒng)的新設計。使用該系統(tǒng)可克服傳統(tǒng)音盆式揚聲器機械振蕩的缺點，降低音盆分割振動強度確保高保真重放。 （2）在振膜設計方面，擁有已注冊專利的Polkevlar音盆，質量輕而剛性強，徹底解決了音染問題，頻率響應準確。 （3）發(fā)明了Polyglass（聚乙烯玻璃）處理振盆，使振盆具有高剛性和優(yōu)異的內部阻尼特性，令單元的聲音平滑自然，重播音樂細致準確。 （4）90年代新發(fā)展成功的鉆石振膜，能重播出華麗的音色。 這家公司的音箱特點是靈敏度高，大部分產品都在90dB以上。中音和高音單元同軸安裝面板中線上，能產生準確的音像。
2.5丹麥DALI公司 該公司非常重視音箱的測聽程序，決不單以客觀測試結果為最后依據(jù)。公司擁有一個實踐經驗豐富、有專業(yè)音樂素養(yǎng)的人士組成的測聽評審團，為DALI的每個新產品的音質作出主觀評審，以確保DALI產品的特有風格。DALI公司音箱最顯著的特點是：前面板盡可能的窄，控制聲擴散角度；箱體十分堅硬，具有表面吸收層裝置，能有效消除諧振，使聲場穩(wěn)定，立體聲^*感非常準確。音箱使用的單元均經電腦測試配對。
2.6英國音箱的特點 TANNOY公司同軸揚聲器聞名于世，成功地解決了相位失真難題；KEF公司發(fā)明了“UNI-Q”同軸技術，實現(xiàn)了高音和低音同軸同點發(fā)聲的理想，使立體聲像準確；QUAD公司專攻靜電揚聲器，一直不遺余力對它加以改進和發(fā)展；Celestion和Rogers公司的小型音箱在2000Hz時測試曲線有2dB的凸起，有人認為，這微小的差別肯定會對音色有影響，但這兩家公司的產品是英國小型箱的代表性產品，這可能就是英國聲的音色的奧妙。
2.7新型平板揚聲器 英國verity公司和NCT公司，在1996年先后宣布研制成功了新穎的超薄平板揚聲器，這的確是揚聲器制作技術的重大突破。這類平板揚聲器，其厚度最薄的為3mm，最厚的不超過25mm，有效輻射面積大小可隨設計而定，從25cm2到100m2.Verity公司的NXT的揚聲器采用的是電磁式驅動器，而NCT公司采用壓電陶瓷驅動器。振動板采用碳纖維和紙質材料，揚聲器重量非常輕。揚聲器的頻響范圍很寬，指各性角度大，音質不錯，此平板揚聲器不需要箱體，可以像一張畫掛在墻上或裝在天花板中。專家預測：此類超薄型平板揚聲器應用前景看好，將成為21世紀新一代揚聲器。
另外，還有許多公司已開始涉足專業(yè)音響行業(yè)，并開始展露頭角，如芬蘭的Genelec、丹麥的Dynaudio以及已經有多項研發(fā)成果但尚未投入商用的ACaudio公司。
自從人類有了夢想，我們就一直努力著，企盼著有一天可以把那些天籟留下，藏在懷里，甚至可以將它們重復播放。這從企盼到嘗試到最終如愿以償?shù)倪^程，就是人類在電與聲的探索中逐漸摸索、逐步成長的過程。 靜電揚聲器： 為了能更好的講述人類電聲史的故事，我們從第一次把人類的聲音傳達到遠方的“電話”開始說起。一百多年前的1876年2月14日，Alexander Graham Bell提出了歷史上最重要的一份專利“電話”。該項發(fā)明讓人類的聲音從此可以傳到比叫喊更遠的地方，人類也從此懂得了聲與電的轉換關系，并從此樂此不疲。
Alexander Graham Bell貝爾
早期的電話設計
為了更好的回放記錄被記錄下的聲音，1910年，S. G. Brown將驅動力和振膜分離，發(fā)明了'armature' 電樞耳機。
平衡電樞耳機: 而在1910年，Baldwin 又發(fā)明了'balanced armature'平衡電樞耳機。電樞式耳機是在一個U型的磁鐵的中間架設可移動鐵片（電樞），當電流流經線圈時電樞會受磁化與磁鐵產生吸斥現(xiàn)象，并同時帶動振膜運動。這種設計成本低廉，雖然效果不佳，但在當時也是劃時代的發(fā)明，該項技術多用在電話筒與小型耳機上。
平衡電樞耳機
在記錄聲音的科技方面，1917年，Wente 和Thuras設計了電容式麥克風。
Wente 和Thuras設計得電容式麥克風
到了上世紀30年代中期，根據(jù)電容式麥克風原理，靜電揚聲器面世。上世紀50年代初期，美國C. V. Bocciarelli 提出 'constant charge'恒定電荷法則。P. Walker在同一時期獨立發(fā)展了相同理論，并將其應用到著名的Quad靜電揚聲器設計中。
靜電揚式聲器基本原理是庫倫（Coulomb）定律，通常是以塑膠質的膜片加上鋁等電感性材料真空汽化處理，兩個膜片面對面擺放，當其中一片加上正電流高壓時另一片就會感應出小電流，藉由彼此互相的吸引排斥作用推動空氣就能發(fā)出聲音。靜電單體由於質量輕且振動分散小，所以靜電揚聲器工作于中高頻段，音質輕盈細致，富有特色，很容易得到清澈透明的中高音。但是它的效率不高，聲壓輸出低，動態(tài)小，成本較為昂貴也是其弱項。
電動式揚聲器： 和Bell同一時期，不同的揚聲器類型被提出。作為一種業(yè)余興趣，Ernst W. Siemens (Siemens & Halske公司創(chuàng)始人)于1874年1月20日，申請了電動式揚聲器原型專利，讓帶支撐系統(tǒng)的音圈處于磁場中，以便使振動系統(tǒng)保持軸向運動。當時主要用于繼電器而不是揚聲器領域。1877年12月14日, Siemens申請了號筒專利，在一個移動的音圈上面附著一個羊皮紙作為聲音輻射器，羊皮紙可以制成指數(shù)型錐體形狀，這是第一個留聲機時代的號筒實型。
電動式揚聲器原型
1898年，Oliver Lodge申請了第一個實用電動式揚聲器專利，將音圈放在內外圓極板的磁隙中運動，和許多發(fā)明一樣，當時這個偉大的發(fā)明太超前了。這個發(fā)明決定了現(xiàn)在99%的現(xiàn)代動圈揚聲器的結構。
又過了整整25年，上世紀20年代，無線電廣播出現(xiàn)。C. W. Rice 和 E. W. Kellogg發(fā)表了劃時代的論文'新型非號筒式單元'，詳細介紹了直接輻射式揚聲器，利用這個理論設計的售價為250美元的Radiola 104音箱風靡美國。
Radiola 104音箱
在過去的五十年間，電動式揚聲器的基本原理沒有變化，只是改進了設計細節(jié)及零件。頻響范圍動態(tài)范圍等方面較老產品有了長足的發(fā)展。電動式揚聲器以結構簡單，音質優(yōu)秀，成本低，動態(tài)大已經成為目前市場主流。
號筒式揚聲器：
號筒式揚聲器起源于留聲機。1928年，Wente 和Thuras 生產了他們的高效率的號筒式揚聲器接受器。號筒式揚聲器的原理是振膜推動位於號筒底部的空氣而工作，因為聲阻很大所以效率非常高，但由于號角的形狀與長度都會影響音色，要重播低頻也不太容易。今天，高效率的號筒主要應用于專業(yè)擴聲領域。
帶式揚聲器： 在上述揚聲器技術逐漸成型期間，人們開始明白了理想的換能器應當使用可以通過電流的薄片振動膜，大家開始構思帶式揚聲器。
第一個帶式揚聲器專利
1923年1月，Siemens Halske的Schottky和Gerlach申請了第一個帶式揚聲器專利。它將一個水平波浪型純鋁簿膜安裝在磁體兩極之間，波浪形純鋁膜可以降低縱向硬度，降低了諧振頻率。
1931年，Olson 和 Massa 生產了帶式麥克風。 帶式揚聲器主要應用于中高頻段，由于其頻響曲線平直，高頻上限極高，有著非常好的瞬態(tài)效果，因此可以方便的形成線性聲源。 雖然人類電聲的歷史是如此曲折復雜，但如今確實涌現(xiàn)出非常多的優(yōu)秀創(chuàng)新型電聲揚聲器，而事實上，這些創(chuàng)新的揚聲器設計讓很多上世紀最好的電聲科學家絞盡腦汁。
電聲改變著人類的生活，改變著人類的未來，我們期待將來有更多的電聲轉換器被發(fā)明并改變人類的娛樂方式，讓天籟真正的留在人類的懷中。
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