平面电磁振膜技术白皮书

概要
现时市场上有数百家生产扬声器的厂家，但是你用5个手指头就能数完基本的单元技术。为什么呢？是否存在比几十年历史的“传统”做法更能解决现代问题的扬声器技术呢？

这篇文章会简要地讨论一下对所有扬声器单元的要求，还有我们采取现在的技术的历史原因。我们还会进一步研究并不普遍的技术（平面电磁振膜技术），以及这种技术采用得好的话，能够取得什么优势。我们也会看一下平面电磁振膜单元的一些限制，以及有什么方法可以突破这些限制。

最后，我们会看看Wisdom Audio平面电磁振膜技术的具体细节。

任务
我们听到的声音以复杂的振动的形式在我们周围的空气中存在。我们的耳朵是非常灵敏的仪器，能够分辨这些振动在频谱和时间上面极为微细的差别。

我 们拥有这种能力是有其根源的。想象一下我们的祖先在森林里面打猎的情形：从一个声音的“重量”可以判断制造这个声音的野兽的大小；从这个声道到达两只耳朵 的时间差，可以判断声音来自那个方向。你可以想象到，一只熊从后面接近猎人弄出的声响和一只松鼠弄出的声响是会得到区别对待的——不然的话，这些猎人的 后裔就不会在这里讨论声音的问题了。

回到现代的例子，我们不会分不清长笛和小提琴的声音，即使两种乐器演奏同一个音符。这是因为每种乐器 都在制造一系列的相关的振动，而不是只有一个单一、纯 粹的振动，而这些相关振动的比例和发生的时间就形成每种乐器独特的声音——长笛、小提琴，甚至Martin吉他和Gibson吉他的声音都不一样。其实， 所有振动的物体都拥有某些特定振动频率——这就是谐振——而乐器的谐振决定了这是一件上等的乐器或只是一件一般的乐器。

 一 个扬声器——所有扬声器——有着和乐器不同的任务。 理想状态下，扬声器应该把所有频率播放得一样好，不会在某些频率特别好，而其它频率不行；它不会受到惯性的影响，也不会在所能够推动的空气量上受限制。一 个理想状态下的扬声器单元（扬声器根据接收的讯号实际振动的部件）可以列出以下特点：

• 直径相当大——以便能够推动足够的空气；
• 没有重量——以便能够根据音乐的需要，瞬时起动和停止；
• 刚性极高——振动时就不会变形，变形会令声音失真；
• 没有任何共鸣——共鸣会产生扬声器的音染；
• 灵敏度极高——峰值时功放就不会有能量不够的危险；
• 极耐粗暴对待——你大音量播放的时候就不用担心损坏扬声器了；
• 能够长冲程振动——以便能够大幅度推动足够的空气（大音量播放）；
• 均匀的声音扩散——以便在众多聆听位置都能够得到相同的声音，扬声器在不同的房间里面的表现也更一致；
• 阻抗特性简单——以便功放能够更好地推动扬声器，把所有潜能发挥出来

你也看到了，在同一时间得到上面所有特性是非常困难的。什么东西可以相当大而没有重量？即使有这样的材料，又有没有足够的刚性令其不会产生变形而使声音失真？能不能够以真实的音量播放音乐或者电影音效？

历史回顾……
扬声器单元设计的历史就是侧重某些特性（相对来说降低其它特性的重要性），尽量找到最佳平衡点的历史。直到今天，扬声器单元设计还是相当高难度的工作。

 今天几乎所有扬声器单元用到的基本技术在20世纪20年代甚至更早就存在了。到现时为止的技术进步都集中在细节的执行上（材料技术、更好的磁路、现代粘合剂等等），而基本的设计思路并没有改变。

让我们简单看看比较成功的设计方法。

电动（动圈）式单元
可能99％的扬声器都用电动（动圈）式单元来使空气振动而发声。你肯定对这种单元有一定的了解，所以我们只挑最显见的细节来讲。

电动（动圈）式单元利用的是电线通电会产生磁场的原理。如果把这条线放在另外一个磁场里面，两个磁场就会互相作用，在两者之间产生相互作用力。电动（动圈）式单元把通电的 线绕成线圈，把这个线圈悬挂在圆形的磁体里面，以此把尽可能多的线身放在强力磁场里面。这样就可以得到相对较强的驱动力。

这 个线圈（叫做“音圈”，在Alexander Graham Bell的时代已经存在）与某种类型的振膜结合在一起，而这个线圈/振膜组合被附以某种悬挂装置，使它们能够做前后活塞运动。由于振膜的表面有足够大的面 积，可以推动足够多的空气，产生足够大的音压（只有音圈的话也可以做活塞运动，但是并不能发出多大的声音，因为线圈并不能推动多少空气）。

 
Basket or Frame——盆架
Diaphragm or Cone——振膜
Dust Cap——防尘罩
Voice Coil——音圈
Speaker Leads——引出线
Surround——折环
Magnetic Structure——磁体
Spider——定心支片
Pole Piece——导磁极柱
Former——线圈骨架
Magnetic Gap——磁隙

电动（动圈）式单 元非常生动地展示了如何在上面所列的各个特性之间取舍。单元必须够大，以便推动足够的空气大音量播放；但单元振膜必须要轻（把惯性的影响减低），在播放高 频的时候才能够足够快地振动；但刚性又必须够高，才能把音圈的振动如实地转换成空气的振动；但这个又大、又轻、刚性又高的单元不能有自己的振动，因为这些 振动会在单元播放的声音上面加上音染。实在有太多互相矛盾的目标了，不可能全部达到的。

因此，所有高品质的电动（动圈）式扬声器都采用多个电动（动圈）式单 元，把我们听到的声音分成几个频段，不同的单元专职负责相应的频段。所以，单元也就分成了你见过的大直 径低音单元，小直径的高音单元，还有中音单元，超低音单元以及其它一些以此为基础变化过来的单元。因为这些单元特性大不一样，因此要把它们完美地结合在一 起——特别是在人耳最敏感的中频部分——是一个主要的技术难题。 即使在这些单元各自负责的频段里面，它们的表现也不是完美无缺的。你对问题的实质了解越多，就越会感叹于现今顶级的电动（动圈）式扬声器竟然能够取得如此高水准的表现。

静电单元
全世界的发烧友都知道静电扬声器的好处，不过很多非发烧友可能对它们认识不多，甚至以为它们是新近的发明。其实，静电扬声器的历史差不多和电动（动圈）式扬声器一样长。Peter Walker在1936年成立了英国公司QUAD，而QUAD的某些1950年代推出的扬声器现在还有人找，因为它们的声音非常纯净。

静 电扬声器不用任何磁体，而是依靠你把袜子从干衣机里面拉出来的时候也会见到的静电。 一种薄膜材料（你可以把它想象成你的厨房里面的保鲜纸的高科技版本）均匀地分布在一个框架上面，在振膜上充上静电。振膜放置在两块坚硬的金属网之间，两块 金属网根据功放提供的讯号成为相应的电极。当前面的金属网是正极的时候，后面的金属网是负极。根据同性相斥、异性相吸的原理，振膜上的静电就会在金属网之 间一边受吸引、另一边受排斥。随着金属网上面的电讯号的改变，振膜就会根据功放向扬声器提供的讯号精确地前后振动。

静电扬声器以其丰富的细节、对音乐细微变化的表现力而闻名于世。这是由于静电扬声器的几个特点造成的：

• 响应迅捷。振膜的质量极小（实际上比其推动的的空气还要轻），所以惯性的影响极小，不会使音乐讯号里面的细节变得模糊。

• 低失真。作用在振膜上面的力量是作用在整个振膜上面的，所以薄膜不会变形，也不会像电动（动圈）式高音/低音单元那样产生“分割振动”（电动（动圈）式单元只有中间连接音圈的部分受力）。

• 扩散角度良好。又高又窄的静电扬声器可以被设计成“线声源”，从而使天花和地板的有害反射减少。这个特点常常可以使房间的不良声学效果不那么明显。

既然有这么多优点，为什么静电扬声器这么少见呢？

不幸的是，静电扬声器有一些重大的限制：

• 静电扬声器很巨型。 作用在振膜上的静电力相对较弱。结果两块金属网必须靠得很近，以便利用本来就不强的作用力，但这就会限制了振膜的振动幅度。既然前后振动的幅度很小，要产 生足够的音量，静电扬声器的体积必须很大（高和宽）。和一个成年听众一样高大（甚至更高大）的扬声器往往很难和室内装饰和谐地共处。

• 静电扬声器没有很深的低频。虽然体积很大，但是静电扬声器播放超低频往往不理想。这是因为振膜的振幅有限，而播放超低频需要推动大量的空气。也因为静电扬 声器没有箱体，不能阻止扬声器后面的反相的声音与前面的声音抵消。在低频段，这是一个很大的问题。（因为这个原因，最成功的静电扬声器都是“混合式”设 计，把电动（动圈）式低音单元和负责中/高频段的静电振膜单元结合起来。）

• 静电扬声器需要很大的空间。技术上来说，静电扬声器是“双极”式扬声器，意思是扬声器在前后以推挽方式发出等量的声音。为了避免扬声器后面的声音经过后墙 反射影响到前面发出的声音，静电扬声器需要摆放在离后墙很远的地方。这就令一对原本就已经够大的扬声器更加有压迫感，而且占用了房间大量的位置。这也是静 电扬声器不适合挂墙、入墙的原因。

• 静电扬声器对功放要求高。除非能够解决静电单元本身的阻抗问题，静电扬声器可以很“反动”（就像一个大电容），而且总体阻抗很低（在某些频率，从功放的角 度来看，静电扬声器就像短路了一样）。这两种情况都会使功放难以发挥其真正实力——静电扬声器对功放的压力太大了。最常见的方法是在功放和扬声器之间加一 个变压器作为缓冲（这会加大功放供给静电扬声器振膜的电压）。问题是要做一个能够在整个音乐频段都能够妥善处理能量的变压器是非常困难和昂贵的。不是不可 能，这是肯定的；但却不容易，而且绝对价格不菲。

• 静电扬声器需要AC电源。既然静电振膜需要充以静电来工作，那么静电扬声器就必须有电源供应来运作。虽然这样消耗的电量不大，但是在扬声器附件上有AC插座，这就增加了安装和摆位的复杂性。这是人们享受静电扬声器高品质声音的一个障碍。


带式扬声器
你可以把真正的带式扬声器看成把电动（动圈）式扬声器和静电扬声器的优点结合起来的首次尝试。

想 象一下一条折叠的铝箔带放在两个强力的磁体之间，两端各一个。（技术上来说，带子可以是任何导体，但铝很轻而且柔软，所以通常会选择铝。）在这个铝箔带 上通电，在其周围产生磁场，就像电动扬声器的音圈一样。这个由音乐讯号通过折叠金属带产生的磁场与两端的强力磁场互相作用，使金属带随着音乐讯号运动。

这个设计确实是值得称赞的。作用在振膜上的磁场力量是很强的（不像静电扬声器），而且均匀作用在整个金属带上（和静电扬声器一样），一个很强的力量均匀作用在很轻的整个振膜上面，这就保证了振动的精确性。

不 过。上面描述的带式扬声器通常只能用在高频部分（高音单元，甚至频率范围超过人的听阈的超高音单元），因为很难做出一个足够大的真正的带式单元来播放其它 频率。部分原因是带式单元折叠的形状很容易因为振动幅度太大而受破坏，甚至如果本身太大的话，其重量也会破坏折叠结构。这种折叠结构对于金属带来说是必要 的，因为它起到悬挂振膜的作用。但是，振幅太大的话就会破坏这种折叠，使其展平了，然后金属带就无力地下垂在磁隙里面，其表现当然大打折扣了。所以带式单 元通常很小，只用来播放高频，这样振幅很小，金属带也能更好地支撑自身的重量。

但是，即使把这些娇弱的单元限制在高频的播放也不能完全解 决问题。它们非常敏感，很容易变形，不小心掉在地上，或者小孩子好奇地碰一下就足以造成伤害。你可以想象一下你家里面用的铝箔是多么容易起皱，再想象一下 厚度小得多的一块铝箔带……很明显，要让它变形并不是很难的事。

而且，真正的带式扬声器对于功放是一个很低、很危险的阻抗。小小的金属带 几乎是没有阻抗的，对于功放来说几乎是短路一样。即使功放没有受到破坏（或者没有进入保护模式），很少功放在0.1欧姆的负载下能够发挥得最好的。这对于 功放的输出级是一个极大的负担。多数带式扬声器用变压器来减轻这个问题。很不幸（就像静电扬声器一样），变压器本身会限制带式单元的表现。

如果我们能够把静电扬声器设计的精华（细节、低失真，甚至良好的扩散角度）与电动（动圈）式扬声器设计的精粹（耐用、动态范围大、高灵敏度、对于功放来说轻松的负载）……

平面电磁振膜单元
最后终于到了平面电磁振膜单元（PMD）了。这项技术如果能够正确地执行，你可以把它想象成非常能“爆”的带式单元，或者很容易推动、动态范围很大的静电单元，或者这两者的结合。

带式单元和平面电磁振膜单元的核心区别是振膜的材料：在真正的带式扬声器里面，导体本身就是振膜，而平面电磁振膜单元里面，导体与质量很轻的振膜相结合，这种振膜材料有点像静电扬声器的振膜，但耐用程度高得多。

回 到静电扬声器的描述：一块薄膜在坚固的框架上铺平，然后夹在两块充电的平板之间。而平面电磁振膜单元的情况是，振膜处在前后两个磁体阵列之间，而“音圈” 被舒展开来，分布于整个振膜之上，就像你的汽车后窗上面的除霜线一样在玻璃里面折返分布。把这个与振膜紧密结合的导体连接到功放，电流通过，产生的磁场与 磁体阵列相互作用，使振膜振动。

• 细节极丰富。平面电磁振膜单元的振膜质量很轻，比其推动的空气还要轻，这一点与静电扬声器相类似。因此振膜的振动可以很精细和准确，没有由于惯性而产生的模糊效应。

• 更可靠。平面电磁振膜单元与传统的动圈式单 元对比，有一个巨大的优势，因为平面电磁振膜单元的“音圈”舒展开来分布在一个较大的区域里面，而不是卷起来放在一大块 金属的空隙之间。所以，平面电磁振膜单元能够更有效地散热，而不会把热量储存在音圈里面。平面电磁振膜单元能够承受更大的功率，而不会出现在大压力下声音 紧张的情况。事实上，在面积相同的情况下，平面电磁振膜单元能够承受数倍于传统动圈式单元的功率。

• 更易推。设计得当的平面电磁振膜扬声器对于功放来说几乎是完美的负载，因为它的音圈其实是一条很长、很细的电线。基本上和一个电阻器一样。这对于功放来说 是最简单的负载，可以和功放厂家用来展示产品的优异性所用的负载相媲美。所以，你的功放可以把自己的声音潜力完全发挥出来。

• 双极或者单极。平面电磁振膜单元的特性使其比较容易设计成双极（在扬声器的前面和后面发出等量而反相的声音，像静电扬声器一样）或者单极（只在扬声器前方 发声，像传统的 电动式扬声器一样）。这就可以设计挂墙甚至入墙的平面电磁振膜扬声器，既得到高品质声音表现，又可以把对室内装饰的影响减到最低。

听起来挺吸引的，是吧？不幸的是，平面电磁振膜单元也有自己的短处。

并非万能的……
要得到上面所述的优点，平面电磁振膜单元的设计需要克服一些主要的障碍。

低频
虽 然设计得当的平面电磁振膜系统相较体积相似的静电扬声器能够推动更多的空气（因为磁体能量更强、振动幅度可以更大），真正全频的平面电磁振膜扬声器的体积 还是会很大的。与静电扬声器类似，最成功的平面电磁振膜扬声器普遍都采用混合技术，把平面振膜的优异音场和细节与传统的电动式低音单元结合起来。

热量
平面电磁振膜单元的振膜必须能够承受高温。静电扬声器的薄膜不用担心热量的问题（因为没有电流通过），平面电磁振膜单元的振膜是和音圈导体紧密结合的，在音乐和电影的高潮部分会有颇大的电流通过。

即 使在今天，很多平面电磁振膜扬声器还是用PET（一般叫做迈拉TM）。PET也有其优点，但是当温度达到80-90摄氏度的时候，这种材料会变得很软。当 它变软的时候，振膜就会变形、起皱，产生大量失真。而且，振膜发生这种情况后，扬声器就多多少少不一样了。所以需要有一种更耐高温的薄膜。

除了薄膜本身，通常还需要黏合剂把音圈导体和薄膜结合起来，所以黏合剂也必须耐高温。

在某些方面，平面电磁振膜单元有其优势，因为在典型的平面电磁振膜扬声器单元里面，一般只有3个粘合点，不像电动式单元一般有10个粘合点。而且，热量在平面电磁振膜展开分布的音圈里面更容易散失，不像传统的电动式单元容易把热量困在其电动机般的结构里面。

不过，黏合剂还是必须和薄膜承受等量的高温，因为其职责是把音圈导体和振膜粘合起来。 现今的音乐和电影的动态都很大，这是一个相当大的挑战——即使平面电磁振膜设计有其不少的优势。

坚固性
振 膜整体的张力在整个设计里面是非常关键的一环。它实际上替换了电动式扬声器的整个悬挂系统（定心支片、折环等等），用弹床般的动作代替了活塞运动。得到合 适的张力，而且在各个方向的张力要一致，是成功的关键，而且在生产过程中并不容易做到。（顺带一提，生产静电扬声器也有这个难题。）

Wisdom Audio平面电磁振膜技术
Wisdom Audio开发出多项平面电磁振膜技术，能够最大程度地利用平面电磁振膜的优势，减轻甚至消除这种振膜的短处的影响。没有一个扬声器是完美的，但有一些扬声器确实比其它扬声器更接近完美……Wisdom Audio在这方面是佼佼者。

钕铁硼磁体
Wisdom Audio的平面电磁单元只采用昂贵的“稀土类”磁体——钕铁硼磁体，这种磁体比传统磁体的磁力强得多，而体积却细小很多。采用这种磁体能够在多个方面得到大幅度提升，使几年前还是不可能的事情变为现实：

• 高灵敏度。钕铁硼磁体的磁场强度极大（与通常的陶瓷磁体或者铁氧体磁体相比而言，与静电扬声器的磁性相比更是差别巨大），因此对你的功放产生的负担比其它磁体小得多。

• 音压更大，低频下潜更深。 由于钕铁硼磁体的磁场强度大，所以可以相应地加大前、后磁体阵列的距离，也就是说，振膜有更多的空间振动。而由于振膜的振动幅度加大了，所以振膜推动的空 气量也相应加大，因此能够产生更大的音压，也能够在低频部分下潜更深，这是体积相近的静电扬声器或者旧式的平面电磁振膜扬声器所不能比拟的。（事实上，一 个静电扬声器需要有10至20倍的体积，才能与一个Wisdom Audio的平面电磁振膜扬声器相比较。）

• 更强的控制力。钕铁硼磁体作用在轻质的振膜上面的力量很强，而且均匀分布在整个平面振膜上面，因此振膜的振动情况受到极为强力的控制。Wisdom Audio先进的振膜共振控制技术把振膜没有受到驱动的部分（边缘的部分）也紧密掌握在控制之下。传统的电动式扬声器，甚至品质最好的静电扬声器也会出现 的惯性振动或者共振，在Wisdom Audio扬声器里面几乎可以忽略不计了。

• 更小的音染。旧式的平面电磁振膜扬声器采用的磁体很大，因此对振膜产生的声音产生一定程度的音染，影响了声音的细节和音色平衡。而Wisdom Audio采用的钕铁硼磁体体积细小，在振膜两边都留有足够大的空间，因此音染的问题也得到极大的改善。振膜前面的磁体更是细小，对声音实际上是没有影响 了。

• 优异的声音扩散。当你能够得到一块形状不受限制、整个表面能同步振动（相位一致）的振膜，你就可以设计出拥有优异声音扩散特性的单元。而声音扩散特性对扬 声器的表现是有极大影响的。例如：如果你能消除你的听音房间的有害反射的话，音乐的细节会更丰富，人物对话也会更清晰。Wisdom Audio高而窄的单元设计能够提供宽阔的声音扩散，使听音范围极为宽广，而同时消除天花和地板的有害声音反射。简单来说，就是你能够听到更多扬声器的声 音，而少一点房间的声音。


最新的薄膜技术
Wisdom Audio是最先放弃PET（迈拉TM聚酯薄膜），而采用动态特性和温度特性更好的材料的公司。这些材料当中，聚酰亚胺类别最有前途，有些聚酰亚胺能够承 受超过385摄氏度的高温——远比现时最先进的黏合剂所能承受的温度高。当然，这么高的温度也不会在平面电磁扬声器里面出现，可能只会在要求最高的专业领 域出现了。

 
最好的黏合剂就是没有黏合剂
不 过，有一种特定的情况会出现这种高温：在一个体积细小的两路设计的扬声器里面，一个3”的平面电磁振膜单元负责低至其极限的频率（大概500Hz），人耳 能听到的10个倍频程里面有5个由这个单元负责发声。这就使一个小空间里面聚集极大的能量，相对来说散热的面积就很小了。音圈和振膜的温度在短时间内会达 到230摄氏度，当然这些热量很快就会消散。

没有黏合剂能够在这种情况下承受这种高温的，没有。

Wisdom Audio为这种情况创造出一种生产技术，能够在铝线上面直接沉积振膜的材料。这种技术会在振膜和音圈之间产生直接的分子引力，因此不需要使用任何黏合 剂。这个方法把扬声器里面的死穴清理掉了，因此Wisdom Audio能够做出一个能够承受巨大能量的3”的平面电磁振膜中高音单元，也因此能够做出频率宽广而体积细小的扬声器。

而且，不用黏合剂也使振膜的质量更轻了——这在高频部分尤为重要。通常把薄膜和导电线圈粘合起来的黏合剂会覆盖整个振膜，有时候（视乎所采用的黏合剂）黏合剂有振膜一半那么重。而减少了黏合剂的重量，灵敏度可以提高1.5dB到2dB，这是相当重大的改进。

体积大的平面电磁振膜单元就没有这么高的能量/面积比例，而由于振膜面积大，也更容易产生高音量。所以大振膜单元就没有必要采用成本更高的无黏合剂技术了。


折叠振膜
Wisdom Audio的薄膜振膜利用一个专利的高压过程折叠，使其得到更稳定的热动力特性，整体的振动幅度也能更高。灵敏度也提高了，而振膜表面的驻波也被消除了。结果，Wisdom Audio的平面电磁振膜单元在细节和动态表现方面是首屈一指的。

声音方面的区别是巨大的。你可以把Wisdom Audio的平面磁性振膜扬声器和任何其它高品质的设计作比较：电动式扬声器，静电扬声器，带式扬声器，或者其它的平面磁性振膜扬声器，你会感受到富有生命力、直接和感情连接的音乐。这种体验是无法形容的，你必须亲身体验。

总结
平 面电磁振膜单元技术相对于传统的电动式单元技术有极大的优势，特别是在低频以上的所有频率（在低频方面电动式单元仍然是最合理的选择）。平面电磁振膜单元 与其它技术相比，有着优异的细节表现和动态范围，在声音扩散方面也极为出色，这些品质使你能够在家里得到更易于摆位、声音更真实的扬声器系统。

Wisdom Audio在平面电磁振膜单元技术的研发方面一直处于领先地位，解决了平面电磁振膜单元本身的一些限制，把这项技术推向更高的水平。从Wisdom Audio产品里面的众多专利技术可以看出，其工程设计队伍的经验和创造性都是无与伦比的，有些设计师甚至已经沉浸在这项技术里面超过30年。如果你还没 听过Wisdom Audio的系统，我们强烈建议您试听。