时刻存在的音质杀手——扬声器振膜的分割振动

“分割振动”，又是一个只有工程师才通宵的专业术语，对于一般人而言更是让人绕不着北的东西，但这东西又在时刻破坏者我们音响系统的音质。从一个日常物理现象来说起吧。我们在一个盛满清水的大盆子中央滴入一滴水。

水滴激起涟漪

会发现激起的涟漪向四周扩散，当涟漪触及水盆壁时，会被反射回来，反射波会干涉依然持续扩散的涟漪。如果用滴管持续的有节奏的往中央位置滴入水滴，会激起一波又一波的涟漪，然后产生一波又一波的反射波，这些波相互干涉，整个水面已活跃起来，涟漪已经没有之前那么清晰。

实际上，在电动扬声器工作时，也会遇到这样的问题，音圈通电后，变成电磁体，与永磁体产生作用力，连续驱动振膜发声。但这个过程不能视为简单的活塞运动，振膜不是完全的刚体，其运动时，本身会象水面一样会产生形变。波形沿着由音圈与振膜粘合处向四周和前端传播，到遇到折环时，波也会涟漪一样被反射回来，从而与其他波形相互干涉。

波的干涉

实际情况比水滴溅出涟漪要更加复杂，因为驱动频率高得多，变化也快得多。但频率达到某个值时，振膜因为波的相互干涉而形成区域化的振动。中物理中，有个“波的干涉”的实验，其实验情形与我们提到的现象有些相似，可以借鉴，这样更加形象一点，因为我们没法用相机拍下振膜的振动时的样子。

160毫米振膜在不同频率下的分割振动

上图为一张160毫米振膜在不同频率下产生振动的情况，可以发现振膜在不同的频率下被无形的分割成多个区域，某些相邻的区域振动相位还互为反相。这种成区域的局部振动，就叫分割振动。

分割振动的成因相当复杂，一言半语很难说透彻，只能浅谈。在扬声器工作时，尤其大功率工作时，扬声器自身的部件，包括不该振动的部件，例如音圈、盆架等实际也在振动，甚至扬声器、音箱本身都在振动，箱体内外的气体对振膜的顶托等等，这些都会对分割振动最终出现产生作用。成因太多了，我们只需要知道有这么一种现象的存在，它对声音的保真度的负面影响非常大。

通过简单了解分割失真知道，振膜作为振动的传播媒介，本身的物理特性也会影响到分割振动的剧烈程度，理想的材料就是刚性好并且内阻尼较高的膜片。刚性好不易形变，内阻尼较高则振动后会快速衰减，但似乎这两个特性是相对立的，实际情况是刚性好的材料，内阻尼低，例如金属振膜，刚性较差的材料，内阻尼高，例如塑料振膜和纸基振膜。

如何在这两者之间取得平衡？各家纷纷在试验各种复合材料，各种涂料……以改善其物理性能，达到降低分割振动对硬质的负面影响的设计目的，实际上，扬声器发展到今天，已经不再是简单的声学范畴的东西，电动扬声器基础结构已经定型数十年并没有太大的改变，要实现突破，从材料上入手能获得很好的收益。实际上，扬声器已经和材料工业的发展密不可分，每一次新材料的诞生都能推动扬声器整体设计水平的进步。

到现在，仍然没有哪种振膜能称得上完美，各类材料各有优缺点，在某些产品的宣传文档当中，称使用了德国的蚕丝、美国的涂料、日本的工艺制造的振膜可以彻底消除失真，这是忽悠。即便未来材料再度大的进步，对于电动扬声器而言，分割振动也是难以完全克服的。这也使得电动扬声器在某些方面难以突破。

虽然分割振动不可消除，但负面影响是可以降低的。这种物理现象对音质有着显著的负面影响，因此也就出现了改造振膜材料的物理特性，遏制分割振动的各种技术手段。不过值得强调的是，现有的技术手段都只能降低分割振动的不良影响，而不是完全杜绝失真的发生。在技术文档当中，通常会“消除分割振动”的措辞，这是忽悠，也常常会看到“降低分割振动”这样的词汇，这算比较规矩的用词，不过降低分割振动的程度是多少，是1%还是10%，这个是难以量化的。

振膜加强筋

压制了加强筋的羊毛盆[纸盆]

在少数音箱用扬声器振膜上能看到压制的螺旋排列或者放射排列的凹槽，这是振膜加强筋。它的主要作用是增强振膜的刚性，降低振膜在振动时的形变，加强筋对增强振膜的内阻尼亦有帮助。加强筋大部分靠压制而形成，也有少数采用实心加强筋的设计，设计目的相同，不过实现方式有差异。

扬声器振膜上的环状加强筋

使用加强筋，对高频的响应亦有帮助，全频带纸基振膜扬声器上环状加强筋就能起到这样的作用。

锥形低音扬声器-振膜的背面

有些振膜，尤其纸基振膜，在撈型[纸基振膜的一种工艺]过程中，让纸浆自然堆积，形成天然的褶皱，这种褶皱也能起到加强筋的作用，不过一致性相对差。这种做法多用于纸基振膜的低音扬声器。

复合材料振膜

“复合振膜”是音箱、耳机、扬声器厂商特别爱提的一个高频词。这个词暗示了研发的严谨以及大量的研发成本，实际上，现在主流的振膜材质当中，已经没有单纯意义的单一材质。复合材料这个词被滥用，已经失去表达能力。

以纸基振膜来说，大致又可以分为阔叶树纸浆、针叶树纸浆，它们的纤维依据树种的不同而不同，在制造过程中，往往还会加入其它纤维来改善物理特征。塑料振膜也可以通过不同塑料颗粒混合实现改变，虽然它们看上去差不多。即便是金属振膜，主要也是合金材料。

也有将不同材质以多层的方式结合到一起的振膜，例如在纸膜上覆盖铝膜、多层不同纸浆的纸膜等等，这种材料又俗称“三明治”结构。实际上多少层并没有要求，关键看设计。其加工手段也各不相同。例如铝合金的氧化工艺，它在铝膜表层氧化出一层氧化铝，正背面各一层，形成多层结构的复合材质。

涂层

现在大部分振膜、尤其是高音振膜会使用到涂层，在振膜表面形成一层均匀的覆盖，各家的涂层不尽相同，也是不宣之秘，实际上涂层大部分时候是起到形成多层结构的振膜的目的，对于纸基振膜来说，涂层还可以起到隔绝潮湿空气的目的。

并不是所有涂层都是均匀的，也有少量在振膜背面实施不均匀涂刷的方式，其作用与纸盆捞形后形成的褶皱作用相近。

振膜的形状

直线锥体扬声器

锥体振膜的形状，包括三类，直线形、指数型[喇叭花形]、抛物线型[碗盆]等。其中直线型锥体最为常见。这种锥体容易出现高频谐波，一般常用于低音扬声器的设计。

指数型锥体振膜

指数型的截面线条向内弯曲，从而形成喇叭花的形状，因此指数型锥体又俗称喇叭花。这种锥体也会生成高频谐波，但频率要高得多，比较适合中频和全频带扬声器的设计当中。

抛物线型锥体扬声器

抛物线的截面线条向外弯曲，看上去和日常使用的碗很像，因此也被俗称为碗盆。这种锥体以前很少用到，它在高频部分容易出现衰减很快的谐波，因此多半被用于低音扬声器的设计当中。不过现在也越来越多的小口径扬声器使用抛物线型振膜了，促成这种结果的原因是多样的：材料本身有进步、外观的需要（抛物线型振膜看上去很美观）、设计目标的转变……等等。

直线型、指数型、抛物线型锥体振膜振动的模式

此图可以看到三种锥体振动时的不同，这是典型状态下的对比，不同的材质、口径也会产生不同的差异。需要了解的是，形状影响振动情况，同样也对分割振动产生影响，合理的利用，可以降低负面作用。

今天提到的“分割振动”，其实只是电声学中众多技术难点中的其中一点，在推文中要再深究已经是不实际了（不然人家高校也不用专门开设电声学专业啦），提出来权当抛砖引玉让更多有兴趣有发明头脑的大神和爱好者能提出更多改善音质的创新建议。