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不起眼卻影響音質,揭秘耳機振膜的真相

選耳機的時候,你會優先考慮哪些因素?外觀?佩戴舒適度?音質?價格?以上這些都很重要的說,顏值不夠,就是輸在起跑線了;佩戴不舒服,那不是享受而是折磨;價格是買任何東西都需要關注的因素,除了部分暴發戶或者富二代之外;至於音質,那是根本所在。

影響音質的主要有三個因素,振膜、解碼以及相關線路以及調音。其中,振膜雖然不起眼,但是卻是最終產生聲音的元件。

我們都知道,聲音是通過振動而才生的,而振膜就是產生振動的元件。前面的什麼前端、解碼、線路優化、調音,最終還是要振膜來執行的。相當於,蓋房子的不是教授、不是設計師而是施工人員。所以說,振膜的素質會直接影響到音質。

揚聲器的發生工作原理,初中的教科書就已經有介紹。其實本質上講,動圈式耳機單元和音箱的發聲單元在原理上是幾乎一致的,只是結構方面略有區別。

它們都需要通過輸入帶有電平的模擬信號,通過磁鐵帶動線圈振動,而最終發出聲音的,就是和線圈綁定在一體的振膜。為什麼叫「振膜」呢?其實按照專業的說法來講,應該叫做「振動板」,因為這個「板子」它非常的輕薄,因此直觀地來講,我們將其稱之為振膜。

最終發出聲音的,正是單元最上端的振膜本身,因此不同材質、不同尺寸、形狀的振膜在聲音表現上都會或多或少有些區別。拋開耳機的腔體結構、佩戴結構等方面,就說單元本身的話,振膜對於一款耳機單元的聲音表現有著決定性的作用,其次才是線圈、磁石等。

什麼樣的耳機振膜才是好振膜?振膜本身可以理解為將電平信號轉換為聲音的媒介和紐帶,振膜設計的好與壞直接影響到最後耳機本身聲音品質輸出的音質特性。當然,如何衡量一款耳機振膜的好與壞,首先要看振膜本身是否符合動圈式耳機揚聲器的性能指標,因此我們目前可以看到的耳機振膜,都是按照動圈式耳機揚聲器本身的特性所針對設計的。

一款優秀的、理想的耳機振膜,應該具備:質量密度要相對較小,從而讓振膜本身更加輕量化;材料力學楊氏模量相對較大,從而能讓振膜本身具備著較好的剛性,此外還需要合適的內部阻尼因子,可以吸收振膜在振動過程中發出的不必要雜波,帶來失真。

要輕薄、輕量,振膜本身的強度就很難保證,簡單來說,振膜是一個很脆弱的東西。記得周星馳電影《逃學威龍2》裡面有個段子,周星馳對張敏的媽媽說,我也是警察,我也有五億,不過我的五億都用來買了音響了。就是你面前這一堆東西,你剛才戳了我的音箱一下,我就損失了50萬以上了。

小時候,不小心戳了一下音箱的振膜,分分鐘被老爸一頓好打。所以嘛,振膜要輕,要薄,自然就不可能強度很高,耳機相當於小小號的音箱,振膜就更小更脆弱了。大部分的耳機單元振膜都會在周邊設計一圈「加強筋」,從而增加膜片的剛性,但是不同設計的加強筋、球頂等部分,都會帶來聲音不太一樣的表現,因此單獨開發出一款性能優異的耳機單元需要通過大量的測試、數學模型論證、裝配配對等環節,這也就無形中增加了耳機的成本。

目前動圈式揚聲器的發展技術已經走入了一個瓶頸期,所以在理論模型完善、結構優化將近極致的時候,能再進一步提升動圈式揚聲器性能的思路,就是從振膜材料上面入手。從振膜材料方面來看,耳機振膜共分為:紙漿類、高分子類、複合類、金屬類,而採用紙漿類振膜的耳機本身不算太多,蘋果早期版本的Earpods就採用了羊毛紙盆 塑料複合振膜,一般來說紙漿類振膜本身成本較低,低頻效果優秀,但本身的剛性、重量方面都沒有太大的優勢。因此對於耳機振膜來說,最常見的仍然是以高分子材料為主的PET振膜。

中高端耳機產品的振膜往往都會採用複合類振膜,也就是所謂的「生物複合振膜」、「鈦金屬振膜」以及「碳納米管振膜」,這種振膜都會使用1-2種材質共同設計打造,比如振膜邊緣負責低頻的部分就會使用PET材質,而金屬膜片對高頻的瞬態、細節表現更好,則出現在振膜中央球頂的位置。

「堆料」的產品,會使用一些稀有金屬來製作耳機的振膜,這種振膜我們就稱其為「金屬振膜」,比如法國著名的HiFi音響品牌Focal(勁浪)旗下售價2萬多元的耳機Utopia,就採用了含有劇毒、危險性較高的Be鈹金屬振膜,當然在合理的生產設計和結構保護後,是不會有風險的。鈹這種材質就很好地詮釋了質量小、剛性強的特點,非常符合耳機振膜生產,但是無奈成本非常高昂。

而近年來,材料界廣受關注得石墨烯,倒是非常合適得振膜材料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,被認為是一種未來革命性的材料。

石墨烯的優點就是超輕、超薄,同時還能有極高的強度。這樣就可以滿足耳機振膜對於重量、體積控制的需求,同時又能保證其強度。

石墨烯振膜的特點可以使得耳機在音樂動態以及細節表現方面,可以說是耳機行業的一大革新。不少音樂耳機都已經推出相應的新品。

不過,對於細節還原度要求更高的是遊戲耳機。遊戲耳機需要的是3D定位,細節還原能力,通過此實現聽聲辯位。傳統的遊戲耳機,多半採用的是PVC振膜,雖然表現已經不錯。而採用了石墨烯材料的遊戲耳機,對於細節表現方面會有更大的提高。同時,石墨烯超輕、超薄、強度超高的特點,還能使得遊戲耳機進一步輕量化,讓玩家佩戴更輕鬆,舒適度更高。

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