什么是振膜的高效性？它在揚聲器中的地位和意義起什么作用？
首先須了解振動學原理。
聲波是聲音的傳播形態(tài)，是一種機械運動位移的周波，位移周期性運動就是振動。
物體的振動有四大理論特征：振幅、頻率、音色、相位。就現(xiàn)有物理學認識角度能發(fā)現(xiàn)的振動現(xiàn)象也就莫過該四大特征。為了解釋這四大特征，學界利用傅里葉函數(shù)轉(zhuǎn)換成圖形表達如下：
圖 1聲音四大特征解析圖
聲音本無圖形。上述圖形是為了從理論上解剖并表達聲音的結構，而用傅里葉函數(shù)分析的結果。
振幅比較好理解，就是振動幅度。振動幅度大則音量大，相反則小。從最小振幅到最大振幅范圍為量域，即振動的規(guī)模數(shù)量。
振幅相對應的聲學意義為聲壓級。但不能絕對理解：在同一條件下振幅=音量。在不同條件下振幅≠音量。如1只12英寸單元90dB時振幅并不大，但1只3英寸單元90dB時振幅已經(jīng)很大了。
振幅與能量相對應。振幅越大、聲能量越大。
聲能量的傳遞必須靠介質(zhì)。常識中的聲音通常是在空氣中傳播。空氣中的物質(zhì)也就是聲能量傳遞的介質(zhì)。物質(zhì)（物體）在真空環(huán)境下也會振動，但沒有聲音。因為真空中沒有聲音傳遞介質(zhì)。
聲能量傳遞介質(zhì)必須振動。介質(zhì)振動本身也會耗能。耗能部分就是振動摩擦生熱，將部分聲能轉(zhuǎn)換成熱能。將吸音棉裝入音箱，揚聲器振動后，吸音棉溫度上升就是這個原理。所以，聲能量傳遞過程也是一個聲能量消耗過程。因此，聲能量隨著傳遞距離有所衰減。
但聲能量傳遞的不同介質(zhì)環(huán)境（條件）效率不同：物質(zhì)密度越大，衰減越小，聲速越快，聲效率越高；反之衰減越大、聲速越慢、聲效率越低。這是因為物質(zhì)密度越大，被利用傳遞的介質(zhì)越多，振動產(chǎn)生的摩擦面越少，熱轉(zhuǎn)換率越低，損耗越低。如空氣的密度1.29kg/m3，在15C0條件下聲速為340米/秒；鋁的密度2700kg/m3，聲速則為6300米/秒。
聲速越高，損耗越小。
頻率也好理解，就是單位時間內(nèi)的振動周期。聲波以秒為計量單位：每秒振動周期100次為100Hz，每秒振動周期1000次即1000Hz。
從最低頻率~到最高頻率的時間范圍稱為時域。
音色不太好理解。它是構成頻率的泛音排列關系及其結構的“外觀”。“色”是一個視覺外觀名詞，借用它來作為聲音的名詞，就是指的聲音的“外觀”。只不過它不是視覺之觀，而是聽覺之觀。
為什么樂器在同一頻率上聽感不同即音色不同？
我們將頻率從聲波中解析出來，并按照單位時間振動次數(shù)定義其理論特征。但實際上任和聲波都不是單一頻率，幾乎都是復合頻率。我們?nèi)粘Ｋ念l率，是物體振動復合頻率中振幅最大的一個，并將之定義為基波，其余復合頻率定義為泛音或諧波。
從1個頻率~若干頻率的范圍稱為頻域。就聲波而言，1Hz~20KHz這個范圍就是頻域。
換言之，任何物體的頻率都有它獨特的頻域，即該頻域中構成的泛音排列關系。下圖是小提琴、長號、長笛同一基波（346.23Hz）上構成的泛音排列關系。
圖 2不同樂器的泛音排列關系
圖2中泛音排列是按照頻域顯示的，橫軸左邊起點是基波，右邊是泛音及其排列方式；縱軸是量域。從中可見小提琴泛音個數(shù)多，而且相應泛音振幅較大；長號泛音個數(shù)較小提琴要少，而且泛音隨頻率升高而較有規(guī)律直線衰減，但泛音排列的末端較小提琴更多。這就是長號及其銅管類聽上去有“嘶嘶”聲的原因；長笛明顯地泛音個數(shù)更少，也是聽感較小提琴要“干”的原因。
不同樂器在同一頻率（音高）上音色不同，就是頻域上的泛音構成關系及其排列不同造成的。
相位也是不太好理解的概念。
通常電子電聲愛好者，甚至將聲音的相位同等于電學上的相位來理解。這是欠妥的。揚聲器由電（磁）力推動，電性能的相位對揚聲器有對等的影響，但不是絕對的。因為聲音有著自己的相位規(guī)律。
聲學上的相位，與頻率有一個對應關系。這是由物體擾動空氣傳播的聲音形狀造成的。而且它與頻率成對應關系。見下圖：
圖 3 500Hz~2KHz聲音形狀示意圖
圖 4 4KHz~16KHz聲音形狀示意圖
圖3、圖4示意了500Hz~16KHz聲音的平面形狀，可以將之作為三維存在的二維顯示。其中，頻率越小形狀越圓，頻率越大形狀越不圓；形狀越不圓指向性越窄，相反則越寬；形狀越不圓離中心位置能量分布越不均勻，平面看更接近90度，形狀越圓離中心位置能量分布越均勻，平面看更接近360度（0度=360度）。圖中0度、90度、180度、270度的交叉點為聲音能量分布的中心點，由這個中心點輻射能量方向的分布方式，決定了頻率的聲相位的區(qū)別。換言之，低頻率沒有相位差，高頻率有相位差。所以頻率越低越?jīng)]有指向性，相反指向性越清晰。這些頻率形狀之間差異，構成了聲波的相位差。所以也就有了低音衍射、高音直射的理論。
低音衍射，高音直射的理論很多人都懂：低頻遇到障礙物它會“水漫金山”，向水一樣浸過去、繞過去；高頻遇到障礙物就過不去，會被障礙物阻隔或反射，且根據(jù)障礙物阻擋角度產(chǎn)生直線性折射或反射。
上述四大特征是一切物體的聲學共性，再來看看振膜的聲學個性。
振膜是一定物質(zhì)結構及其形狀組成的，首先，須了解物質(zhì)固有頻率規(guī)律。
任何物質(zhì)物體都有固有頻率。只要振動就必有該物體的固有頻率。通常，檢測振膜的固有頻率，采用的是F0的檢測方法，即共振頻率檢測方法。
什么是共振頻率？很多理論沒有講清楚。尤其是電聲界，常常標記F0或Fs，工程師也常常將之解讀為一個頻率點。其實，共振頻率是一個頻率帶而不是一個頻率點。
圖 5 共振頻率示意圖
圖5中可見頻率范圍為5~100Hz以上，其中以32.2Hz頻率點振幅最大，由此往左漸次衰減到20Hz開始平穩(wěn)，由此往右漸次衰減到50Hz開始平穩(wěn)。也就說，起碼其共振頻率是一個20Hz~50Hz的頻率帶，只莫過其中的32.2Hz頻率點振幅最大而已。換個角度理解：或許是32.2Hz的振動“帶動”了左右兩邊的頻率，或許是由左到右的頻率帶振動“推動”了32.2這個頻率點。無論如何，共振頻率是復數(shù)不是單數(shù)，否則就不是共振。共振一定是復數(shù)同時振動。但通常業(yè)內(nèi)所說的共振頻率，實際上是指的最大共振頻率點即F0。圖5中的共振頻率至少顯示了5Hz~200Hz一個頻率帶。聲學中常提到的固有頻率，是指F0，即共振頻率中振幅最大的一個頻率，以它作為整個共振頻率（復數(shù)）的代表。
在上述解讀中，首先要明白振膜的固有頻率是一個復數(shù)，很多個頻率組成，其中振幅最大的一個頻率即共振頻率帶的代表，是一個頻率點，代表整個復數(shù)的共振頻率帶的頻率點；其次要清楚的是，既然共振頻率是一個頻率帶，那么固有頻率從頻域角度看就是很多個聲音。
任何物體，只要振動，固有頻率就會產(chǎn)生。無論什么方法驅(qū)動振膜，只要振膜振動就會發(fā)出它自己的共振頻率。它會顯示融入總諧波失真的“瀑布圖”中。
振膜大體上分兩類造型：一類是平面（如帶式、平板、靜電式。簡稱：A類），一類是非平面（錐臺形、球蓋形。簡稱：B類）。兩類的頻率分布是不一樣的。
物體的頻率總是與材質(zhì)機理和形狀相關。相同形狀條件下，硬度高的頻率大，質(zhì)量大的頻率低；相同材料條件下，體積小的頻率大，體積大的頻率小。
這一定義，使頻率的分布總是朝著與物體質(zhì)量反比的方向進行：頻率越大分布的物體質(zhì)量越小；反之，頻率越小分布的物體質(zhì)量越大。
圖 6 錐臺形頻率分布
圖 7 球蓋形頻率分布
振膜的驅(qū)動源是音圈，而音圈是軸向振動，所以聲波的傳播主要能量表現(xiàn)為縱波，而縱波在圓錐臺形和球蓋形振膜中自然形成了頻率與質(zhì)量成反比的規(guī)律。
對于B類振膜，錐臺式或球蓋式，可以將之理解為不同質(zhì)量物體的無縫組成。整個振膜中，面積小的部位（錐盆的喉口或球蓋的球頂）質(zhì)量最小，分布較高頻率；面積大的部位（錐盆的邊沿或球蓋的邊沿）質(zhì)量最大，分布較低頻率。依次理解：由振膜中心~振膜邊沿頻率由大到小進行分布。頻率的依次分布是由振膜的造型質(zhì)量由大到小或由小到大的次序決定的。這種形態(tài)，可以稱為頻率在振膜上的“分割排序”。
頻率的分割排序，類似業(yè)界所說的“分割振動”，但又不盡相同。
頻率在非平面振膜上的分割排序，是物理自然選擇，正常的。由于分割排序，頻率不同，振動部位不同，從這一意義上理解可以看成是將整體振膜進行了分割振動。但和業(yè)界常說的分割振動不同。業(yè)界常說的“分割振動”，在這里描述為“分裂振動”。如下圖：
圖8 按自然分布振膜頻率產(chǎn)生分割振動
分割振動不會造成聲音的劣質(zhì)化。但一俟分割振動遭到破壞，被分割的部分遭到“分裂”，聲音就會劣質(zhì)化：一部分正向、一部分負向、一部分抵消，就形成“分裂振動”。
再見下圖：
圖 9 與分割振動截然不同的分裂振動
圖9是分裂振動：藍色為正向、紅色為負向、白色為抵消。不同的部位振動不同頻率，不會引起失真。但同一部位振動形成聲相位的矛盾和沖突，形成分裂振動就會引起嚴重失真。
分裂振動與分割振動不同：它是將振膜分割成沒有規(guī)則的若干振動單元，并且振動單元之間出現(xiàn)正負向矛盾并聲相位沖突，還會引發(fā)大量奇次諧波。奇次波就是振膜折彎變形的自振波。非常刺耳。
分裂振動的原因是振動導力+分割振動時差的和。見下圖：
圖 10球蓋形與錐臺型振膜的導力時差示意圖
圖10中，由音圈的驅(qū)動點到力傳導終點（球蓋的終點在中心，錐臺的終點在邊沿），有一個時差。即振膜不是整體同步振動。如果振膜材質(zhì)傾向硬，聲速高，力導時差縮小；如果振膜材質(zhì)軟，聲速低，力導時差拉大?？諝鈮毫蛯Яr差在作用振膜時，會使振膜“顛簸”變形。
振膜材質(zhì)相同，形狀不同則力學特性不同。力學特性不同，則聲傳播相位不同。
在與空氣產(chǎn)生摩擦中，所有非平面造型，順力則軟，抗力則剛。
圖 11 球蓋形振膜與錐臺型振膜的幾何剛性示意圖
圖11表示：音圈是發(fā)力的起點和支點，球蓋形振膜向前運動時與空氣摩擦面小，向后運動時摩擦面大，所以球蓋形朝前運動為順力方向，錐臺型則相反為抗力方向；球蓋形朝后運動為抗力方向，錐臺型則相反為順力方向。這種現(xiàn)象的原因，是因為球蓋形或錐臺型的凹面內(nèi)空氣受到造型的“壓縮”，氣壓偏高，加上音圈動力支點作用。
由于幾何造型形成了順力與抗力的差別，也就造成了振膜正負振動幅頻的差。即：錐臺型正面幅頻＞背面幅頻，球蓋形與錐臺型相反。
圖 12 錐臺型揚聲器正負頻幅差異示意圖
圖12：藍色色曲線是音源的原始波形，紅色曲線是錐盆揚聲器系統(tǒng)重放波形。從中可以看出錐臺型揚聲器正面與負面的幅頻不一致：正＞負。
正負幅頻不一致，也就會造成振膜變形：或扭曲、或顛簸等，再加之時差就構成了圖9的分裂振動。而分裂振動就造成了各個部位發(fā)聲的時間差與相位差。
振膜的發(fā)聲都是按照振膜平面90度切角呈縱向傳播。因此，錐臺形振膜縱向發(fā)聲正面為聚焦輻射，球蓋形縱向發(fā)聲正面為散焦輻射。
圖 13 球蓋形、錐臺形、平面形聲輻射示意圖
圖13：球蓋形正面為散焦輻射，背面為聚焦輻射；錐臺形正面為聚焦輻射，背面為散焦輻射；平面形正面與背面都是無焦點輻射。
人耳能聽到的直達聲大多是正面聲波，背面聲波假如能聽到也是反射或折射波。所以振膜正面的聲波及其重要。由于幾何形狀不同，正面散焦輻射的面積更寬，正面聚焦輻射的面積更窄，無焦點輻射面積無所謂寬窄。輻射面越寬聲場越寬，輻射面越窄聲場越窄。無焦點輻射的空氣質(zhì)點運動是平均推動的，其能量損耗最小，所以距離每增加1倍衰減3dB；散焦輻射的空氣質(zhì)點運動是分散的，其能量也被分散，消耗要大些，距離每增加1倍衰減4dB；聚焦輻射的空氣質(zhì)點運動理論上是聚能，應該穿透力更強，衰減更小，但實際上聲波在聚焦的過程中所驅(qū)動的空氣質(zhì)點交叉相撞，聲波自身摩擦產(chǎn)生熱能被自我消耗，距離每增加1倍衰減6dB。
球蓋形、錐臺形、平面形三類幾何形狀振膜，物理應用缺陷最多、最大的是錐臺形。這也是我不主張錐臺形振膜納入高級音箱范疇的主要原因。
當前，無論是號稱Hi-End揚聲器、Hi-Fi揚聲器還是普通揚聲器，絕大多數(shù)廠家都使用錐臺形振膜。它歷史悠久，覆蓋面寬，甚至到了一提到揚聲器，均會出現(xiàn)錐臺形狀的形象。這使人們覺得，揚聲器就應該是錐形的。
嚴格說錐形或者錐盆提法是不準確的。錐形或錐盆的幾何形狀是尖頂或尖底，但所有被稱為錐盆的振膜既不是尖頂也非尖底，而是平頂或平底，只是一頭大一頭小。形象說法，約定俗成不糾結?？茖W嚴謹?shù)奶岱☉撌清F臺形。
錐臺形振膜源于西方，迄今已成為揚聲器發(fā)展的一大天花板，極大地限制了揚聲器技術往高水平的發(fā)展。
它的確帶著歷史的缺陷進入到本世紀，成為了電聲技術發(fā)展進程中的一座大山。觀察歐美現(xiàn)代揚聲器技術，商業(yè)觀壓倒了科技觀，民用電聲科技進步靠他們靠不住了，只能靠我們這個電聲產(chǎn)業(yè)大國來主動解決相關問題。
（篇幅有限，請續(xù)讀《高級音箱內(nèi)涵（三）振膜的高效性（中）》）
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