1880年,居里兄弟发现了电气石的压电效应,从此拉开了压电学研究的发展历史。压电陶瓷对于大部分人来说是个陌生词,生活中却很常见。
比如日常中的蜂鸣器、报警器、老式大头电视机以及显示器中的频率器件,以及很多传感器都属于压电陶瓷的范畴。压电陶瓷早期用在发声器件上,
鉴于当时的技术原因及压电材料的属性,发出的声音都是比较尖锐刺耳。所以很少有用在音乐播放器材这一领域。
最初也有人尝试用压电模块做播放有音乐的喇叭以及耳机单元,但是效果不是很理想。当时因为技术限制,压电陶瓷的频宽只能做到比较高的频段,
并且驱动电压较高,很难驱动,所以无法达到良好的播放效果。随着压电陶瓷配方和生产工艺的持续改进,以及压电叠成技术的成熟,
使得用压电陶瓷生产的发声单元发声频率段可以从400Hz延伸到40Khz,驱动压电也可以降低到mV级别。使得压电单元用在音乐播放器上有质的提升,
并且相对于传统的动圈和动铁单元,也有着巨大的优势。
先来说振动原理吧,动圈单元是交变电流经过音圈在永磁体的作用下音膜振动发声。动铁也类似,是交变电流经过线圈,在永磁体作用下衔铁
振动带动顶针、振膜振动发声。他们都是通过音圈线间接附带膜片发声。而压电单元是交变电压驱动压电元件附带底层金属基片振动发声,
所以从响应速度上来说,压电单元是动铁和动圈无法比拟的。动圈和动铁的换能步骤是:电流在磁场的作用下转换成振动,过程中损失的能量较多,
而压电单元是电压直接驱动,所以相对来说能量损失很小,能耗也很小。动圈和动铁单元由于都需要间接传递运动来发声,所以结构相对来说比较复杂,
所以到现在为止动圈及动铁的全自动化生产还存在一定的难度。
压电单元生产已经实现全自动化过程,所以可靠性以及一致性可以很好的控制。压电单元因为附带金属基板来振动发声,真正的发声部位是金属基板,
所以声音效果和动铁类似。如果对现有的音频输送线路进行修改,用大电压驱动,整体的声音效果可以媲美动铁单元。
金属基片发声的好处就是因为其刚度大(至少是动圈和动铁的振膜不能比的),清晰度较高,频率延伸高于其他两者,
但也正是因为这个原因,低频区间也就成了压电单元的短板。这也为圈瓷概念的出现埋下了伏笔。
圈瓷单元,顾名思义是动圈单元和压电单元的组合,陶瓷叠层技术的发展也使得这一概念变成了现实。
由动圈单元负责低频和中频,压电单元对动圈在中高频的不足进行补偿。听起来和圈铁单元有些类似,圈瓷单元相对于圈铁单元在高频补偿这一方面还是有很大的优势的。
现在的耳机商家在定耳机参数的时候频宽都会定在20HZ——20kHZ,实际上动圈单元是远远达不到这个水准,一般动圈单元在10k附近会有极大的衰减。
高频、极高频基本上能损失35dB以上,现在的动铁单元做到20k后也已经衰减的差不多了。压电陶瓷单元能保持在30K范围内衰减保持在15dB,
能在40k范围衰减保持在30dB,这些都是动铁单元无法做到的。
并且圈铁单元还要对动铁单独进行分频,这个过程也相当于删减掉很多的频率段,如果动圈和动铁在衔接频率点上没有处理好就会导致衔接的频率段会有一个断档的存在,
这种现象非常影响听感的。圈瓷单元就不用专门的分频处理,它可以直接和动圈单元进行并联,发声过程中全程都在工作,
不仅很好的弥补了高频部分的不足,同时对中低频也起到润色的作用,丰富听感,声音听起来更具有层次感。
因为圈瓷单元的频率延伸可至40kHz,虽然有些频率段人耳是捕捉不到具体的听感,但是人的大脑皮层中枢是可以感知到,所以配合人耳可以听到的频率段,
使得声音更加自然动听。圈瓷单元可以在高解析度的情况下又不失声音的圆润度,这也避免了动铁单元为了追求高解析,而使得声音听着有些发冷僵硬。
这也可能是很多人听不惯动铁声音所谓“铁”味的原因。
下面就来对圈瓷做一个整体的概述:
优点:
①超宽的频率延伸,使得听感更加丰富柔和,保证高解析度的情况下不失声音的圆润度,更自然的还原声音。
②无需分频处理,电路要求简单,能和动圈完美匹配。
③结构简单,有较高的稳定可靠性和一致性,
④压电陶瓷成本相对动铁较低,对于现在动铁单元的高端耳机,价格也是很多人不能接受的。而压电陶瓷能真正的做到一款代替动铁单元,价格又亲民的高品质耳机。
缺点:
①单单的压电陶瓷单元不能做到全频段,必须搭配动圈单元使用。
②现有产品用在高频补偿的作用已经足够,但是压电陶瓷在大电压的驱动下能发挥更大的潜力,所以相对动圈来说,更大的“推力”能使得压电单元的潜力更好发挥出来。
压电陶瓷在耳机上的应用现在还处于发展阶段,随着压电陶瓷技术进一步完善,代替动铁单元也是有可能的。科技进步的最终受益者一定是大众消费者,
到时候爱好音乐爱好耳机的烧友会有更多的选择。
市场总是给予大胆尝试新技术的人最为丰厚的回报,压电陶瓷技术的耳机时代即将到来,您准备好了吗?
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