眾所周知,高頻音質在很大程度上取決于振動膜選用的材料。金剛石這種材料輕而堅硬,且傳聲速度較快,在目前市售的材料中傳聲速度居首位,長期以來一直把它視為揚聲器振動膜的優異材料。
采用金剛石振膜的聲學喇叭
例如某高端音響設備,其高音單元也是采用了德國制作的25mm(1 英寸)金剛石薄膜,該高音揚聲器的頻度上限高達60kHz,這只單元的高頻再現不會在人類聽覺范圍內(20kHz)產生失真。該高音揚聲器產生的結像精準、三維空間感逼真、樂器的3D空間輪廓和微觀細節清晰度是極為優秀。
采用金剛石振膜的高端音響
金剛石是聲速傳播快的介質,因此可以作為優異的聲學材料。金剛石具有很高的彈性模量和楊氏模量,而上述特點有助于高頻聲學波的高保真傳輸,因此金剛石可以廣泛用于制造的聲學元器件。金剛石具有彈性模量高、密度低和強度高的優點,非常適合用于制作高頻、大功率聲表面波器件,是制作高保真聲學器件的理想材料。
金剛石以其優異的聲學特性,在高保真揚聲器,聲表面波器件,聲傳感器等得到高效應用。CVD金剛石用作高音揚聲器所具有的優勢:
主要特征:分割振膜的頻率高、總諧波失真小、高功率承受能力,主要適合于高音擴音器的制作。
金剛石振膜
金剛石薄膜具有很好的音頻特性,其縱波聲速是自然界所有材料中最大的(20000m/s),用其制作高頻聲表面波(SAW)器件的技術要求大大降低。金剛石薄膜在SAW器件中的應用研究表明:金剛石薄膜SAW器件不但使制備技術要求大大降低,而且還解決了高頻器件的一些技術難度。
金剛石振膜耳機內部結構圖
另外,金剛石薄膜具有高的彈性模量,有利于聲學波的高保真傳輸,是制作揚聲器高頻振膜最理想的材料。研究人員系統地研究了金剛石薄膜在揚聲器振膜中的使用情況,表明在鍍有金剛石薄膜后的鈦復合振膜的頻響上限從純鈦振膜的20kHz提高到30kHz,最高可達33kHz,并且提高了保真主觀聽感,使高音揚聲器電聲性能有顯著的提高,使高音更加清脆亮麗。
音響振膜原理圖
在所有天然和合成材料中,金剛石的彈性模量最高,聲傳播速率最快,硬度最高,低密度,聲阻尼特性較好,比重低,高保真,優異的高頻響應特性,并且金剛石具有高熱導率,有利于將音圈所產生的熱量通過振膜向空間散發,從而提高揚聲器能承受的輸入功率,避免因長時間大功率輸入導致燒毀音圈或改變喇叭阻抗,影響聲音定位的準確性。因此金剛石是高保真揚聲器高音單元喇叭膜的優異材料。
CVD金剛石具有很高的彈性模量和較低的質量密度,是聲波傳播速度最快的材料,縱波聲速高達18000m/s,是常用振膜材料AI, Ti的三倍多,是制作高保真聲學器件的理想材料。雖然Be的聲波傳播速度也不低,但Be的毒性使其應用受到很大限制。利用CVD金剛石制備的直徑26mm的揚聲器振膜其分隔頻率高達70kHz,是AI的2倍多,比Be的高出40%。