众所周知,高频音质在很大程度上取决于振动膜选用的材料。金刚石这种材料轻而坚硬,且传声速度较快,在目前市售的材料中传声速度居首位,长期以来一直把它视为扬声器振动膜的优异材料。
采用金刚石振膜的声学喇叭
例如某高端音响设备,其高音单元也是采用了德国制作的25mm(1 英寸)金刚石薄膜,该高音扬声器的频度上限高达60kHz,这只单元的高频再现不会在人类听觉范围内(20kHz)产生失真。该高音扬声器产生的结像精准、三维空间感逼真、乐器的3D空间轮廓和微观细节清晰度是极为优秀。
采用金刚石振膜的高端音响
金刚石是声速传播快的介质,因此可以作为优异的声学材料。金刚石具有很高的弹性模量和杨氏模量,而上述特点有助于高频声学波的高保真传输,因此金刚石可以广泛用于制造的声学元器件。金刚石具有弹性模量高、密度低和强度高的优点,非常适合用于制作高频、大功率声表面波器件,是制作高保真声学器件的理想材料。
金刚石以其优异的声学特性,在高保真扬声器,声表面波器件,声传感器等得到高效应用。CVD金刚石用作高音扬声器所具有的优势:
主要特征:分割振膜的频率高、总谐波失真小、高功率承受能力,主要适合于高音扩音器的制作。
金刚石振膜
金刚石薄膜具有很好的音频特性,其纵波声速是自然界所有材料中最大的(20000m/s),用其制作高频声表面波(SAW)器件的技术要求大大降低。金刚石薄膜在SAW器件中的应用研究表明:金刚石薄膜SAW器件不但使制备技术要求大大降低,而且还解决了高频器件的一些技术难度。
金刚石振膜耳机内部结构图
另外,金刚石薄膜具有高的弹性模量,有利于声学波的高保真传输,是制作扬声器高频振膜最理想的材料。研究人员系统地研究了金刚石薄膜在扬声器振膜中的使用情况,表明在镀有金刚石薄膜后的钛复合振膜的频响上限从纯钛振膜的20kHz提高到30kHz,最高可达33kHz,并且提高了保真主观听感,使高音扬声器电声性能有显著的提高,使高音更加清脆亮丽。
音响振膜原理图
在所有天然和合成材料中,金刚石的弹性模量最高,声传播速率最快,硬度最高,低密度,声阻尼特性较好,比重低,高保真,优异的高频响应特性,并且金刚石具有高热导率,有利于将音圈所产生的热量通过振膜向空间散发,从而提高扬声器能承受的输入功率,避免因长时间大功率输入导致烧毁音圈或改变喇叭阻抗,影响声音定位的准确性。因此金刚石是高保真扬声器高音单元喇叭膜的优异材料。
CVD金刚石具有很高的弹性模量和较低的质量密度,是声波传播速度最快的材料,纵波声速高达18000m/s,是常用振膜材料AI, Ti的三倍多,是制作高保真声学器件的理想材料。虽然Be的声波传播速度也不低,但Be的毒性使其应用受到很大限制。利用CVD金刚石制备的直径26mm的扬声器振膜其分隔频率高达70kHz,是AI的2倍多,比Be的高出40%。