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2012/06/27發表,已被閱讀 19,156 分類:原廠故事
內凹式鋁鎂振膜與鈹高音 2012 Focal原廠專訪特輯

除了W-Cone之外,內凹式高音單體也是Focal最著名的專利之一,內凹式高音單體最早用鋁合金振膜,後來進化為鋁鎂合金振膜,而最頂尖的Focal高音單體擇要屬鈹振膜高音,以下就讓我們深入瞭解Focal高音單體的特殊之處。

在帶領我們走上Focal工廠二樓高音單體製作的區域之前,Jean-Philippe先向來訪一行人說明:「走上樓梯,請不要拍照,因為那都是Focal的祕密。」什麼?不能拍照?那怎麼報導?Jean-Philippe承諾會給我們相關的官方照片,但高音單體的技術對Focal實在太重要了,祕密不能外流。

Focal規定高音單體生產線不能拍照,所以走進這扇門之後,相機就得關掉電源了,以下報導的照片則由Focal提供。

雖然Jean-Philippe負責Focal的銷售,但走進高音單體生產的第一站,Jean-Philippe照例來一段技術說明。基本上高音單體和中音、中低音或低音單體的結構一樣,不一樣的地方在於高音單體尺寸小得多,所以製作的流程基本上也差不多,只是單體的元件迷你許多。因為尺寸縮小,振膜當然不能用W-Cone,不過Focal的高音也有獨步全球之處,第一樣特點就是「內凹式」高音單體設計。

採用內凹式高音單體的理由

一般我們看到高音單體,多半採凸起的半球型設計,這種設計很直覺,高音單體的外觀像是聲波向外擴散的形狀,可是Focal的設計偏偏相反,振膜形狀一樣是半球型,但卻是向內凹,直覺上好像和聲波傳導的形狀不太一樣,可是這種設計有很重要的理由。傳統凸起的半球單體,因為高音振膜的形狀,所以音圈直徑大約和振膜大小相當,由振膜外緣推動單體。內凹式高音單體不然,因為振膜內凹,所以音圈直徑大約只有振膜的一半,從振膜凹下去的中央推動單體。內凹式高音單體因為音圈的直徑少了一半,音圈的質量也減少了一半,更輕的音圈不僅提升效率,也讓高音運動的速度、反應都更快。

內凹式高音振膜的好處,看圖最容易懂。左邊是傳統半球型高音,音圈裝置在振膜外圍,左邊是內凹式高音振膜,面積和軟半球高音一樣,但音圈尺寸可以進一步縮小。音圈縮小的,質量就降低了。

從Jean-Philippe的說明我們可以瞭解,內凹式單體最重要的技術特徵,是大幅縮小音圈尺寸以降低質量,藉此提高單體工作效率與高音反應速度。可是早期Focal推動內凹式高音單體並不算很順利,因為一般人認為聲波的傳導比較接近凸盆半球式振膜,換成凹盆,雖然有縮小音圈、提升效率的好處,但似乎和聲波傳導的波型看起來不太一致,所以很多人以為凹盆會影響擴散角度或頻率響應。因此,Focal用了許多實驗與數據證明振膜形狀與高頻再生沒有關連,擴散角度並不會因為內凹式設計而受到影響。

參觀Focal高音單體製作的第一站,就是內凹式振膜的製作,這部份採用機器製作,直接壓鑄成形,過程像是蓋印章一樣,薄薄的鋁片經過機器壓鑄,一片片內凹式高音單體振膜就成形了。

接下來Jean-Philippe介紹另一項Focal的專利,就是內凹式鋁鎂合金振膜高音單體,因為是Focal註冊專利,所以其他廠商不可以仿造。Jean-Philippe說以前有一家叫KRK的音響公司曾經仿造,但Focal提起訴訟,所以KRK不能再生產,其他廠家也一樣。

這就是Focal高音單體的生產線,一共兩條,我們去的時候只有一條生產線開工。

為什麼Focal要採用鋁鎂合金?Jean-Philippe解釋所有金屬振膜高音單體都會有特定的鈴振點(ringing),鈴振會產生讓人不愉快或刺激的聽感,而鋁質振膜的鈴振點在人耳可以感知的範圍內,要透過分音器設計來改善,可是換上鋁鎂合金振膜,鈴振點就會往下拉,離開人耳敏感之處,設計分音器濾波也更容易,所以在Focal的進階喇叭產品就使用鋁鎂合金振膜。

Jean-Philippe接下來針對振膜的硬度進一步解釋。關於振膜硬度比較,絲質軟半球高音最差,硬度指數只有50,因為振膜硬度不夠,所以單體進行活塞運動時振膜表面會變形,產生失真,接下來是鈦金屬振膜,硬度指數134,比較好些,硬度更高的是鋁合金振膜,可是鋁鎂合金振膜又更高了。不過因為單體造價的問題,Focal在比較平價的產品上使用鋁合金振膜,硬度夠,頻率響應也不錯,但製作成本比較低,譬如Dome、700系列與800系列,其他更高階的系列就換上內凹式鋁鎂合金振膜高音。再更貴的機種呢?那非鈹高音莫屬了。

在結束技術講解之前,Jean-Philippe特別強,調鋁鎂合金振膜內凹式高音單體是Focal全球註冊專利,可是重點不光是鋁鎂合金振膜,還要加上內凹式設計,以及音圈質量大幅減少,這些綜合起來才是Focal高音單體技術的精華。

雖然沒有辦法提供逼近真實的照片,只有原廠「沙龍照」給大家看高音單體生產線,但高音單體製作的程序和W-Cone中低音單體幾乎是一樣的,元件不脫振膜、懸邊、音圈、框體、磁鐵引擎等等,只是體積縮小很多,所以生產程序兩者差不多,一樣要黏接、銲接。

不過內凹式高音振膜組裝過程中最關鍵的地方,就是內凹式振膜與音圈黏合時,必須要讓音圈與振膜對準正中心,如果這裡有一點點不準確,那麼單體就毀了。要怎麼把內凹式高音振膜與音圈對準?靠的是精準的模組與機械,Jean-Philippe說這些機器與模具都是Focal自行設計開發,並且註冊專利,專門用來校準組裝,為了怕別人摹仿,所以我們進來高音單體製作的生產線上,不准拍照。

高音單體的生產線還有一項特點:只有女性同胞在這條生產線上班!Jean-Philippe解釋這不是因為Focal歧視男性,但經過多年的生產經驗累積,他們發現女性同胞做精細的工作比男性同胞好,而高音單體的製作因為零件縮小很多,所以女生做得比男生要好,良率更高,所以高音單體生產線都是女性同胞。

高音單體的品管依然是百分之百檢驗,品管過程依然是兩道程序,電腦測試檢查之後,再經過人耳聆聽檢測,和W-Cone單體的品管過程一模一樣。Jean-Philippe說如果在檢驗時發現單體成品有問題,確認不合格,Focal會直接把單體丟掉,而不會把不良品修復。另外高音單體的生產線總共有兩條,看訂單的狀況可以調整一班或兩班制生產,不過這裡就沒有區分高階或入門產品,兩條生產線是一樣的。

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鈹振膜高音單體的「製作工房」

看過鋁鎂高音的製作之後,生產線尾端有一個獨立的房間,Jean-Philippe說這裡是專門生產鈹高音的Work Shop,我們可以稱之為「製作工房」,負責鈹高音生產單位管理的經理,在Focal已經工作了32年,等於是公司才創立就進Focal上班的元老級員工。為何不稱為生產線,卻稱為「工房」?代表鈹高音也是少量生產的精緻高性能單體,而不是普通可以大量生產的單體。

Jean-Philippe解釋「鈹」是一種金屬,不是合金,也不是「行銷名詞」。Jean-Philippe不忘揶揄競爭對手,他說「鑽石」說穿了只是碳,鑽石振膜是拿來做行銷的名詞罷了,但鈹高音不一樣,是紮紮實實有技術的高音單體。

純鈹金屬的價格非常昂貴,究竟有多貴?Jean-Philippe說純鈹的價格大概是相同重量黃金的100倍,所以他開玩笑的說,如果女朋友或老婆生日,記得買一對鈹高音的Focal喇叭作禮物,告訴她那比黃金還貴一百倍。

當然,Focal自己不能冶煉純鈹,一定是向外購買,所以他們對外採購純鈹金屬薄片,預先切成小方塊,然後才在St. Etienne的工廠裡壓鑄製作鈹高音振膜。Jean-Philippe表示全世界購買純鈹最多的是美國太空總署(NASA),排名第二的就是Focal,可見他們鈹高音喇叭賣得很好。

Focal總共有兩部製作鈹高音振膜的機器,圖中那一部是Mahul早年親手設計打造的老機器,現在還可以工作,但Focal為了提升產能,另外設計了一部新的機器來做鈹高音振膜,我們去的時候工作人員用的就是新機器。

製作鈹振膜的房間像是獨立的無塵室,裡面的工作人員還要穿上防護衣,因為純鈹加工時遇到高溫(大約800度)會釋放有毒氣體,所以工作人員要全副武裝,避面工作時受到傷害。Jean-Philippe要我們從透明的玻璃窗往最裡面看,角落有一部沒有在使用的老機器,他說那是最早Mahul自己設計製作鈹金屬振膜的機器,當年要對鈹金屬金屬加工很困難,所以Mahul必須自己設計適當的機器,才能製作內凹式鈹金屬振膜。那部老機器也申請專利通過,所以製作純鈹高音的製程也是Focal的專利,其他廠家不能仿造。不過我們現場看到工作人員操作的機器頗為新穎,Jean-Philippe說那部Mahul打造的老機器依然可以使用,但是效率不夠高,Focal需要更大的產能,所以委外製作了新的鈹高音振膜加工機器,製作速度快多了。

製作鈹振膜的原料是99.99%的純鈹金屬薄片,預先已經切成小正方形,工作人員正準備把鈹金屬薄片放進機器。鈹振膜要高溫壓製,但溫度超過800度,鈹就會釋放有毒氣體,所以Focal的工作人員要全副武裝穿好防護衣。

鈹高音的製作和鋁質振膜、鋁鎂振膜相似,把正方形鈹金屬薄片放進機器裡,利用高溫及高壓壓鑄成形,只是鈹金屬的特性更難加工,溫度、壓力與時間更要精準掌控,否則不良率會很高。

利用高溫高壓壓鑄鈹金屬薄片,等一會兒鈹振膜就成形了。

鈹金屬振膜製作和鋁鎂合金振膜差不多,都是靠壓鑄成形,但不一樣的地方是鈹的金屬特性比鋁鎂合金困難很多,因為鈹金屬如果要壓鑄成形,必須要在很特定的溫度與適當的壓鑄時間,才能成形,如果溫度不對、施壓時間不對,鈹振膜都會產生裂痕,昂貴的純鈹原料就報銷了。

Jean-Philippe說Focal原廠的同仁常常笑稱鈹金屬是「UFO金屬」,是外星人太空船在用的金屬。為什麼?前面不是說過鈹振膜要靠加熱加壓成形,剛做好的鈹振膜應該很熱,可是如果立刻直接用手去拿鈹振膜,竟然不會覺得燙,因為鈹金屬的散熱特性超強,才剛加熱製作,馬上把熱量散發。這種物理特性用在高音單體有什麼好處?Jean-Philippe說高音單體工作時會有熱量產生,這些累積的能量會影響聲音的表現,可是鈹金屬的散熱特性超好,所以不管音圈怎麼發燙,鈹金屬振膜馬上把額外的熱能散發掉,不會囤積在內部,也不會對聲音造成負面影響。

剛壓好的鈹高音振膜。

Jean-Philippe拿起一片加工過的鈹金屬振膜給同行的團員看,請大家試試看重量,不過因為還沒切邊,他請大家注意不要被邊緣割到手。為什麼要大家實際拿拿看?Jean-Philippe要大家感受一下鈹振膜究竟有多輕。回歸高音單體設計基本,振膜材料質量越輕越好,剛性越高越好,鈹振膜剛好都符合這些特性。

鈹振膜壓好了還是熱的,吹吹風散熱。Jean-Philippe說Focal同仁戲稱鈹金屬是「外星金屬」,雖然才剛剛高溫加壓,可是一出爐馬上可以用手指頭拿,還有餘溫,但不會燙到手,顯示鈹金屬的散熱性能絕佳。

吹風降溫後,準備可以組裝了。

頻率響應高達50kHz

鈹高音的好處在哪裡?當然是優良的頻率響應,高頻延伸可以拉到50kHz。Jean-Philippe接著說,很多人都在問,人耳聆聽的最高範圍不是只到20kHz,為何我們需要延伸到50kHz的喇叭,人耳不是聽不見嗎?

Jean-Philippe解釋的很好,人耳所聽到的聲音由基音與泛音組成,基音是我們認知的音符,所以史坦威和普通鋼琴彈出來的Do,音高都一樣,但是在基音之上還有好多度泛音(每一個八度就是泛音點),基音和泛音混合在一起,才構成人耳辨認的音色,也就是基音加上泛音,我們就能分辨昂貴史坦威鋼琴聲音的美妙,普通家裡面的鋼琴很難比得上,或者區別昂貴的史特拉底瓦里小提琴與普通小提琴音色的差異。所以Focal之所以要把頻寬拉到50kHz以上,甚至比CD或擴大機的頻率響應更高,為的就是要在基音之外,還能照顧豐富的泛音,超高頻寬的設計為的不是單純的發聲,而是為了更美的音色。

鈹高音頻寬延伸至50kHz,能再生美妙的泛音,讓音樂聽起來更豐富。Jean-Philippe強調,全世界只有Focal擁有製作純鈹高音的技術,其他廠家推出的都不是「純鈹」,雖然也叫鈹高音,但Focal使用99.99%純鈹加工製作高音單體,絕對獨一無二。

鈹高音這麼好,世界上也有許多其他廠家宣稱他們也會製作鈹振膜高音,它們和Focal有什麼不同?Jean-Philippe強調全世界只有Focal的鈹振膜使用99.99%超高純度的鈹金屬,但其他人的鈹高音都是鋁合金振膜表面電鍍鈹分子,或者採用蒸鍍製作,目前世界上沒有第二家廠商像Focal這樣,直接拿99.99%的純鈹振膜製作鈹高音單體,這項技術目前只有Focal擁有。

從內凹式鋁質振膜、鋁鎂振膜到鈹高音,Focal關鍵的單體技術大致介紹完畢,接下來就是把各部元件與音箱、分音器組裝起來,Focal原廠之旅且看下回分解。

廠商資訊

名稱:音寶
電話:02-27865298
地址:台北市南港區成功路一段32號1樓
網址:www.focal-jmlab.com.tw

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