本文转载于：中国立体声论坛-《写不脸红的文章，做不脸红的产品》特辑，邀请了前所未有十四位生产者撰稿人。今天带来分享的是Laurence Dickie，&W Nautilus和Vivid Audio Giya的设计师。

自成立14年以来，VividAudio被公认为世界上最出色的扬声器制造商之一。据说，我们对工业设计的高度关注被认为是对工程设计的背道而驰，但这完全不是事实！Vivid  Audio是一家以音频工程技术为主导的公司，我们的产品一贯以遵循物理定律为首要原则，其次再考虑基本美学接受的范围。
 
我们于2008年推出了首款Giya系列扬声器G1。八年后，在发布了一系列较小的下级衍生产品之后，我们更新了新旗舰G1S。这是我们多年来研究积累工作的总和，请注意，G1S并非G1的小改款，很多设计亮点在G1S是首次运用。
 

 
如果说所有Vivid Audio扬声器的设计都有一个核心理念，那肯定是要消除共振与反射带来的问题。当然，这可以通过完全消除产生共振与反射的根源而实现，不过在实际情况下，我们通过将影响上移直到脱离可听频段来实现。人的耳朵对这两种影响特别敏感，因为我们已经进化为习惯依靠声音来揭示关于眼睛看不见的信息：共振会提供有关物质本身的线索，而反射则告诉有关空间环境的信息。

Vivid Audio的故事始于我还在B＆W工作的时代，当时John Bowers（Bowers & Wilkins的两位创始人之一）要求我研究如何制造出具有静电特性的动圈式扬声器。他在70年代初期成功研发了带有ESL静电中高音单元的Model 70扬声器，随后在1979年研发生产了Model 801动圈扬声器，但John始终觉得，尽管ESL有缺陷，但声音仍然更好。

我的工作将面临三个难题：首先是振膜，该振膜要起到完美活塞的作用，工作上限远超于其负责的频段上限。这与用于中音单元的传统锥盆振膜相反，传统振膜在其工作范围内本身处于分割震动模式，无法完成完美活塞运动；其次是在驱动单元的后部装上一个不会产生共振的外壳，经过试验，指数衰减锥形管具有最佳的无共振性能；最后，如何使用没有锐利边缘的外壳以防止衍射源和干扰源。
 
B&W Nautilus鹦鹉螺扬声器是这项工作的高潮，它于1991年首次作为原型机展示并于1993年正式推出市场，反响良好。鹦鹉螺一推出即被公认为是一种外型古怪却极富标志性的产品，最重要的是，它代表了低染色动圈扬声器设计的新里程碑。
 

十五年后，Vivid Audio推出了G1 Giya扬声器。即使是最随意的观众，也不会不注意到它与鹦鹉螺之间的联系。在顶部向后弯曲的，是最独特的锥形管设计，与前作一样，这种外观特征掩盖了至关重要的一项性能工具。
 
从声学上来说，直接在驱动单元背后添加一个锥形管相当于添加一个密封的外壳。在VividAudio，我们从一开始就决定，在权衡低音延伸、单元偏移、外壳尺寸和音箱灵敏度等问题时，锥形管外壳是最佳选择。问题是如何将低音反射负载优势与指数渐缩吸收相结合，如果仅在鹦鹉螺上增加一个通风孔，结果将令人失望，因为锥形管的设计目的是去除低至20Hz的能量，而只开反射口除了作为气流泄漏之外没有任何帮助，我们希望其能消除从锥盆单元后部产生的反相位声音，并能够再减少一些单元正面的发声。通过计算器建模，2006年我们发现可以使用具有截止频率的指数管，从而吸收不良的外壳共振之余还能对端口共振没有影响，我们终于找到了两全其美的方法。
 

 
锥形管增强的低音反射并不是G1或其他Giya系列中唯一发表的创新技术。自2004年推出B1扬声器以来，我们一直在生产具有多种创新技术的扬声器：加强型碳纤维球顶网罩、高磁通量径向磁体、中高音单元指数锥形管、低音单元全新的铝锥盆单元（经过具有超过880Hz交叉频率的活塞性能FEA优化），镂空的高开放型单元盆架以及密集打孔式音圈骨架，还有所有喇叭单元均不直接安装在箱体上，低音单元成对安装在箱体的左右，以消除运动时的反作用力等等。
 
好了，还是让我们从中高音单元使用的增强型碳纤维球顶网罩开始，来详细谈谈这些技术吧。
 

增强型碳纤维球顶网罩
 
请注意，我们寻求的，是尽量推高球顶振膜遇到结构性共振的第一频率点。当达到这个频率时，振膜中心位置会出现上下摆幅，而外部边缘会跟随着出现前后移动。如果在球顶的边缘添加一个碳纤维环则有助于支撑并抵抗径向变形并推高其共振频率。这是首次在Nautilus中完成的结果，第一共振频率从11kHz提高到了15kHz。
 
其他扬声器厂商为了简化制造，大都使用球形顶盖，但是通过加持FEA技术后，我们发现与碳纤维加强环一起使用的最佳形态，是拥有两端支撑链的十字结构。这种碳纤维环+十字结构的组合将分频频率推高到21.5kHz，比普通的半球顶高音几乎高了八度，对世界扬声器领域而言是一项重大改进。
 

 
高磁通量径向磁体
 
使用半球顶高音振膜的扬声器，一般在单元背后设置常规圆型磁体或选择在音圈外围设置扁平状排成环型的磁体。我们没有这样使用圆型磁体的理由，是因为单元背后的空气量太小会导致基本共振点过高；如果在使用排成环状的磁体也会有一个问题，外圈直径会很大，这意味着如果你在高音单元旁边设置一个中音单元，因为磁力影响它们互相排斥，但理想情况下我们希望两者的距离小于一个波长，以防止在声波交叉处出现垂直波瓣。
 
解决既具有小直径又有大中心孔问题的方案，是使用径向极化磁性柱体材料，组成圆环，圆环外面是一个磁极，里面是另一个磁极。不使用圆型磁体将磁通量引导到间隙，而是使用同心套管设计，这样做的另一个好处是减少杂散磁通量，更好地集中在我们需要的间隙中。
 

指数锥形管的背部负载
 
随着扬声器单元振膜的来回运动，振膜前后两侧都会产生声音，但如果允许两者交汇，两种声音就会互相抵消。因此我们必须将声音从扬声器单元背部进行封闭。在不增加声学共振的情况下如何保留背部负载一直是一个大问题，尽管总是可以通过增加纤维棉填充量来增加外壳阻尼，但这样做也会为振膜的运动增加阻尼，从而降低整个扬声器的效率。试验已经发现，装有密度不断增加的纤维吸音棉的指数锥形管可提供理想的负载条件，使背部声音自由消散，而不会产生共振或反射。

圆滑的表面处理
 
将单个喇叭单元安装在圆柱体的侧面会具有出色的无衍射性能，不过在多单元的多路系统中，这种外形需要进行调整，使得箱体在高音单元位置比较窄，越往下越宽，低音单元位置是最宽的，而且始终保持边缘要尽可能的圆滑。

箱体与单元分离设计
 
正如Isaac Newton牛顿在其第三定律中首次总结的那样：对于任何作用力,都会有一个大小相等、方向相反的反作用力。这意味着当音圈由于电流与磁场相互作用而受力时，磁体也受到相同的作用力，向着相反的方向施力产生振动。不过这种振动很小且听不见，但如果磁体与箱体接触，则会激发大面积结构共振，共振就会更加明显。
 
简单的解决方案是把喇叭单元架着安装在柔软的硅胶O形圈上，以消除振动。
 

反作用力相互抵消
 
虽然硅胶隔离工程在中高频驱动单元中效果很好，但对于低音驱动单元却不太实用，因为橡胶太软而不能有效地支撑起单元重量。我们通过将低音单元成对地安装在箱体的相对侧，这样一来，振膜运动时向左右两个方向同时运动，可以完全消除反作用力。

反作用力抵消倒相孔
 
当空气从倒相孔涌入和喷出时，外壳箱体会受到反作用力，作用方式与火箭会沿着发动机气流相反的方向移动一样。同样地，完美的解决方案是在箱体相对侧使用两个开口来消除反作用力。
 

密集打孔式音圈骨架
 
大多数低音单元的中心极上都有一个孔，以减轻防尘帽后部的压力，压力可能会限制极低频段时低音盆的运动。不幸的是，这个开孔会以几百赫兹的频率与中高音单元背后空腔中的空气产生共振。尽管开孔位于单元后方，但仍会影响低音盆的完美运作，影响来自前方发出的声音。
 
通过对音圈骨架进行强力打孔，可以使共振频率向上移动而不会影响人耳听感频段。
 

当我们设计第一个Giya系列G1模型时，如果使用与Oval系列相同的浇铸聚合物混凝土，每一个外壳重量将接近200kg。当然，将扬声器质量与重量划等号是传统认知，但作为工程师，我会质疑这是否适当有必要。上面我们说过，使用正统的前向低音单元会产生反作用力，使用沉重的外壳确实有助于使箱体保持稳定，但是一旦施加反作用力抵消措施，就不需要这么笨重的箱体了。
 
请注意，箱体的主要目的是控制声压，因此它必须坚硬，同时任何结构共振模式的频率都应远离于单元负责的声音频段，这样的话就需要尽量轻质。因此，扬声器箱体必须轻巧而且坚固，这样的要求在航空航天以及高性能汽车领域非常普遍，常用的解决方案是使用三明治复合材料，上下两层高强度蒙皮，如碳纤维增强塑料或金属，粘合在低密度芯材料，如蜂窝或轻质泡沫的上下两侧。
 
对于Giya，我们选择使用玻璃纤维增强外皮和巴尔萨横断木芯，在真空环境下将液态树脂注入材料中以得到具有最低树脂含量的复合材料，这样得到我们所需要的轻质外壳材料。最终的G1扬声器外壳重量为24kg，而不是最初预计的200kg，不仅谐振点尽可能地拉高，对于经销商和最终用户来说扬声器也更容易搬动。
 

继2008年发布G1之后，Giya的后续版本每两年发布一次，每次的箱体体积都逐渐缩小，从G1一直延续到G4。
 
G1的后续版本G1 Spirit或者叫G1S，最终于2016年推出，200立升内部容积与G1相同，但具有一些重大改进，这些改进或许在外观上并不明显，如果将这些改进说出来，我想我绝对不会脸红。

低音部分由最新的C225-100低音单元负责，该单元具有100mm音圈，而不是原始G1中使用的旧款76mm音圈。
 
音圈不仅直径增大了33％，而且长度也增加67％，因此总体使用面积和控制力加倍。
 

低音单元音圈规格的变化，会导致单元深度的增加，所以容纳低音单元的下部外壳，其宽度增加了40mm，这也是为什么你们在直接对比是，觉得心G1S变得矮了一些，身高也短了一截，矮胖后的总体容积没有发生改变。
 

 
不过，仅仅增加低音单元的输出功率而不增加中低音单元的功率处理能力是没有意义的，因此全新的C125-75中低音单元使用的是直径为75mm的大音圈，而不是原来的50mm音圈。
 
不仅如此，新设计的中音喇叭单元的与低单元构造一样，磁体被紧贴设置在音圈周围而不是后部。在音圈旁设置磁性材料会大大降低音圈的非线性效果，减小电感，从而减少失真并改善驱动器的高频性能。

 
更换为更大尺寸的全新音圈也使我们有机会重新优化锥盆和球顶部轮廓，再辅助碳纤维固定环作用，成功将第一共振频率从6kHz推至11kHz。
 
G1S首次引入了D26高音单元和D50中频单元的“Integral Screen”版本。最初纯粹是作为设计练习而作的，但我们对全新格栅的美观性感到非常满意，尤其适合精致的D50中音单元。
 

当然，G1S的所有驱动单元都安装有指数锥形管，它们已经过重新调整，以配合旗舰产品达到更高的标准。
 
箱体的内部结构完整性最初是通过使用市售的玻璃纤维增强格栅来确保的，但随着G1S的推出，我们开始使用在自家CNC铣床上切割完成的尺寸精确的真空灌注三明治夹心板制作这些组件。与原始G1设计相比，加上工具和工艺方面的改进，每个G1S箱体可节省约10公斤树脂原料。
 

G1S既可以使用常规的内置分频器，也可以通过带有专业级接头的NL-8八芯接线将外置无源分频器连接到扬声器上，外置分频器也有四个端子方便双线分音，如果顾客希望使用自己的有源分频器，只需要拔下无源分频器并将八芯接线接驳至单独的四个放大器即可，尽管我们没有提供有源分频器，但与我们合作的Devialet，Trinnov和Linn，他们都可以提供DSP分频放大器方案。
 

 
毫无疑问，Vivid Audio Giya扬声器是世界上工程技术最先进的扬声器之一，充满了工程创新技术，带来了超凡卓著的声音效果。它们不仅在测试参数上效果完美，全世界的评论员与最终用户都意识到，Vivid Audio可以消除聆听者与表演者之间的距离，使得两者得以步调一致地，共同欣赏美妙的音乐。
 
最后，希望你也喜欢，我不会脸红的作品。
 

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