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認識氣動式單元的運作原理

2020年08月14日

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。不難發現有很多喇叭都用氣動式單元負責處理高頻部分,其好處是聲音自然,反應速度快。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。

氣動式單元僅有 40 年歷史

氣動式單元大都負責喇叭的高音部分,全名為 Air Motion Transformer,簡稱 AMT,是由 Oskar Heil 博士於 60 年代發明出來的產品,於美國取得多項專利,這種高音單元又被稱為 Heil AMT。在 1972 年 ESS(ElectroStatic Sound)正式推出第一款應用 AMT 技術的高音喇叭 AMT-1,當鋁金屬震膜通電後,會因磁場而產生相斥及相吸作用,擠壓空氣達到發聲效果;其後專利過期,不少廠商開始製作氣動式單元,例如 Elac 的 JET 或 Adam 的 X-ART 單元等等。

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。
氣動式單元是由 Oskar Heil博士(左)於 60 年代發明出來的產品。(HEDD 官方相片)

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。
在 1972 年 ESS 正式推出第一款應用 AMT 技術的高音喇叭 AMT-1。(YouTube 影片截圖)

大幅提升高頻延伸性

氣動式單元的發聲原理與一般半球形單元完全不同,由於沒有線圈、抑制環等組件,氣動式單元是透過一塊摺合式的薄膜,猶如手風琴形狀般,並在薄膜上加入導電金屬,再配合磁場強大的磁鐵,從而令震膜左右來回震動,逼出空氣產生聲波。由於整個震膜的面積比一般單元大了不少,可以驅動多出數以倍計的空氣量,使高頻延伸性達至一個理想的水平。也許有人會說,人耳只能聽到 20Hz 至 20kHz 的聲音頻率,若高頻延伸去到 45kHz 會有用嗎?雖然不一定能夠識別出聲波,但是人的皮膚、骨骼、肌肉都會產生震動,直接影響到人腦的思考,在聽覺上,高頻的延伸愈高,聲音表現上會比較通透。

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。

將單元微型化應用在耳機上

或許大家認識 oBravo 這個台灣品牌是從他們的音響系統開始,例如取得不錯口碑的 AI-5、AI-25P 等,其實都同樣採用氣動式單元處理高音,而不是常見的軟半球高音。其後品牌轉戰耳機市場,也沒有放棄使用氣動式,因此成為了極少數將氣動式高音應用在耳機上的品牌。據廠方稱,他們的頭戴式耳機經歷了過萬次的測試、調整、失敗,將氣動式高音搭載動圈單元,並運用同軸式設計,實現全音域的逼真還原度。後來更把氣動式高音單元成功微型化,只有 8mm 的大小,應用在入耳式耳機上,獲得多項獎項備受肯定。

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。
oBravo eamt 系列入耳式耳機,結合了氣動式高音及動圈單元。(oBravo 官方相片)

理論上,氣動式高音單元需要一個密閉式的腔室,因此並不適合設計成為低音單元。但是,隨著技術的不斷發展,位於德國柏林的音響品牌 Heinz Electrodynamic Designs(HEDD),推出了全球首款配備自家開發氣動式單元技術的全頻頭戴式耳機 HEDDphone ONE,頻率響應範圍達至 10Hz 至 40kHz。氣動式單元相較傳統動圈、平板震膜或靜電,其空氣流動速度顯著更高,令氣流透過多重 Kapton 疊層擠出,速度較以往快上 4 倍,以至呈現更豐富的聲音細節上均有絕對優勢。

有玩開兩聲道喇叭的讀者,相信也聽過氣動式單元,就算未聽過都應該見過。而近年氣動式單元已逐漸微型化,成功運用到頭戴式耳機身上,連入耳式耳機都有。
HEDDphone ONE 的結構圖,只用氣動式單元就能令頻率響應達至 10Hz 至 40kHz 的水平,是技術上的突破。(HEDD 官方相片)

總結

製作困難 價錢不菲

氣動式單元主要是透過一塊摺合式的薄膜進行發聲,但先天結構具有很尖銳的指向性,所以調聲方面有一定局限,在研發時,往往要對震膜面積和磁鐵厚重作出多次修改,所以製作工藝相對複雜,而且成本較高,因此這類耳機的售價絕不便宜,相信短時間內難以在耳機範疇上普及起來。另一邊廂,發現不少耳機廠商,近年不約而同加入靜電單元,掀起新一輪技術競賽,這類靜電單元同樣也可提升高頻或超高頻的水準。 

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