微米和纳米科技材料

[声音驿站]谈谈纳米技术在音响器材上的运用

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汇聪智能——声音驿站

纳米nanometer是一种长度的单位,一纳米是十亿分之一公尺(10-9m),一个物体在接近分子结构的体积上,会产生量子效应及现象。它所产生的特殊物理、化学、生物性质或现象,会将原子或分子组合成新的纳米结构,以其为基础设计运用,制造成新的材料,而改变原本的物理性能。也就是说它能制造出新的自然物质,而在可控制的范围内,改变或改善我们现有材料的缺点。

好听的声音要能听到及感受到音乐及歌者的感情,几乎能体会歌者的表情,尤其要表现极细腻的细节,而这些都牵涉到整个音响的速度反应及对应的确实度。音响的确都是往这种方向发展的,且在基础原材料原件上,在效率及频宽上,一直在追求更好的质量。比方在线材由原先的一般铜线,发展到OFC无氧铜,纯度由4N到7、8N都有。单结晶PC-OCC,也有纯银线,单结晶银线;电容器由早期一般电解电容一直进步到低ESRForAudio,耐高温型、迷你型、无极性NP进步至BP,交连电容由纸质电容到金属膜电容,进步到PP质电容。但是有些电容确因为环保的问题而无法继续生产,像是油质电容,原先是用多氯联苯浸制,才能有很好的稳定性,而现在都改为其它介质,性能相对也无法和以前做比较。电阻也由早期碳精到各式氧化皮膜、有感无感,精准度、外型体积都有各种不同用途的进步。但是在音响上碳精电阻有不错的音质表现,但是缺点是热噪音大,体积大,还有精准度也差。再下来就要谈一般人比较少了解的电感材料,其实在音响器材内电感占有相当大的比例,比方电源变压器、管机的输出变压器、扼流圈、音箱、分频器,还有匹配变压器、动圈式麦克风、LP动圈动铁式唱头、各种马达、继电器。

谈到电感就应该谈到电磁现象,简单的说,有电能就会产生磁能,有磁能就能感应电能。磁能是电能转换中的介质,导磁是电能转换时重要的物质,一般导磁材料有铁、钴、镍、有硬磁类,像永久磁铁、单元磁铁、LP唱头、麦克风头等,软磁性是暂时性,像导磁密度、磁通量高的变压器的铁心、继电器等。

而纳米技术在音响上的运用,主要的是变压器内的导磁介质的改革。变压器一般使用是无方向性硅钢片hilitecore,主要考虑成本价格及加工方便,方向性硅钢片orientcore运用在高效率变压器及一般输出变压器,到现在看到的绝大部分都是此类硅钢片所生产的。但是目前也有一部份国内外厂商改用镍铁合金nickel来改善变压器的频宽,不过这些材料都会难免在加工时,延展热处理,回火等造成杂质。及其在实际使用上,基本的物理现象在导磁极性的转换下,时长反应慢,造成的磁滞损,钢片中的涡流损,而造成损失。一般变压器最大的问题在于材料质量和速度形成铜损及铁损,再就是如果变压器内线圈因为有直流通过会造成磁饱和现象,减低交流电交换时所需的磁通量。尤其在单端输出变压器及推挽输出变压器在不平衡屏流的情况下,一般变压器都在铁心磁回路加以切断,以减少直流的磁通饱和度。而运用纳米技术所生产的导磁物体,系应用高密度堆积而成的导磁体,因为体积小,因而导磁方向改变的速度就非常快,相对频宽就更为宽广。

再就是因为彼此粒子间电子不会流动,所以是非导电体,在运用上它的铁损比一般铁心少数千分之一,几乎测不出来。再就是一般硅钢或镍钢铁心在使用前须要用热处理,以改变物理特性。而一般的物质在高温下会造成结晶状态,所以温度的控制相当重要,而纳米技术下所生产的导磁产品是无结晶体,所以称为纳入米非晶。纳米非晶因为它是堆积而成的,不像一般硅钢片粒子互相勾结外形坚硬,能做EI变压器铁心。纳米非晶相当的脆弱,无法承受外力及太大的振动,会有一点软的感觉。它原先设计并非使用在一般变压器,现在要使用在变压器上会造成许多的困难,所以在实际运用上须要加以固化,及包装保护。再来它的磁通密度和一般的钢片不同,绕制方法及分布电容须要经过更多实验。但就目前所得的结果使用在输出变压器上,会具有相当多的不同的结果。

在纳米非晶测试上,它的频宽响应较一般铁心宽得太多,瞬态响应及二次谐波失真更是几乎难测得到,而且铁损用目前手边现有的仪器都无法测出。为要多了解纳米非晶的实际性能,唯有实际装机试听,才能了解真正的差别。问题是当初次接触这种东西完全不知道要从哪里下手原因是在音响上并没有特定的规格数据?只能用猜的来做实验。首次用了纳米非晶聚磁和磁通量高的来绕了两个50W初级5.6k输出推挽变压器来试,结果却大失所望,完全不是那回事,效能高不代表质量好,听起来声音怪怪的,高音中音糊成一片,以为这种东西不能用,直到有天遇到一位对纳米金有研究的朋友谈起才知道这类产品要跟据所使用的特性,特别在加工途中针对用途性能加以改变制程,还有在热处理时的回火要求不同,能有很大的曲线变化,接着陆续做了二十几次不同的改善,花了两年时长总算有了个谱,当然在这过程还有绕制上的问题,就算装机上也会有不同的结果,不过上天不辜负苦心人,总算有谱也算让我知道窍门,开发出真正好听的纳米变压器。

在实际装机试听后,我发现它改变一般人对真空管音响有拖慢,高音比较模糊圆滑的感觉,低音会有饱满及拖的现象。而纳米非晶实际在试听时感受完全不同,当第一声发来第一个感觉就是比较一般输出变压器明显地好听,透明度清晰度让人耳目一新。再仔细听下去更感受到各种的细节,以前没听到的各种气音,口水声呼吸声明显许多,空气感、聚焦能力、纵深及定位都是一般管机难以比拟的,就像是早晨将窗帘及窗户打开时清澈的空气和温暖的阳光拂面而来,让人有一种诱人的舒畅和开朗通透的气氛,不知不觉的让人松懈了下来,完全不须要聚精会神的聆听细节。那种自然不做作不像是在听一部音响,就像一个能和你交流对话心灵沟通的人,能把各种音乐原创着内心的表达完全呈现在你的心灵中,好的音响就是能将音乐中的灵魂表现出来,而纳米非晶的出现将会让你完全同意我的说法。现在你需要的就是设法真正的听到纳米非晶的产品来证实这件事。在实验中突破纳米材料上的各种加工困难及技术层次研发,已经克服性能上的盲点和传统的硅钢镍合金钢上的各种缺失,相信是目前全世界最顶级的音频变压器,使用范围包括输出变压器、推动变压器、升压器、匹配变压器、对称变压器等。尤其是在没有铁损及完全平衡绕制下,在低频至15Hz仍能完美输出,在高频因为具有极快的反应细节不流失,失真度更是传统变压器难以比凝的优越性能!不过目前仍然不适合用在电源变压器,上主要原因有两个:第一它的截面积磁通量约一般铁心百分之七十,体积变大铜线变长损失变大,第二纳米铁心需要延伸的空间强制固定会使性能降低,这样下来会让变压器在使用时造成振动引起噪音。其实纳米材料也没必要使用在电源变压器上。(汇聪智能——声音驿站)

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