用100%純鑽石做喇叭?這可能是車載音響史上最「硬核」的追求

蔚來
04/30

ES9發布後,前來蔚來門店體驗的用戶們絡繹不絕。各方朋友們都對九霄天琴沉浸聲系統的表現讚不絕口,無論是聽音樂還是觀影,大家普遍的感受是純淨、有質感,極致沉浸,極致享受。

今天我們想和大家簡要分享,車載音響是如何從最初只能播放廣播的單一聲源收音機,發展到如今可構建三維聲場的沉浸式系統。蔚來的聲音團隊,為了沉浸式體驗的再進一步,踏上的極限探索之路。

單聲道時代

1930年,芝加哥商人高爾文(Galvin)兄弟取得了一項技術專利:通過消除引擎蓋的靜電干擾,研發出全世界第一台商用汽車收音機,並在新澤西州無線電製造商大會上展示了5T71原型機。一經推出,便受到了車企們的歡迎,訂單如潮水般湧來也是後世公認的首款取得商業成功的車載收音機。

產品的品牌名字是從「汽車 motor」和彼時暢銷的「留聲機產品 Victrola」兩個單詞掐頭去尾,組合而得——Motorola。是的,這就是摩托羅拉一切榮耀與輝煌的起源。

1930年的5T71,包括無線電收音模塊、調諧控制器、車載揚聲器(從左到右)

起初的車載收音機依賴真空管,其價格高昂、笨重易損的特點,極大限制了車載音響的普及。直到1962年,飛利浦公司發明了盒式磁帶。自70年代起,磁帶產品因其小巧便攜、更換方便,用戶可以隨時選擇自己想聽的音樂,開始風靡全球。因此在很長一段時間裏,磁帶播放器也霸佔着汽車的儀表台區域。

但受限於技術發展,在第一款車載音響誕生後的近40年內,絕大部分車內僅配備單揚聲器,採用單聲道(Mono)輸出。揚聲器振膜多為錐形振膜,振膜材料集中在紙漿紙盆、浸膠紙與複合紙漿,非常容易受潮和形變,製造的一致性和使用的耐久性難以保證。(注:振膜是揚聲器中負責振動的薄片狀部件,當電流通過音圈驅動它時,它會前後運動並推動空氣產生聲波。振膜的材料和形狀直接影響聲音的音質、頻率響應和失真程度。)

本質上,還只解決了車裏能否「聽個響」的最基礎問題。

立體聲+分頻時代

1969年,德國電子公司Becker推出了首款車載立體聲系統Europa Stereo。它採取左右聲道聲場分離,第一次讓車內聲音有了空間感車載音響正式從單聲道(Mono)邁入立體聲(Stereo)

它不僅奠定了現代車載音響的聲場基礎邏輯,還定義了「雙聲道主機+前後/左右兩分頻的揚聲器佈局」的配套硬件架構,成為後續幾十年汽車音響設計的通用設計範式。

Becker Europa立體聲系統(1969)

什麼是兩分頻揚聲器佈局?是指將全頻音頻信號通過分頻器劃分為兩個不同的頻段:低頻段(通常為20Hz–2kHz左右)和高頻段(通常為2kHz–20kHz),然後分別由低音單元負責中低頻,高音單元負責高頻段來播放,充分發揮不同揚聲器單元的優勢,使聲音更清晰、層次更分明。此外,揚聲器的佈局也從單一位置擴展到車門多個揚聲器佈局,聲音來使得聲場分佈更加均勻,聲音從此具備了方位感

揚聲器單元轉變為處理對應頻段的獨立聲學單元。其中高音單元開始採用以絲膜或織物類軟球頂振膜,以取代紙盆錐形高音,高頻延伸更寬、更平滑,能還原更豐富的泛音和細節,壽命和可靠性也顯著提升。

球頂高音單元

CD播放與多揚聲器立體聲

進入20世紀80年代,隨着CD光盤的問世,全球的音響技術又邁進了一大步。CD在音質上顯著提升,重放(playback)效果幾乎沒有底噪或電流聲,擁有更寬廣的動態範圍、更佳的頻率響應。

車載音響技術也不甘落後。隨着1984年先鋒推出世界上第一台車載CD播放器CDX-1,車載音響也迎來系統層面的架構全面革新,進入了多揚聲器與獨立功放的黃金時代:

  • 搭載多揚聲單元(通常超過10個)組成的陣列,配備獨立功放,並開始加入獨立低音炮單元

  • 結合主動與被動分頻技術,構建了基礎的DSP能力(注:DSP,即數字信號處理,解碼CD數據,並還原成我們人耳能聽到的音樂)

聲音的空間感和頻段表現顯著提升,頻段覆蓋更完整飽滿,低頻下潛深邃有力。隨着聽音體驗的質變,車載音響正式從基礎功能配置升級為用戶購車的核心考量點。

先鋒車載CD播放器CDX-1廣告(1984)

高音單元也隨數字音頻的發展進入材料升級周期。鋁、鈦等金屬振膜逐漸開始應用於車載系統,再次提升高頻解析力與延伸能力,但同時也普遍存在聲音偏亮、偏硬和聽感刺耳的問題。

DSP與調音時代

彼時傳統的模擬音響,仍然無法解決車內聽音的幾大痛點:聲場不對稱,左右揚聲器到人耳的距離不一致導致聲像偏移;反射聲和濾波效應,車內飾的玻璃、塑料和皮革等高反射或吸聲材料,聲染色明顯,聲音渾濁。

隨着半導體技術發展,為使用數字化手段解決這些難題創造了可能。一個重要的里程碑產品應運而生。1989年,原富士通天與豐田聯合研發的Super Live Sound System,成為早期最具有代表性的集聲場優化延時調節均衡控制於一體的車載DSP系統。

豐田Celica:全球首款搭載車載DSP系統

Super Live Sound System(1989)

DSP自此成為車載音響系統的核心能力。藉助延時對齊、多段EQ調節、目標曲線校準等專業數字調音手段,可依據車內的空間結構,對車內聲場進行更精細化的標定。經過數字技術手段,系統級優化升級,車內音響實現了聲場穩定性提升、聲像結像精準、全頻段頻響均衡的聽感效果,突破座艙空間結構對聲學表現的限制。這也標誌着車載音響進入以軟件定義聲音的智能化新範式。

同時,材料工藝與技術的發展,也讓聲學工程師們為高音單元打開了新的解決思路,通過為金屬材料增加塗層構成的複合材料,既保留金屬振膜的高解析力,又能避免尖刺感,為聽感找到平衡,典型的方案包括鋁+陶瓷塗層鈦+阻尼層,以及經過特殊處理絲膜振膜等。

高保真時代

沉浸式車載音響系統

對極致音質的需求不斷推動高解析播放器、無損格式音樂及高性能揚聲器在車內的普及。主流車企紛紛攜手專業音響廠商,同步整車研發,為豪華車型量身定製原廠高端音響系統,搭載專用的DSP和專屬聲學調校,實現更高保真的音質。DSP也不再是豪華車的專屬配置,逐漸成為全車系標配。

進入二十一世紀第一個十年,整車電動化和座艙智能化的技術浪潮相繼湧現。汽車不僅僅是駕駛工具,座艙成為繼家和公司之外的移動「第三空間」。車載音響的技術發展方向,從單純的聲道數量、功率的數值比拼,轉向構建三維聲場和追求個性化體驗

蔚來ET7是中國首台搭載

沉浸式音頻技術杜比全景聲的量產車型

在車內「聽音樂」從此升級為「體驗聲音」空間音頻(3D)技術通過多通道揚聲器架構,在頂棚增設環繞聲道佈局,在座艙內構建立體完整的三維聲學空間,讓聲音從四面八方傳來,營造出遠超傳統環繞聲的包圍感與臨場感——左前方溪水潺潺流過,右後方樹枝上有一隻鳥在鳴叫,頭頂微風輕拂樹葉沙沙作響,遠處偶爾傳來山谷的流水聲,彷彿身處真實山林。

空間音頻技術,讓用戶獲得更豐富、充滿情感共鳴的聲音體驗,實現「沉浸於聲音現場」的真實感。

ES9的九霄天琴9.2.4.8沉浸聲系統,採用行業首創的原生聲學佈局,9組環繞單元、對稱式佈局的2個超低音揚聲器、4個天空揚聲器以及8組頭枕音響,再次將座艙內的聽音沉浸感推向新的高度。

高音

是汽車音響的技術錨點

人耳對高頻聲源的方位、高度、動態變化最為敏感,因此高音單元在這場圍繞座艙聲學的技術和軍備競賽中至關重要。它負責還原旋律裏最細膩的細節:小提琴的弦顫、人聲的細節、樂器的泛音等。如果把車載音響發展看作一部「移動聽音進化史」,那麼高音揚聲器元器件的材料演進,便是這段歷程裏精益求精、追求極致的動人篇章。

前文提到,高音單元通過引入複合材料振膜,同時兼顧高頻的解析力和聽感,其核心設計邏輯是在材料剛性、質量阻尼之間尋求折中。然而,在多參數中求取平衡,意味着每個方面都要做出一點妥協,結果是「兼容」而非「最優」。

要追求純粹極致的高音,就必須追尋完美的高音振膜材料。

ES9為什麼用100%純鑽石?

蔚來在座艙空間聲學領域,潛心探索了十餘年,孜孜不倦地追求還原聲音的本質,堅持純粹的聲音美學,是剔除一切傳輸干擾與不必要的人為修飾,讓每一個音符、每一處細節,以最本真的形態在座艙內呈現。我們希望不斷通過技術創新和突破,帶來更「純粹」的聽覺體驗。

為了忠於原聲,極致還原「聲貌」,我們找到了鑽石,100%鑽石——目前人類能找到的最接近「完美高音振膜」的材料。

鑽石剛性強,其楊氏模量(注:楊氏模量是衡量材料剛性的指標)高達1050-1100 GPa,是鋁的10倍、鈦的5倍、鈹的3倍以上。鑽石振膜能實現近乎完美的「活塞運動」,幾乎不產生分割振動。(注:分割振動,是聲學研發要解決的基本難題之一,它會導致振膜的不同區域發出不同頻率的聲音,導致高音細節被過度強化變得刺耳,或者直接丟失,破壞了聲音的平衡度和真實感。)換句話說,鑽石振膜只會跟着聲音信號同步運動,不會自己「亂晃」產生雜音。鑽石高音單元能將高頻響應延伸至56kHz甚至更高,失真率低至0.5%,達到行業頂尖水平

鑽石密度極低,只有大約3.5g/cm³,振膜材料極輕極硬,起振和停振都擁有最快的聲速,達17000-18000m/s,約50馬赫。(注:50馬赫的速度,是民航客機的約68倍,是足以擺脫太陽引力飛出太陽系的驚人速度。)信號來了,立刻響應,信號停了,瞬間靜止,不帶一絲拖尾和殘留。這種極致的瞬態響應,讓每一個轉瞬即逝的細節都被精準捕捉,還原出音樂原本的呼吸與情感。

鑽石振膜實物(拍攝自聲學實驗室)

鑽石內阻小,即振動能量在振膜內部的損耗極小,一旦音圈驅動振膜運動便能迅速響應並精準停止,從而擁有極快的瞬態反應和極低的分割失真。這意味着聲音中的細微泛音、絃樂擦弦的質感、打擊樂的爆發力都能被毫無保留地還原出來,整體聽感透明、乾淨、細節如浮雕般清晰,且不會因能量滯留而產生拖尾或模糊感。

鑽石,在剛性、質量阻尼三個指標中,每一項都逼近了極致表現,完成了「不可能三角」。

為什麼追求超高頻?

有的讀者會問,人耳的理論聽覺範圍為20Hz–20kHz,多數人的聽覺能力往往上限在16kHz左右,而鑽石高音單元能將高頻響應延伸至56kHz,到了大家都聽不見頻段,有這個必要嗎?

或者說,為什麼所有頂尖音頻系統都在要追求超過20kHz以上甚至更高的頻響能力?

從聲學研發角度來看,當系統能夠支持40kHz的帶寬時,抗混疊濾波器不再需要緊貼20kHz截止,這使得濾波器的滾降可以更加平緩,從而顯著降低人耳可聽頻段(0–20kHz)內相位畸變與幅度失真

讓我們看圖說話,普通高音揚聲器單元(下圖藍色曲線)在20kHz附近頻段出現了明顯尖峯。這是振膜分割振動失控的表現,說明此時它已接近物理極限。這種非線性失真會串入人耳的可聽頻段,導致高頻聽感刺耳發毛。而鑽石高音(下圖紅色曲線)具備延伸至40kHz超高頻的能力,意味着其在10–20kHz重要的聆聽區間,曲線全程更平滑,無明顯異常尖峯,意味着依舊能處於輕鬆工作的區間,失真更低,聽感也會更順滑。因此,支持更寬的頻帶,保證更好的相位響應和瞬態表現,使系統在還原快速變化信號時更加準確,讓高音表現更通透還原、更極致。

所以追求「高頻延伸」的核心意義,在於提升人耳可聽範圍內聲音的純淨度與穩定性。這就像消防員們的訓練負重總是遠超實戰需要的最大負重,只有平時能承受的極限更高,實戰中才能穩定發揮。同樣,「極限能力」推得足夠高,日常最高頻的那部分使用就更遊刃有餘

近百年間,車載音響的每一次進化都在回答同一個命題:如何在移動的座艙裏,聽見更真實的聲音。

今天,當蔚來ES9用100%純鑽石高音,將九霄天琴沉浸聲系統的性能推向新的巔峯時,這場演進的本質愈發清晰——所有對帶寬、失真率、瞬態響應的「過分」追求,最終都是為了還原打動人心的聲音,讓用戶獲得極致純粹的聽音體驗。

技術的創新與突破,終將歸於體驗。從聽見世界,到聽清世界,再到「置身於世界」,車載音響的故事,遠未結束。


文章原文

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