用100%纯钻石做喇叭?这可能是车载音响史上最“硬核”的追求

蔚来
Apr 30

ES9发布后,前来蔚来门店体验的用户们络绎不绝。各方朋友们都对九霄天琴沉浸声系统的表现赞不绝口,无论是听音乐还是观影,大家普遍的感受是纯净、有质感,极致沉浸,极致享受。

今天我们想和大家简要分享,车载音响是如何从最初只能播放广播的单一声源收音机,发展到如今可构建三维声场的沉浸式系统。蔚来的声音团队,为了沉浸式体验的再进一步,踏上的极限探索之路。

单声道时代

1930年,芝加哥商人高尔文(Galvin)兄弟取得了一项技术专利:通过消除引擎盖的静电干扰,研发出全世界第一台商用汽车收音机,并在新泽西州无线电制造商大会上展示了5T71原型机。一经推出,便受到了车企们的欢迎,订单如潮水般涌来也是后世公认的首款取得商业成功的车载收音机。

产品的品牌名字是从“汽车 motor”和彼时畅销的“留声机产品 Victrola”两个单词掐头去尾,组合而得——Motorola。是的,这就是摩托罗拉一切荣耀与辉煌的起源。

1930年的5T71,包括无线电收音模块、调谐控制器、车载扬声器(从左到右)

起初的车载收音机依赖真空管,其价格高昂、笨重易损的特点,极大限制了车载音响的普及。直到1962年,飞利浦公司发明了盒式磁带。自70年代起,磁带产品因其小巧便携、更换方便,用户可以随时选择自己想听的音乐,开始风靡全球。因此在很长一段时间里,磁带播放器也霸占着汽车的仪表台区域。

但受限于技术发展,在第一款车载音响诞生后的近40年内,绝大部分车内仅配备单扬声器,采用单声道(Mono)输出。扬声器振膜多为锥形振膜,振膜材料集中在纸浆纸盆、浸胶纸与复合纸浆,非常容易受潮和形变,制造的一致性和使用的耐久性难以保证。(注:振膜是扬声器中负责振动的薄片状部件,当电流通过音圈驱动它时,它会前后运动并推动空气产生声波。振膜的材料和形状直接影响声音的音质、频率响应和失真程度。)

本质上,还只解决了车里能否“听个响”的最基础问题。

立体声+分频时代

1969年,德国电子公司Becker推出了首款车载立体声系统Europa Stereo。它采取左右声道声场分离,第一次让车内声音有了空间感车载音响正式从单声道(Mono)迈入立体声(Stereo)

它不仅奠定了现代车载音响的声场基础逻辑,还定义了“双声道主机+前后/左右两分频的扬声器布局”的配套硬件架构,成为后续几十年汽车音响设计的通用设计范式。

Becker Europa立体声系统(1969)

什么是两分频扬声器布局?是指将全频音频信号通过分频器划分为两个不同的频段:低频段(通常为20Hz–2kHz左右)和高频段(通常为2kHz–20kHz),然后分别由低音单元负责中低频,高音单元负责高频段来播放,充分发挥不同扬声器单元的优势,使声音更清晰、层次更分明。此外,扬声器的布局也从单一位置扩展到车门多个扬声器布局,声音来使得声场分布更加均匀,声音从此具备了方位感

扬声器单元转变为处理对应频段的独立声学单元。其中高音单元开始采用以丝膜或织物类软球顶振膜,以取代纸盆锥形高音,高频延伸更宽、更平滑,能还原更丰富的泛音和细节,寿命和可靠性也显著提升。

球顶高音单元

CD播放与多扬声器立体声

进入20世纪80年代,随着CD光盘的问世,全球的音响技术又迈进了一大步。CD在音质上显著提升,重放(playback)效果几乎没有底噪或电流声,拥有更宽广的动态范围、更佳的频率响应。

车载音响技术也不甘落后。随着1984年先锋推出世界上第一台车载CD播放器CDX-1,车载音响也迎来系统层面的架构全面革新,进入了多扬声器与独立功放的黄金时代:

  • 搭载多扬声单元(通常超过10个)组成的阵列,配备独立功放,并开始加入独立低音炮单元

  • 结合主动与被动分频技术,构建了基础的DSP能力(注:DSP,即数字信号处理,解码CD数据,并还原成我们人耳能听到的音乐)

声音的空间感和频段表现显著提升,频段覆盖更完整饱满,低频下潜深邃有力。随着听音体验的质变,车载音响正式从基础功能配置升级为用户购车的核心考量点。

先锋车载CD播放器CDX-1广告(1984)

高音单元也随数字音频的发展进入材料升级周期。铝、钛等金属振膜逐渐开始应用于车载系统,再次提升高频解析力与延伸能力,但同时也普遍存在声音偏亮、偏硬和听感刺耳的问题。

DSP与调音时代

彼时传统的模拟音响,仍然无法解决车内听音的几大痛点:声场不对称,左右扬声器到人耳的距离不一致导致声像偏移;反射声和滤波效应,车内饰的玻璃、塑料和皮革等高反射或吸声材料,声染色明显,声音浑浊。

随着半导体技术发展,为使用数字化手段解决这些难题创造了可能。一个重要的里程碑产品应运而生。1989年,原富士通天与丰田联合研发的Super Live Sound System,成为早期最具有代表性的集声场优化延时调节均衡控制于一体的车载DSP系统。

丰田Celica:全球首款搭载车载DSP系统

Super Live Sound System(1989)

DSP自此成为车载音响系统的核心能力。借助延时对齐、多段EQ调节、目标曲线校准等专业数字调音手段,可依据车内的空间结构,对车内声场进行更精细化的标定。经过数字技术手段,系统级优化升级,车内音响实现了声场稳定性提升、声像结像精准、全频段频响均衡的听感效果,突破座舱空间结构对声学表现的限制。这也标志着车载音响进入以软件定义声音的智能化新范式。

同时,材料工艺与技术的发展,也让声学工程师们为高音单元打开了新的解决思路,通过为金属材料增加涂层构成的复合材料,既保留金属振膜的高解析力,又能避免尖刺感,为听感找到平衡,典型的方案包括铝+陶瓷涂层钛+阻尼层,以及经过特殊处理丝膜振膜等。

高保真时代

沉浸式车载音响系统

对极致音质的需求不断推动高解析播放器、无损格式音乐及高性能扬声器在车内的普及。主流车企纷纷携手专业音响厂商,同步整车研发,为豪华车型量身定制原厂高端音响系统,搭载专用的DSP和专属声学调校,实现更高保真的音质。DSP也不再是豪华车的专属配置,逐渐成为全车系标配。

进入二十一世纪第一个十年,整车电动化和座舱智能化的技术浪潮相继涌现。汽车不仅仅是驾驶工具,座舱成为继家和公司之外的移动“第三空间”。车载音响的技术发展方向,从单纯的声道数量、功率的数值比拼,转向构建三维声场和追求个性化体验

蔚来ET7是中国首台搭载

沉浸式音频技术杜比全景声的量产车型

在车内“听音乐”从此升级为“体验声音”空间音频(3D)技术通过多通道扬声器架构,在顶棚增设环绕声道布局,在座舱内构建立体完整的三维声学空间,让声音从四面八方传来,营造出远超传统环绕声的包围感与临场感——左前方溪水潺潺流过,右后方树枝上有一只鸟在鸣叫,头顶微风轻拂树叶沙沙作响,远处偶尔传来山谷的流水声,仿佛身处真实山林。

空间音频技术,让用户获得更丰富、充满情感共鸣的声音体验,实现“沉浸于声音现场”的真实感。

ES9的九霄天琴9.2.4.8沉浸声系统,采用行业首创的原生声学布局,9组环绕单元、对称式布局的2个超低音扬声器、4个天空扬声器以及8组头枕音响,再次将座舱内的听音沉浸感推向新的高度。

高音

是汽车音响的技术锚点

人耳对高频声源的方位、高度、动态变化最为敏感,因此高音单元在这场围绕座舱声学的技术和军备竞赛中至关重要。它负责还原旋律里最细腻的细节:小提琴的弦颤、人声的细节、乐器的泛音等。如果把车载音响发展看作一部“移动听音进化史”,那么高音扬声器元器件的材料演进,便是这段历程里精益求精、追求极致的动人篇章。

前文提到,高音单元通过引入复合材料振膜,同时兼顾高频的解析力和听感,其核心设计逻辑是在材料刚性、质量阻尼之间寻求折中。然而,在多参数中求取平衡,意味着每个方面都要做出一点妥协,结果是“兼容”而非“最优”。

要追求纯粹极致的高音,就必须追寻完美的高音振膜材料。

ES9为什么用100%纯钻石?

蔚来在座舱空间声学领域,潜心探索了十余年,孜孜不倦地追求还原声音的本质,坚持纯粹的声音美学,是剔除一切传输干扰与不必要的人为修饰,让每一个音符、每一处细节,以最本真的形态在座舱内呈现。我们希望不断通过技术创新和突破,带来更“纯粹”的听觉体验。

为了忠于原声,极致还原“声貌”,我们找到了钻石,100%钻石——目前人类能找到的最接近“完美高音振膜”的材料。

钻石刚性强,其杨氏模量(注:杨氏模量是衡量材料刚性的指标)高达1050-1100 GPa,是铝的10倍、钛的5倍、铍的3倍以上。钻石振膜能实现近乎完美的“活塞运动”,几乎不产生分割振动。(注:分割振动,是声学研发要解决的基本难题之一,它会导致振膜的不同区域发出不同频率的声音,导致高音细节被过度强化变得刺耳,或者直接丢失,破坏了声音的平衡度和真实感。)换句话说,钻石振膜只会跟着声音信号同步运动,不会自己“乱晃”产生杂音。钻石高音单元能将高频响应延伸至56kHz甚至更高,失真率低至0.5%,达到行业顶尖水平

钻石密度极低,只有大约3.5g/cm³,振膜材料极轻极硬,起振和停振都拥有最快的声速,达17000-18000m/s,约50马赫。(注:50马赫的速度,是民航客机的约68倍,是足以摆脱太阳引力飞出太阳系的惊人速度。)信号来了,立刻响应,信号停了,瞬间静止,不带一丝拖尾和残留。这种极致的瞬态响应,让每一个转瞬即逝的细节都被精准捕捉,还原出音乐原本的呼吸与情感。

钻石振膜实物(拍摄自声学实验室)

钻石内阻小,即振动能量在振膜内部的损耗极小,一旦音圈驱动振膜运动便能迅速响应并精准停止,从而拥有极快的瞬态反应和极低的分割失真。这意味着声音中的细微泛音、弦乐擦弦的质感、打击乐的爆发力都能被毫无保留地还原出来,整体听感透明、干净、细节如浮雕般清晰,且不会因能量滞留而产生拖尾或模糊感。

钻石,在刚性、质量阻尼三个指标中,每一项都逼近了极致表现,完成了“不可能三角”。

为什么追求超高频?

有的读者会问,人耳的理论听觉范围为20Hz–20kHz,多数人的听觉能力往往上限在16kHz左右,而钻石高音单元能将高频响应延伸至56kHz,到了大家都听不见频段,有这个必要吗?

或者说,为什么所有顶尖音频系统都在要追求超过20kHz以上甚至更高的频响能力?

从声学研发角度来看,当系统能够支持40kHz的带宽时,抗混叠滤波器不再需要紧贴20kHz截止,这使得滤波器的滚降可以更加平缓,从而显著降低人耳可听频段(0–20kHz)内相位畸变与幅度失真

让我们看图说话,普通高音扬声器单元(下图蓝色曲线)在20kHz附近频段出现了明显尖峰。这是振膜分割振动失控的表现,说明此时它已接近物理极限。这种非线性失真会串入人耳的可听频段,导致高频听感刺耳发毛。而钻石高音(下图红色曲线)具备延伸至40kHz超高频的能力,意味着其在10–20kHz重要的聆听区间,曲线全程更平滑,无明显异常尖峰,意味着依旧能处于轻松工作的区间,失真更低,听感也会更顺滑。因此,支持更宽的频带,保证更好的相位响应和瞬态表现,使系统在还原快速变化信号时更加准确,让高音表现更通透还原、更极致。

所以追求“高频延伸”的核心意义,在于提升人耳可听范围内声音的纯净度与稳定性。这就像消防员们的训练负重总是远超实战需要的最大负重,只有平时能承受的极限更高,实战中才能稳定发挥。同样,“极限能力”推得足够高,日常最高频的那部分使用就更游刃有余

近百年间,车载音响的每一次进化都在回答同一个命题:如何在移动的座舱里,听见更真实的声音。

今天,当蔚来ES9用100%纯钻石高音,将九霄天琴沉浸声系统的性能推向新的巅峰时,这场演进的本质愈发清晰——所有对带宽、失真率、瞬态响应的“过分”追求,最终都是为了还原打动人心的声音,让用户获得极致纯粹的听音体验。

技术的创新与突破,终将归于体验。从听见世界,到听清世界,再到“置身于世界”,车载音响的故事,远未结束。


文章原文

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