科普篇：碳纤维科技在音响中的应用

科普篇：碳纤维科技在音响中的应用

所谓碳纤维是指含炭量在90%以上的高强度高模量纤维，由腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。其耐高温居所有化纤之首,是制造航天航空等高技术器材的优良材料。碳纤维复合材料以其质量轻，强度、刚度高且可设计性强的优势，既满足了我们对产品质量要求，同时也满足了轻量化的应用需求。在当今世界高速工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化。

碳纤维科技在制作上也发挥着无可取代的作用，现代音响美学讲究快。瞬态快的话就需要降低驻留，轻而坚固的箱体就是首选，碳纤维低质量，高强度，可以复合多种材质增加吸波性，并且有很强的屏蔽干扰的能力，非常适合作为制作材料，碳纤喇叭也深受广大发烧友的喜爱。

今天就来了解一下碳纤维以及碳纤维科技在音响中的作用。

碳纤维独特的魅力！ 

对于很多人而言，碳纤维如同神一般的存在。也许，你未必清楚碳纤维究竟是什么，但是，你一定知道，这种材料好而贵。目前，主要有粘胶基、沥青基和聚丙烯腈(PAN)基三种原料体系的碳纤维，粘胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量有限，PAN基碳纤维由于生产工艺较简单，产品力学和高温性能优异，而且兼有良好的结构和功能特性，发展较快，已成为高性能碳纤维发展和应用最主要和占绝对优势的品种，是当前碳纤维的主流，占据约90%的产量。

碳纤维性能优良，它的轴向强度和模量高，强度是钢的20倍，拉伸模量是钢的2～3倍，比重仅为钢的1/4，抗拉强度是钢的7.9倍。碳纤维杨氏模量约为传统玻璃纤维的3倍，凯芙拉纤维(KF-49)的2倍。同时，碳纤维在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

碳纤维还具有其它很多优良性能：它密度低、无蠕变，非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好。比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性， X射线透过性好，具备良好的导电导热性能。

碳纤维的发展历史

1879年爱迪生曾用纤维素纤维，如竹、亚麻或棉纱为原料，首先制得碳纤维并获得专利，但当时制得的纤维力学性能很低，工艺也不能工业化，未能获得发展。

20世纪50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展，迫切需要强度高、比模量高和耐高温的新型材料，另一方面，采用纤维为原料经热处理的工艺可制得碳纤维连续长丝，这一工艺奠定了碳纤维工业化的基础。

20世纪50年代初，美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料，试制碳纤维成功，产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料，效果很好。1956年美国联合碳化物公司试制高模量黏胶基碳纤维成功，商品名“Thorne l—25”投放市场，同时开发了应力石墨化的技术，提高碳纤维的强度与模量。

20世纪60年代初，日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法，并取得了专利，1964年英国皇家航空研究中心(RAE)通过在预氧化时加张力试制出高性能聚丙烯腈基碳纤维。

1969年日本东丽公司开发高性能聚丙烯腈基碳纤维获得成功并投放市场，随后产品的性能、品种、产量不断发展，至今仍处于世界领先地位。

1970年日本吴羽化学工业公司采用大谷杉郎的专利，首先建成年产120T普通型(GPCF)沥青基碳纤维的生产厂，1978年产量增到240T。 

1982年起，日本东丽、东邦、日本碳公司、美国Hercules、Celanese公司、英国Courtaulds公司等，先后生产出高强、超高强、高模量、超高模量、高强中模以及高强高模等类型高性能产品，碳纤维拉伸强度从3.5GPa提高到5.5GPa，小规模产品达7.0GPa。模量从230GPa提高到600GPa，这是碳纤维工艺技术的重大突破，使应用开发进入一个新的高水平阶段。

神通广大的碳纤维！

在要求高温，物理稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的优势。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，正是由于兼具优异性能，碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。大到航空航天小到日常范围，碳纤维复合材料每时每刻都在展示着它独特的魅力。

复合材料

碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料。

航空航天

碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上，可大大减轻重量，提高导弹的射程和突击能力，碳纤维在舰艇上也有重要的应用价值，可减轻舰艇的结构重量，增加舰艇有效载荷，从而提高运送作战物资的能力，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题。

汽车材料

碳纤维材料也成为汽车制造商青睐的材料，在汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益，业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量会变大。

风力发电机叶片

世界上风力发电机组的发电机额定功率越来越大，与其相适应的风机叶片尺寸也越来越大。为了减少叶片的变形，在主承力件如轴承和叶片的某些部位采用碳纤维来补充其刚度。碳纤维在风能、核能和太阳能等新能源领域也具有广阔的应用前景。当风力发电机功率超过3MW，叶片长度超过40米时，传统玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，采用碳纤维复合材料制造叶片是必要的选择，只有碳纤维才能既减轻叶片的重量，又能满足强度和刚度的要求。

音响

音箱是整个音响系统的终端，是音响系统的极其重要的组成部分，其担负着将电信号变成声音信号以供人的耳朵直接聆听这一关键环节，也就是说，音箱直接与人的听觉打交道，而人的听觉是十分灵敏的，其对复杂声音的音色具有很强的辨别能力。由于人耳对声音的主观感受正是评价一个音响系统音质好坏的重要的标准，因此，可以认为，音箱性能的优劣对一个音响系统的放音质量起着关键作用。

碳纤维具备低质量，高刚性的特性，是制作音箱的绝佳材料。而提到碳纤音响制作则不得不提这一行业的标杆----英国金驰Wilson Benesch。金驰是第一个采用碳纤维制作音箱的厂家，它被评为英国前6位真正充分掌握碳纤技术的公司，并为F1运动和环法自行车赛的选手赛车提供碳纤技术支持，其碳纤合金箱体结构独步天下，已经成为其品牌之卓越形象而名震天下。

上世纪80年代之前的音箱，大多是像木柜一样的箱体，音染很大。解决的方式，不外乎加固框架之类，当然也有人尝试用石板、人造石、金属做箱体，用厚重、坚固来抑制音染，厚重的音箱固然也能很好地抑制喇叭单元多余的振动，但厚重箱体本身也驻留了一些振动，最终还是拖慢了音盆的响应。得益于计算机辅助设计以及测量设备的进步，英国的Wilson Benesch Audio音箱开始使用碳纤维和镁铝合金框架组合的方式制作音箱箱体，这也开启了碳纤维作为音箱箱体新材质的进程。

1989年金驰得到英国贸易工业局的资金赞助，开始一连串针对先进材料于音响的相关研究，金驰第一个产品不是音箱而是转盘，这是在英女王和英国政府技术战略委员会的资助下完成的具有里程碑意义的项目。Wilson Benesch转盘是世界上第一个也是最先进的碳纤维复合材料的底盘，这款唱盘是带有副底盘的皮带驱动唱盘，副底盘开创性地采用了多层碳纤维包裹蜂巢状Nomex材料的复杂结构，它可以使转盘悬浮在底盘上，是唱盘避震系统的一部分，采用这种先进材料制作的唱盘具有良好的避震能力，这种结构常见于赛车车壳，因此金驰的产品也被赋予“一级方程式赛车科技”的美称。

和金驰第一个转盘搭配的唱臂是A.C.T. One唱臂，A.C.T的意思就是“先进复合科技”。碳纤唱臂早在上世纪70年代出现，金驰这一款唱臂虽然并不是第一款碳纤唱臂，但却是世界上第一支应用航天工程特殊材料制作的碳纤唱臂，它采用双曲线型一体化碳纤维臂管和运动轴承。这支唱臂是前细后粗的炮管形，通过碳纤维排列成螺旋状，它可以提供最大的扭转刚度，以及系统内对结构传播的振动的最大阻尼,同时又非常轻，利用这种先进材料和技术制作出来的唱臂的支撑和平衡方式也是非常独特的。在这一款唱臂之前，曾经有人认为这种结构的唱臂是不可能造出来的，这个唱臂奠定了金驰世界级碳纤维唱臂大师的地位。金驰采用碳纤维技术制作转盘和唱臂，不仅推动了技术进步，同时也收获了专业界和发烧友的一致好评。英国的《留声机》和《Hi-Fi News》将金驰转盘评为“最佳转盘”，德国的《Stereoplay》将金驰LP系统送测样品作为参考讯源，从此金驰被世界公认为技术先进的高端音频设计和制造公司。

复合碳纤材料不仅可以用来制作唱盘，它也是制作音箱的理想材料，1994年金驰生产出惊世骇俗的A.C.T. One音箱，它是第一个应用倾斜顶部设计的音箱，也是第一个应用曲面A.C.T.复合材料制作的箱体。这款音箱的复合材料并非仅仅是多层碳纤维，而是碳纤蜂巢Nomex和合金复合，这是一种高阻尼的硬壳结构，重量又很轻。采用这种先进材料制作箱体一方面可以降低木箱谐振的污染，另一方面也让能量以最有效率的方式传递出去，以减少能量驻留，通过它播放出来的音乐清晰干净，层次感好，失真非常小。它与当时常见的方形盒形成强烈的对比，受到广大发烧友的青睐，在全球收获无数奖项。

金驰不断研究新技术，2014年推出的Endeavour音箱更是采用了跳跃式的工艺革新与原创设计美学，曲弧箱体配合创新混用碳纤维布、铝合金钢、原木等工程材料，将喇叭箱体的结构提升至F1一级方程式赛车的韧性级数。

Endeavour箱体内中音装载的独立腔体采用碳纳米超级纤维复合物料制成，轻薄的碳纳米超级纤维腔体强度比同体积钢的强度高近百倍，硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，具有良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。Wilson Benesch Endeavour也是在音响市场首款采用碳纳米技术的音箱，碳纳米机箱的应用在高性能扬声器设计中是一个巨大的突破。

近年金驰推出的旗舰音箱教皇Eminence，以先进的 3D CAD/CAM 系统设计的箱体，由碳纤维与合金通过特殊工艺编织压制而成，碳纤维合金箱体提升了声音的稳定和扎实，而不仅仅只是装饰之用，这个设计系统原本用于军工和航空航天产品的研发，金驰以不妥协的设计和难以察觉的误差来加工箱体组件。

Eminence教皇音箱为了达到几何物理声学的极致表现，利用自然声弧原理设计的碳纤维顶部和犹如雕刻艺术般的弯曲复合外壳，消除声波绕射干扰及音箱内部驻波的发生，而碳纤维使Wilson Benesch可以设计一个没有内部繁复支撑却又非常坚固的外壳，最终音箱就像在聆听室内隐形，只留下音乐与绝美的曲线。Eminence教皇音箱的复杂几何内部声箱结构，使内部容积又比前一代旗舰“The Cardinal枢机主教”增加不少，加上特殊加工的铝合金底座，让每只145公斤的音箱稳如磐石。两侧的碳纤维面板，弧线拉得无比优美，尾巴收在金属制作的龙骨上，音箱与底部堆栈的铝合金底座设计简直是浑然天成。

采用顶级材料和先进技术制作的旗舰教皇音箱可想而知会得到多么好听的声音，无论是大动态弦乐或者是人声通过教皇都可以得到很好的展示。蔡琴老师的《渡口》是广大音乐爱好者试机的首选，因为蔡琴老师这在首歌里，她把开口音、闭口音、鼻音、颚音等婉转的唱了出来，配合她独特的音色，普通音响设备很难解析到位，很容易将音响设备在某个音色的缺陷暴露出来。而教皇音箱音色柔和、细腻、温暖，中高频表现出色，声音富有弹性，音乐感浓郁，充分地把这首歌的特点诠释出来。蔡琴老师那温暖、厚实、细腻、走心的人声及吉他伴奏的明亮通透，皆丝丝悦耳。高中低音层次感丰富，乐器突出，第一时间就能抓住人心，低沉的鼓声带来的震撼配合蔡琴优雅声线的表达，无不体现着教皇音箱系统的极致。

现在市面上有很多碳纤喇叭，但是真正好的碳纤喇叭不多，更有一些商家用假碳纤欺骗消费者，而金驰是一家依托于创新能力和高科技的音响公司，它始终坚持追求最极致的声音，所采用的材料都是顶级军用级别的。以顶级军用级碳纤材料和先进技术制作出来的金驰喇叭不仅外形美观，出来的声音也无比惊艳，音场宏大开阔，人声饱满迷人，散发出来的泛音光泽亮丽而不刺激，能量感凝聚而强劲，使听者沉醉其中。

在日新月异的时代发展之下，碳纤维在众多领域有着广泛的应用，碳纤维科技在音响制作中所发挥的作用无可比拟。相信未来也会有更多、更好的碳纤维制品被制造出，以促进社会绿色发展、满足人们多样化的生活需求。

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