提供各種音量的平面揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)

與一般的理解相反，平面揚(yáng)聲器既可以是一種產(chǎn)品面板，也可以是優(yōu)質(zhì)音源。

　　關(guān)于如何再現(xiàn)聲音并同時(shí)提供封裝優(yōu)勢(shì)，要推翻已有80年歷史的傳統(tǒng)思想，可不是件容易的事情。自從ChesterWRice和EdwardWKellogg于20世紀(jì)20年代中期在通用電氣公司發(fā)明動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)部件以來(lái)，常規(guī)揚(yáng)聲器一直像活塞那樣工作。它們始終以這種方式工作，而不論它們的換能方法是電磁式，靜電式，或是壓電式。如同水中的槳一樣，它們借助較硬的振動(dòng)膜使空氣運(yùn)動(dòng)，并由此發(fā)出聲音。由于這個(gè)原因，多數(shù)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)部件的振動(dòng)膜是圓錐形，或者，在高頻揚(yáng)聲器中，是圓頂形，這使它們的剛度比您在平面型揚(yáng)聲器中輕松達(dá)到的剛度高得多（見附文《設(shè)計(jì)工具也很特殊》）。
　　實(shí)際上，覆蓋低音和中音頻率的振動(dòng)膜材料太軟，即使在圓錐形情況下也是如此，無(wú)法避免音頻工程師所說(shuō)的“失控”，即振動(dòng)膜褶曲。褶曲會(huì)導(dǎo)致共振，音頻業(yè)把這種情況看作是優(yōu)質(zhì)聲音再現(xiàn)的一大障礙。在過(guò)去50年，揚(yáng)聲器的發(fā)展一直是專注于共振的測(cè)量和抑制。
　　然而，活塞式工作有一個(gè)明顯缺點(diǎn)。隨著頻率朝著空氣中的波長(zhǎng)可與振動(dòng)膜尺寸相比的點(diǎn)上升，并超越該點(diǎn)，聲音輸出變得越來(lái)越有方向性，并且揚(yáng)聲器開始“發(fā)射音束”。通過(guò)把振動(dòng)膜做得足夠小，可以避免這個(gè)問(wèn)題，但是，由于在20kHz（聲譜的額定高頻極值）時(shí)，空氣中的波長(zhǎng)僅為17mm，這當(dāng)然太小了，無(wú)法在較低頻率時(shí)產(chǎn)生有用的輸出。為了產(chǎn)生特定的聲壓水平，振動(dòng)膜的加速度必須是恒定的，意思就是頻率每減半一次，它的偏移量必須是原先的四倍。
　　這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了為什么優(yōu)質(zhì)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器通常有兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)部件：一個(gè)大型低頻驅(qū)動(dòng)器，它可以使足夠多的空氣運(yùn)動(dòng)來(lái)再現(xiàn)低音；一個(gè)較小的高頻驅(qū)動(dòng)器，由于其直徑較短，因此在高音區(qū)不會(huì)變得太有方向性。即使是這樣，由于兩種不需要的效應(yīng)，揚(yáng)聲器的方向性仍然會(huì)隨頻率而明顯變化。
　　第一種效應(yīng)最明顯，它限制了聆聽區(qū)，該區(qū)域可保持預(yù)想音質(zhì)。高保真音響迷們從多年的音響調(diào)整經(jīng)驗(yàn)中熟悉了立體聲“最佳座位”概念，但是這個(gè)聲音最佳點(diǎn)概念并不能很好地用于聽音樂或電影，或其它多種在所有頻率都需要寬輸出范圍的應(yīng)用。在大型擴(kuò)音設(shè)備中，復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)部件陣列或特殊形狀的喇叭加載可以解決這個(gè)問(wèn)題，但其體積太龐大，價(jià)格太昂貴，無(wú)法普遍應(yīng)用。
　　其次，非恒定的方向性意味著揚(yáng)聲器的“軸上壓力對(duì)頻率”響應(yīng)和“功率對(duì)頻率”響應(yīng)之間存在差別，它們是在大小為4π球面度的球體立體角上測(cè)量的。在正常的混響聆聽環(huán)境中，這種變化導(dǎo)致聽眾所聽到聲音的首先到達(dá)分量、早期反射分量和混響分量之間的聲譜差別，并且這些分量造成了聲染色。
　　NXT公司克服了這個(gè)與頻率有關(guān)的方向性問(wèn)題，并且還帶來(lái)了其它重要優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)摒棄“必須避免共振”這一教條，該公司實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。NXT的聲音板通過(guò)激勵(lì)并利用共振，實(shí)現(xiàn)了自己的優(yōu)勢(shì)。它們的行為具有固有的模式性，這就是為什么它們的更正式名稱是DML（分布模式揚(yáng)聲器）。

圖1，與常規(guī)的老牌揚(yáng)聲器(a)不同的是，DML方法在聲音板上的關(guān)鍵點(diǎn)使用激勵(lì)器，以便利用聲音板的自然共振模式(b)。

　　DML通過(guò)激勵(lì)并利用聲音板材料內(nèi)部的彎曲共振來(lái)工作（見附文《DML的歷史》）。通過(guò)在板的多個(gè)點(diǎn)放置一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器，可以給這些共振輸送能量，激勵(lì)器在此激勵(lì)聲音板的多種自然模式（見圖1）。聲音板縱橫比的最優(yōu)選擇確保了在很寬的帶寬上都具有良好的模式“填充”，并且，正確設(shè)定聲音板的彎曲剛度、單位面積質(zhì)量和內(nèi)部阻尼的大小，就能融合各種模式來(lái)產(chǎn)生近乎平坦的功率響應(yīng)曲線。早期的DML是平面矩形，但NXT公司已經(jīng)開發(fā)了多種方法來(lái)設(shè)計(jì)不同形狀和曲率的聲音板。
　　DML聲音板展示了與活塞式揚(yáng)聲器不同的聲音行為，原因是它們?cè)谀切┟黠@高于聲音板基本彎曲模式的頻率上的振動(dòng)具有十分復(fù)雜的準(zhǔn)隨機(jī)性。極其重要的是，DML一般并不隨頻率的提高而成束發(fā)射其輸出，相反，不論它們多大，它們實(shí)際上都保持恒定的、與頻率無(wú)關(guān)的寬方向性，使它們具有獨(dú)特的伸縮性。同樣，由于它們的振動(dòng)具有復(fù)雜的性質(zhì)，這些聲音板還是散射聲輻射器，并且這種散射性減少了與房間邊界的消極互動(dòng)（房間邊界起著聲鏡的作用）。
　　在DML的商業(yè)潛力變清晰之后，VerityGroup立即在1996年成立了一家公司，就是現(xiàn)在的NXT公司，以便進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)，并把它授權(quán)給多種應(yīng)用。第一款配備NXT技術(shù)的產(chǎn)品是NEC公司于1997年在日本推出的一款筆記本電腦。NXT一直專注于通過(guò)基礎(chǔ)研究來(lái)擴(kuò)大其IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）基礎(chǔ)，發(fā)展對(duì)被許可方的培訓(xùn)，并研制CAD工具，這些工具使被許可方能自主開發(fā)NXT產(chǎn)品。不過(guò)NXT位于英格蘭亨廷頓的技術(shù)中心也提供多種設(shè)計(jì)服務(wù)和原型開發(fā)服務(wù)。
　　NXT起初是用不透明材料來(lái)制造其聲音板，但很快就發(fā)現(xiàn)，把DML技術(shù)延伸到透明塑料顯然將開創(chuàng)IP和產(chǎn)品潛力的新紀(jì)元。通過(guò)從透明聲音板的外圍驅(qū)動(dòng)它，您可以把揚(yáng)聲器和顯示器的功能融合在一個(gè)元件里。SoundVu聲音板保持了DML工作的所有聲音優(yōu)點(diǎn)，而且它幾乎不占用空間，只是使顯示器的總厚度多了幾mm而已。用戶已經(jīng)把它建入了大大小小的系統(tǒng)中，從家庭多媒體中心一直到手機(jī)，在前種產(chǎn)品中，它把音頻源和視頻源放在同一個(gè)位置，而在后種產(chǎn)品中，把顯示器當(dāng)作揚(yáng)聲器既提高了音質(zhì)，又通過(guò)消除常規(guī)微型揚(yáng)聲器及其護(hù)柵，為產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)帶來(lái)了機(jī)會(huì)。
　　更大的聲音板一般使用動(dòng)圈式激勵(lì)器，但設(shè)計(jì)者們想要一種更緊湊、更高效的方案，用于空間寶貴的那些產(chǎn)品。為了使SoundVu適合這些緊湊的設(shè)備，NXT的科技人員開發(fā)了DMA（分布模式激勵(lì)器），這是一種獨(dú)特的壓電式激勵(lì)器，它是一種模塊型器件，就像它驅(qū)動(dòng)的聲音板一樣。在比激勵(lì)器的基本彎曲共振頻率更高的共振頻率上操作激勵(lì)器，就回避了把位移器件（壓電式換能器）耦合到速度器件（NXT聲音板）這一困難，這種耦合一般需要使用大幅度均衡，并因此在低頻時(shí)需要很大的信號(hào)電壓能力。
　　NXT揚(yáng)聲器的一個(gè)基本局限在于它們的工作頻率高于聲音板的基本彎曲共振頻率。大型聲音板的工作頻率可以低于100Hz，但較小的聲音板局限于相應(yīng)更高的頻率。因此，盡管在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，NXT聲音板的帶寬非常寬，一般超過(guò)8個(gè)八倍頻程，即2.4個(gè)十倍頻程，但經(jīng)常有必要在全程應(yīng)用中給它們搭配常規(guī)的低音揚(yáng)聲器或亞低音揚(yáng)聲器。NXT的科技人員早就意識(shí)到：如果單個(gè)聲音板能在低頻像活塞一樣工作，在高頻像DML一樣工作，那么他們就可以避免這種復(fù)雜局面，從而實(shí)現(xiàn)前所未有的帶寬，并保持很寬的聲音散射范圍。