提供各種音量的平面揚聲器設計

與一般的理解相反，平面揚聲器既可以是一種產品面板，也可以是優(yōu)質音源。

　　關于如何再現(xiàn)聲音并同時提供封裝優(yōu)勢，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20年代中期在通用電氣公司發(fā)明動圈驅動部件以來，常規(guī)揚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膜使空氣運動，并由此發(fā)出聲音。由于這個原因，多數揚聲器驅動部件的振動膜是圓錐形，或者，在高頻揚聲器中，是圓頂形，這使它們的剛度比您在平面型揚聲器中輕松達到的剛度高得多（見附文《設計工具也很特殊》）。
　　實際上，覆蓋低音和中音頻率的振動膜材料太軟，即使在圓錐形情況下也是如此，無法避免音頻工程師所說的“失控”，即振動膜褶曲。褶曲會導致共振，音頻業(yè)把這種情況看作是優(yōu)質聲音再現(xiàn)的一大障礙。在過去50年，揚聲器的發(fā)展一直是專注于共振的測量和抑制。
　　然而，活塞式工作有一個明顯缺點。隨著頻率朝著空氣中的波長可與振動膜尺寸相比的點上升，并超越該點，聲音輸出變得越來越有方向性，并且揚聲器開始“發(fā)射音束”。通過把振動膜做得足夠小，可以避免這個問題，但是，由于在20kHz（聲譜的額定高頻極值）時，空氣中的波長僅為17mm，這當然太小了，無法在較低頻率時產生有用的輸出。為了產生特定的聲壓水平，振動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。
　　這個現(xiàn)象說明了為什么優(yōu)質動圈式揚聲器通常有兩個或更多驅動部件：一個大型低頻驅動器，它可以使足夠多的空氣運動來再現(xiàn)低音；一個較小的高頻驅動器，由于其直徑較短，因此在高音區(qū)不會變得太有方向性。即使是這樣，由于兩種不需要的效應，揚聲器的方向性仍然會隨頻率而明顯變化。
　　第一種效應最明顯，它限制了聆聽區(qū)，該區(qū)域可保持預想音質。高保真音響迷們從多年的音響調整經驗中熟悉了立體聲“最佳座位”概念，但是這個聲音最佳點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用。在大型擴音設備中，復雜的驅動部件陣列或特殊形狀的喇叭加載可以解決這個問題，但其體積太龐大，價格太昂貴，無法普遍應用。
　　其次，非恒定的方向性意味著揚聲器的“軸上壓力對頻率”響應和“功率對頻率”響應之間存在差別，它們是在大小為4π球面度的球體立體角上測量的。在正常的混響聆聽環(huán)境中，這種變化導致聽眾所聽到聲音的首先到達分量、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公司克服了這個與頻率有關的方向性問題，并且還帶來了其它重要優(yōu)點。通過摒棄“必須避免共振”這一教條，該公司實現(xiàn)了這一目標。NXT的聲音板通過激勵并利用共振，實現(xiàn)了自己的優(yōu)勢。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（分布模式揚聲器）。

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

　　DML通過激勵并利用聲音板材料內部的彎曲共振來工作（見附文《DML的歷史》）。通過在板的多個點放置一個或多個激勵器，可以給這些共振輸送能量，激勵器在此激勵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，正確設定聲音板的彎曲剛度、單位面積質量和內部阻尼的大小，就能融合各種模式來產生近乎平坦的功率響應曲線。早期的DML是平面矩形，但NXT公司已經開發(fā)了多種方法來設計不同形狀和曲率的聲音板。
　　DML聲音板展示了與活塞式揚聲器不同的聲音行為，原因是它們在那些明顯高于聲音板基本彎曲模式的頻率上的振動具有十分復雜的準隨機性。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，它們實際上都保持恒定的、與頻率無關的寬方向性，使它們具有獨特的伸縮性。同樣，由于它們的振動具有復雜的性質，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（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，以便進一步開發(fā)該技術，并把它授權給多種應用。第一款配備NXT技術的產品是NEC公司于1997年在日本推出的一款筆記本電腦。NXT一直專注于通過基礎研究來擴大其IP（知識產權）基礎，發(fā)展對被許可方的培訓，并研制CAD工具，這些工具使被許可方能自主開發(fā)NXT產品。不過NXT位于英格蘭亨廷頓的技術中心也提供多種設計服務和原型開發(fā)服務。
　　NXT起初是用不透明材料來制造其聲音板，但很快就發(fā)現(xiàn)，把DML技術延伸到透明塑料顯然將開創(chuàng)IP和產品潛力的新紀元。通過從透明聲音板的外圍驅動它，您可以把揚聲器和顯示器的功能融合在一個元件里。SoundVu聲音板保持了DML工作的所有聲音優(yōu)點，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，在前種產品中，它把音頻源和視頻源放在同一個位置，而在后種產品中，把顯示器當作揚聲器既提高了音質，又通過消除常規(guī)微型揚聲器及其護柵，為產品外觀設計帶來了機會。
　　更大的聲音板一般使用動圈式激勵器，但設計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品。為了使SoundVu適合這些緊湊的設備，NXT的科技人員開發(fā)了DMA（分布模式激勵器），這是一種獨特的壓電式激勵器，它是一種模塊型器件，就像它驅動的聲音板一樣。在比激勵器的基本彎曲共振頻率更高的共振頻率上操作激勵器，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，并因此在低頻時需要很大的信號電壓能力。
　　NXT揚聲器的一個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更高的頻率。因此，盡管在優(yōu)化設計中，NXT聲音板的帶寬非常寬，一般超過8個八倍頻程，即2.4個十倍頻程，但經常有必要在全程應用中給它們搭配常規(guī)的低音揚聲器或亞低音揚聲器。NXT的科技人員早就意識到：如果單個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雜局面，從而實現(xiàn)前所未有的帶寬，并保持很寬的聲音散射范圍。