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AMINA DML技術(shù)揚(yáng)聲器發(fā)明史及介紹

更新時(shí)間：2012-2-24 11:44:33 �。� 編輯：溫情 ）    【大 中 小】     手機(jī)訪問(wèn)

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　　【音響網(wǎng)資訊】每一段歷史的背后，都有一些隱密的真相，每一個(gè)發(fā)明的背后，都有一些有趣的意外。1895年，德國(guó)物理學(xué)家威廉•倫琴正在進(jìn)行一項(xiàng)試驗(yàn)，該試驗(yàn)涉及到陰極射線，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)房屋對(duì)面的一張熒光紙板被點(diǎn)燃了，X光發(fā)明了。
　　由于不小心將一個(gè)加熱過(guò)的熨斗放在了鋼筆上，墨水從筆尖噴了出來(lái)。一名佳能工程師隨后根據(jù)這一原理發(fā)明了噴墨打印機(jī)。跟很多偉大發(fā)明一樣，（Distributed Mode Loudspeaker—分布模式揚(yáng)聲器）DML技術(shù)揚(yáng)聲器的發(fā)明也是充滿意外。

　　20世紀(jì)90年代初期，作為英國(guó)DERA（國(guó)防評(píng)估與研究署）即現(xiàn)在的QinetiQ的研究項(xiàng)目。研究目的是降低軍用飛機(jī)中的內(nèi)部噪聲水平。作為研究的一部分，DERA的科學(xué)家們嘗試用高剛度多層材料作為座艙的內(nèi)襯，但他們發(fā)現(xiàn)：它們不但沒(méi)有降低噪聲水平，反而使它升高了。由于該效應(yīng)可能對(duì)揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)具有重要意義，因此他們申請(qǐng)了一項(xiàng)投機(jī)性專利。DERA本身既沒(méi)有資源也沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)發(fā)這種應(yīng)用，因此它打廣告尋找音頻業(yè)的合作伙伴，把該專利授權(quán)出去。

　　這則廣告引起了Verity Group的Farad Azima的注意，他最初在1994年取得了一份非獨(dú)占許可證，把初始研發(fā)工作委托給了Verity Labs，后者在為Mission Electronics公司設(shè)計(jì)常規(guī)揚(yáng)聲器方面擁有相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)。

　　在這個(gè)初期階段，科學(xué)家們幾乎不了解后來(lái)被稱作DML的技術(shù)是如何工作的，并且原型產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)不具備商業(yè)可行性。第一步是確定振膜的振動(dòng)行為，然后建立這種行為的數(shù)據(jù)模型，這樣他們可以優(yōu)化它的物理屬性和激勵(lì)方法。

　　在DML的商業(yè)潛力變清晰之后，Verity Group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(kāi)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。AMINA DML隱藏式揚(yáng)聲器也是其中授權(quán)研發(fā)的一個(gè)。 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(kāi)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(kāi)發(fā)服務(wù)。

　　DML揚(yáng)聲器工作原理：
　　DML 通過(guò)激勵(lì)并利用振膜材料內(nèi)部的彎曲共振來(lái)工作。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，揚(yáng)聲器振膜表面以簡(jiǎn)正振動(dòng)方式作無(wú)規(guī)則振動(dòng)，振膜的每一部分獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，不必和其他部分同步，圖（1-b）是振膜無(wú)規(guī)則振動(dòng)的示意圖。整個(gè)振膜好象是由很多微型單元振膜組成，各自獨(dú)立發(fā)聲，其總和形成所需頻率響應(yīng)。這時(shí)振膜的各個(gè)微型單元膜片的機(jī)械阻抗對(duì)整個(gè)振動(dòng)膜不會(huì)產(chǎn)生輻射阻抗，因?yàn)槊總�(gè)單元膜片附近的空氣也以無(wú)規(guī)則振膜模式運(yùn)動(dòng)著，所以空氣負(fù)載也降低了。這就意味著振膜的大小不再受指向性限制。即使采用很大的振膜也不會(huì)引起高頻指向性尖銳，因此可以設(shè)計(jì)出全頻帶彎曲振動(dòng)型振膜，而其聲輻射是擴(kuò)散的。

圖（1）：a為傳統(tǒng)動(dòng)圈活塞式揚(yáng)聲器振動(dòng)示意圖；b為DML振動(dòng)示意圖

　　DML揚(yáng)聲器的主要性能：
　　1、振膜大小不受限制，振膜質(zhì)量?jī)H與揚(yáng)聲器靈敏度有關(guān)，和聲輻射方式無(wú)關(guān)；

　　2、前后輻射是同相的，是雙向同相位輻射，祥見(jiàn)圖（2）。因此在自由空間發(fā)聲不會(huì)產(chǎn)生“聲短路”，不需要箱體；

圖（2） DML揚(yáng)聲器指向性圖

　　DML揚(yáng)聲器對(duì)比傳統(tǒng)錐形揚(yáng)聲器優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：
　　1、消除了前室效應(yīng)，可以得到平坦的聲壓頻率特性；所謂前室效應(yīng)，是在賴斯—?jiǎng)P洛格（Rice-Kellogg）發(fā)明錐形揚(yáng)聲器4年后，即1929年由斯坦?jié)蔂枺⊿tenzel）提出的，他認(rèn)為前室效應(yīng)是錐形輻射干涉造成的，是形成揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)頻率起伏的原因之一。圖（3）、圖（4）。

　　2、振動(dòng)區(qū)域加大，可以展寬頻帶、降低失真，因?yàn)檎衲さ恼穹�很小，因而振�?dòng)系統(tǒng)工作在線形范圍，失真��；

　　3、在組成揚(yáng)聲器陣時(shí)，各單元振膜在同障板處于同一平面，聲源位置一致，相位特性良好。

　　4、厚度薄，結(jié)構(gòu)新穎。

圖（3）揚(yáng)聲器安裝圖 圖（4） 頻率特性曲線

　　缺點(diǎn)：
　　1、偏軸頻率特性有大的谷值；

　　2、低頻重放音質(zhì)與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器箱相比也有不盡人意之處。

　　國(guó)內(nèi)對(duì)DML技術(shù)揚(yáng)聲器的研究：
　　DML技術(shù)出現(xiàn)后，國(guó)內(nèi)高校及研究所對(duì)這項(xiàng)技術(shù)做了研究和介紹，其中中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所沈濠教授、南京大學(xué)趙其昌教授對(duì)其工作原理做了認(rèn)真研究，從不同角度分析了DML振動(dòng)形式、性能特點(diǎn)。一般薄板在受到周期性外力作用下，大多數(shù)情況是做彎曲振動(dòng)，他所激發(fā)的彎曲波將攜帶大部分能量以聲波形式向外輻射。若作為主動(dòng)聲源則可以輻射人們所需要的聲音，這就是揚(yáng)聲器。趙其昌教授用有限元發(fā)分析、沈濠教授則用有限薄板彎曲振動(dòng)方程求其解，殊途同歸，結(jié)論是一致的。

　　國(guó)內(nèi)對(duì)DML技術(shù)揚(yáng)聲器的應(yīng)用：
　　由于產(chǎn)品外觀比傳統(tǒng)揚(yáng)聲器薄、結(jié)構(gòu)新穎的特點(diǎn)被很多追求時(shí)尚的人熱捧，但由于沒(méi)掌握核心技術(shù)，特別是對(duì)振膜的基礎(chǔ)應(yīng)用研究及相關(guān)應(yīng)用測(cè)試手段的研究，目前國(guó)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)更多的是模仿期，振膜多數(shù)采用建筑行業(yè)用的蜂窩板，蒙皮質(zhì)量較差，圖（5）國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口對(duì)比，進(jìn)口的AMINA產(chǎn)品蒙皮色澤光亮、材質(zhì)較純，而國(guó)產(chǎn)的雜質(zhì)較多。而音質(zhì)的表現(xiàn)絕大部分是由振膜起作用的。市場(chǎng)上產(chǎn)品的應(yīng)用主要是在公共廣播行業(yè)、家庭影院、多媒體等民用行業(yè)，既是畫(huà)作也是音響的應(yīng)用比較多，相對(duì)價(jià)格也比較低。所以要提升該技術(shù)并推廣應(yīng)用有必要加大對(duì)基礎(chǔ)研究的投入。

圖（5） 蒙皮對(duì)比

　　英國(guó)NXT公司和AMINA公司對(duì)DML技術(shù)的研究及應(yīng)用：
　　由于NXT振膜與活塞式揚(yáng)聲器的工作方式差別很大，因此常規(guī)的揚(yáng)聲器CAE工具在聲學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中毫無(wú)幫助。NXT公司對(duì)DML振動(dòng)行為的早期研究使用了FEA（有限元分析），并且對(duì)于需要異形振膜的應(yīng)用，這種方法依然是最好的。然而，需要花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)構(gòu)建和分析FEA模型，因此在多數(shù)情況下，這種方法并不實(shí)用，即使想使用它的NXT被許可方必須具有專業(yè)知識(shí)。

圖7 PanSys設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)工具

　　為了滿足這些需要，NXT開(kāi)發(fā)了多種專用的CAE設(shè)計(jì)工具，其中最重要的就是PanSys（圖7）。PanSys使設(shè)計(jì)人員能夠在拖放環(huán)境中構(gòu)建虛擬振膜，然后，它迅速而準(zhǔn)確地仿真它們的性能。輸出包括“振膜聲功率對(duì)頻率響應(yīng)”和“電阻抗對(duì)頻率”。最重要的是，PanSys包含一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容是認(rèn)可的振膜材料和激勵(lì)器，它們已全部由NXT的技術(shù)中心做了測(cè)試，以確保仿真的準(zhǔn)確性。就振膜材料而言，測(cè)試涉及利用激光干涉計(jì)來(lái)確定動(dòng)態(tài)剛度和阻尼值。如果剛度和阻尼與頻率有關(guān)，那么您還可以建立這種行為的模型。PanSys提取激勵(lì)器的各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)。

　　NXT開(kāi)始是用不透明材料來(lái)制造其振膜，但很快就發(fā)現(xiàn)，把DML技術(shù)延伸到透明塑料顯然將開(kāi)創(chuàng)IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）和產(chǎn)品潛力的新紀(jì)元。通過(guò)從透明振膜的外圍驅(qū)動(dòng)它，您可以把揚(yáng)聲器和顯示器的功能融合一起里。SoundVu振膜保持了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)。

　　據(jù)中國(guó)廣播網(wǎng)轉(zhuǎn)的一篇國(guó)外媒體報(bào)道：由于iPhone極小的揚(yáng)聲器使手機(jī)音量弱小，分布模式揚(yáng)聲器（DML）可能成為未來(lái)iPhone繼3G之后將采納的一項(xiàng)技術(shù)。

圖（8）這臺(tái)筆記本電腦屏幕也是一個(gè)揚(yáng)聲器 圖（9）蘋(píng)果iPhone獲將采用DML揚(yáng)聲器技術(shù)

　　英國(guó)AMINA公司對(duì)DML揚(yáng)聲器的研究重點(diǎn)是完全隱藏式的應(yīng)用。屏棄傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合DML技術(shù)揚(yáng)聲器振幅小、聲場(chǎng)擴(kuò)散均勻的特點(diǎn)，利用NXT公司的設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)的完全隱藏式揚(yáng)聲器，為揚(yáng)聲器應(yīng)用創(chuàng)造了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，解決特殊場(chǎng)合視覺(jué)不看到揚(yáng)聲器的難題。

　　該技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外具有成熟的應(yīng)用案例，同時(shí)也看到這項(xiàng)技術(shù)與建筑的高度融合。

圖10 全隱藏?fù)P聲器的應(yīng)用安裝圖

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