AMINA DML技術揚聲器發(fā)明史及介紹

來源：數(shù)字音視工程網(wǎng) 編輯：ann 2012-12-31 09:00:00 加入收藏

　　每一段歷史的背后，都有一些隱密的真相，每一個發(fā)明的背后，都有一些有趣的意外。1895年，德國物理學家威廉•倫琴正在進行一項試驗，該試驗涉及到陰極射線，當時他發(fā)現(xiàn)房屋對面的一張熒光紙板被點燃了，X光發(fā)明了。

　　由于不小心將一個加熱過的熨斗放在了鋼筆上，墨水從筆尖噴了出來。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。

　　跟很多偉大發(fā)明一樣，（Distributed Mode Loudspeaker—分布模式揚聲器）DML技術揚聲器的發(fā)明也是充滿意外。

　　20世紀90年代初期，作為英國DERA(國防評估與研究署)即現(xiàn)在的QinetiQ的研究項目。研究目的是降低軍用飛機中的內(nèi)部噪聲水平。作為研究的一部分，DERA的科學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)：它們不但沒有降低噪聲水平，反而使它升高了。由于該效應可能對揚聲器設計具有重要意義，因此他們申請了一項投機性專利。DERA本身既沒有資源也沒有經(jīng)驗來開發(fā)這種應用，因此它打廣告尋找音頻業(yè)的合作伙伴，把該專利授權出去。

　　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公司設計常規(guī)揚聲器方面擁有相當多的經(jīng)驗。

　　在這個初期階段，科學家們幾乎不了解后來被稱作DML的技術是如何工作的，并且原型產(chǎn)品遠遠不具備商業(yè)可行性。第一步是確定振膜的振動行為，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(chǎn)品是NEC公司于1997年在日本推出的一款筆記本電腦。AMINA DML隱藏式揚聲器也是其中授權研發(fā)的一個。NXT一直專注于通過基礎研究來擴大其IP(知識產(chǎn)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(chǎn)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。

　　DML 揚聲器工作原理：

　　DML 通過激勵并利用振膜材料內(nèi)部的彎曲共振來工作。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，揚聲器振膜表面以簡正振動方式作無規(guī)則振動，振膜的每一部分獨立運動，不必和其他部分同步，圖(1-b)是振膜無規(guī)則振動的示意圖。整個振膜好象是由很多微型單元振膜組成，各自獨立發(fā)聲，其總和形成所需頻率響應。這時振膜的各個微型單元膜片的機械阻抗對整個振動膜不會產(chǎn)生輻射阻抗，因為每個單元膜片附近的空氣也以無規(guī)則振膜模式運動著，所以空氣負載也降低了。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引起高頻指向性尖銳，因此可以設計出全頻帶彎曲振動型振膜，而其聲輻射是擴散的。

　圖（1）：a為傳統(tǒng)動圈活塞式揚聲器振動示意圖；b為DML振動示意圖

　 DML 揚聲器的主要性能：

　　1、振膜大小不受限制，振膜質量僅與揚聲器靈敏度有關，和聲輻射方式無關;

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

　　圖（2）DML揚聲器指向性圖

DML 揚聲器對比傳統(tǒng)錐形揚聲器優(yōu)缺點：優(yōu)點：

　　1、消除了前室效應，可以得到平坦的聲壓頻率特性;所謂前室效應，是在賴斯—凱洛格(Rice-Kellogg)發(fā)明錐形揚聲器4年后，即1929年由斯坦?jié)蔂?Stenzel)提出的，他認為前室效應是錐形輻射干涉造成的，是形成揚聲器頻率響應頻率起伏的原因之一。圖(3)、圖(4)。

　　2、振動區(qū)域加大，可以展寬頻帶、降低失真，因為振膜的振幅很小，因而振動系統(tǒng)工作在線形范圍，失真小;

　　3、在組成揚聲器陣時，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，結構新穎。

　　圖(3)揚聲器安裝圖圖(4) 頻率特性曲線

　　缺點：

　　1、偏軸頻率特性有大的谷值;

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

　　國內(nèi)對DML技術揚聲器的研究：

　　DML技術出現(xiàn)后，國內(nèi)高校及研究所對這項技術做了研究和介紹，其中中國科學院聲學研究所沈濠教授、南京大學趙其昌教授對其工作原理做了認真研究，從不同角度分析了DML振動形式、性能特點。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，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。若作為主動聲源則可以輻射人們所需要的聲音，這就是揚聲器。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方程求其解，殊途同歸，結論是一致的。

　　國內(nèi)對DML技術揚聲器的應用：

　　由于產(chǎn)品外觀比傳統(tǒng)揚聲器薄、結構新穎的特點被很多追求時尚的人熱捧，但由于沒掌握核心技術，特別是對振膜的基礎應用研究及相關應用測試手段的研究，目前國內(nèi)對這項技術更多的是模仿期，振膜多數(shù)采用建筑行業(yè)用的蜂窩板，蒙皮質量較差，圖(5)國產(chǎn)與進口對比，進口的AMINA產(chǎn)品蒙皮色澤光亮、材質較純，而國產(chǎn)的雜質較多。而音質的表現(xiàn)絕大部分是由振膜起作用的。市場上產(chǎn)品的應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)，既是畫作也是音響的應用比較多，相對價格也比較低。所以要提升該技術并推廣應用有必要加大對基礎研究的投入。

　　圖（5）蒙皮對比

　　英國NXT公司和AMINA公司對DML技術的研究及應用：

　　由于NXT振膜與活塞式揚聲器的工作方式差別很大，因此常規(guī)的揚聲器CAE工具在聲學設計過程中毫無幫助。NXT公司對DML振動行為的早期研究使用了FEA(有限元分析)，并且對于需要異形振膜的應用，這種方法依然是最好的。然而，需要花很長時間來構建和分析FEA模型，因此在多數(shù)情況下，這種方法并不實用，即使想使用它的NXT被許可方必須具有專業(yè)知識。

　　圖7，PanSys設計和評價工具

　　為了滿足這些需要，NXT開發(fā)了多種專用的CAE設計工具，其中最重要的就是PanSys(圖7)。PanSys使設計人員能夠在拖放環(huán)境中構建虛擬振膜，然后，它迅速而準確地仿真它們的性能。輸出包括“振膜聲功率對頻率響應”和“電阻抗對頻率”。最重要的是，PanSys包含一個數(shù)據(jù)庫，內(nèi)容是認可的振膜材料和激勵器，它們已全部由NXT的技術中心做了測試，以確保仿真的準確性。就振膜材料而言，測試涉及利用激光干涉計來確定動態(tài)剛度和阻尼值。如果剛度和阻尼與頻率有關，那么您還可以建立這種行為的模型。PanSys提取激勵器的各項機電參數(shù)。

　　NXT開始是用不透明材料來制造其振膜，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(知識產(chǎn)權)和產(chǎn)品潛力的新紀元。通過從透明振膜的外圍驅動它，您可以把揚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，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，在前種產(chǎn)品中，它把音頻源和視頻源放在同一個位置，而在后種產(chǎn)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(chǎn)品外觀設計帶來了機會。

　　據(jù)中國廣播網(wǎng)轉的一篇國外媒體報道：由于iPhone極小的揚聲器使手機音量弱小，分布模式揚聲器(DML)可能成為未來iPhone繼3G之后將采納的一項技術。