AMINA DML技術揚聲器發明史及介紹

來源：數字音視工程網編輯：ann 2012-12-31 09:00:00 加入收藏咨詢

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　　每一段歷史的背后，都有一些隱密的真相，每一個發明的背后，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，當時他發現房屋對面的一張熒光紙板被點燃了，X光發明了。

　　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這一原理發明了噴墨打印機。

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

　　20世紀90年代初期，作為英國DERA(國防評估與研究署)即現在的QinetiQ的研究項目。研究目的是降低軍用飛機中的內部噪聲水平。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襯，但他們發現：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驗來開發這種應用，因此它打廣告尋找音頻業的合作伙伴，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，把初始研發工作委托給了Verity Labs，后者在為Mission Electronics公司設計常規揚聲器方面擁有相當多的經驗。

　　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，并且原型產品遠遠不具備商業可行性。第一步是確定振膜的振動行為，然后建立這種行為的數據模型，這樣他們可以優化它的物理屬性和激勵方法。

　　在DML的商業潛力變清晰之后，Verity Group立即在1996年成立了一家公司，就是現在的NXT公司，以便進一步開發該技術，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。AMINA DML隱藏式揚聲器也是其中授權研發的一個。NXT一直專注于通過基礎研究來擴大其IP(知識產權)基礎，發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服務。

　　DML 揚聲器工作原理：

　　DML 通過激勵并利用振膜材料內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生輻射阻抗，因為每個單元膜片附近的空氣也以無規則振膜模式運動著，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)。因此在自由空間發聲不會產生“聲短路”，不需要箱體;

　　圖（2）DML揚聲器指向性圖

DML 揚聲器對比傳統錐形揚聲器優缺點：優點：

　　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)發明錐形揚聲器4年后，即1929年由斯坦澤爾(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揚聲器、揚聲器箱相比也有不盡人意之處。

　　國內對DML技術揚聲器的研究：

　　DML技術出現后，國內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，大多數情況是做彎曲振動，他所激發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。

　　國內對DML技術揚聲器的應用：

　　由于產品外觀比傳統揚聲器薄、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，目前國內對這項技術更多的是模仿期，振膜多數采用建筑行業用的蜂窩板，蒙皮質量較差，圖(5)國產與進口對比，進口的AMINA產品蒙皮色澤光亮、材質較純，而國產的雜質較多。而音質的表現絕大部分是由振膜起作用的。市場上產品的應用主要是在公共廣播行業、家庭影院、多媒體等民用行業，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知識。

　　圖7，PanSys設計和評價工具

　　為了滿足這些需要，NXT開發了多種專用的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包含一個數據庫，內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。

　　NXT開始是用不透明材料來制造其振膜，但很快就發現，把DML技術延伸到透明塑料顯然將開創IP(知識產權)和產品潛力的新紀元。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，又通過消除常規微型揚聲器及其護柵，為產品外觀設計帶來了機會。

　　據中國廣播網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。