近期，易科國際為大家?guī)矸植际焦舱衲Ｊ綋P(yáng)聲器Tectonic DML500，該產(chǎn)品區(qū)別于傳統(tǒng)基于活塞式振膜設(shè)計，其工作原理是利用彎曲波共振，達(dá)到共振模式的均勻分布，從而獲得擴(kuò)散的、非相關(guān)的聲學(xué)輻射。
DML500性能優(yōu)勢：
全頻段寬輻射角達(dá)到165°，能達(dá)到更好的音色平衡和更好的立體聲聲像呈現(xiàn)；
在混響環(huán)境下可獲得更好的清晰度；
能獲得更高的回授前增益；
擁有更好的聲壓級一致性；
無需使用分頻器；
低調(diào)美觀、結(jié)構(gòu)堅固、易于安裝。
DML500可應(yīng)用在教堂、文藝表演場所、體育場館、機(jī)場、零售商店、教育及會議設(shè)施、流動音頻系統(tǒng)等場景。
在此，易科營銷中心高級總監(jiān)冀翔老師為大家分享nxt plc [英]《分布式共振模式揚(yáng)聲器的技術(shù)原理》。
一種在聲學(xué)上具有顯著優(yōu)勢，且與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器截然不同的揚(yáng)聲器技術(shù)——分布式共振模式揚(yáng)聲器（DML:Distributed Mode Loudspeaker）技術(shù)已經(jīng)被研發(fā)出來，它開啟了令人激動的全新設(shè)計潛能。本文解析它所具有的多種獨(dú)特特點(diǎn)，并且對其在多種不同場合下的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行描述。
在過去40多年的揚(yáng)聲器研發(fā)過程中，人們的絕大多數(shù)工作都圍繞在認(rèn)識、理解和抑制振膜共振、共振所帶來的聲染色以及衰減特性上。在此描述的則是一種截然不同的技術(shù)手段，它非但不去嘗試消除振膜共振，反而去激勵并利用共振。這種技術(shù)打破了已知的揚(yáng)聲器設(shè)計法則。
這里要討論的第一個問題是：在如此眾多的學(xué)術(shù)和設(shè)計精力被投入到完善現(xiàn)有技術(shù)的情況下，為什么需要一個全新的揚(yáng)聲器范例？為了回答這個問題，需要回到傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的基本原理，了解其工作機(jī)制和它們在性能上受到的制約。
傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器，無論它們使用何種換能方式（電磁感應(yīng)、靜電或壓電晶體等）都試圖讓振膜以活塞方式運(yùn)動，或者說至少在低頻段內(nèi)表現(xiàn)為活塞式運(yùn)動。當(dāng)說到“活塞方式”，意思是振膜能夠以一個完整的剛性整體進(jìn)行運(yùn)動。從聲學(xué)的角度來說，這種揚(yáng)聲器在絕大多數(shù)工作頻段上都是質(zhì)量控制的（Mass-controlled）。一個特定的輸入電壓使電動機(jī)產(chǎn)生一個不隨頻率發(fā)生變化的力，振膜受到一個質(zhì)量（它自身的運(yùn)動質(zhì)量和空氣負(fù)載）所施加的阻尼，根據(jù)牛頓第二運(yùn)動定律（F=ma），振膜的加速度不隨頻率發(fā)生改變。因此，隨著頻率的升高，振膜的位移會以12 dB每倍頻程的規(guī)律減�。搭l率加倍，振幅衰減為原來的1/4）。
在低頻段，由于波長相比振膜尺寸更大，這使得振膜的振動能夠滿足要求。與驅(qū)動器所耗散的聲功率相對應(yīng)的振膜輻射阻抗的實(shí)數(shù)部分（圖1）隨著頻率的升高而上升，同時，振膜的位移也以同樣的規(guī)律發(fā)生著衰減，因此，聲功率輸出保持不變。
圖1 1個6英寸活塞式驅(qū)動器的輻射阻值與頻率的關(guān)系
然而隨著頻率持續(xù)升高，當(dāng)聲波波長與振膜尺寸相接近時，情況會出現(xiàn)很大的變化。此時，輻射阻抗的實(shí)數(shù)部分到達(dá)了一個上限，不再繼續(xù)上升，所有更高的頻率的輻射阻值都變成了常數(shù)。
相應(yīng)地，振膜的聲學(xué)輸出功率開始以12 dB每倍頻程的規(guī)律衰減。而這并不意味著軸向壓力響應(yīng)的衰減：常見的現(xiàn)象是振膜的聲學(xué)輸出開始被限制在越來越窄的立體角中。換言之，它開始變得有指向性：波束開始聚攏。
隨頻率變化的指向性是揚(yáng)聲器設(shè)計中所面臨的最為棘手的問題之一。如果在一個消聲室環(huán)境下聆聽聲音重放（同時也坐在一個嚴(yán)格規(guī)定的聽音區(qū)域中），這一問題并不突出：僅僅聽到振膜的軸向輸出。但是傳統(tǒng)的聽音房間與消聲室大相徑庭，揚(yáng)聲器在聽音軸向之外的聲學(xué)輸出對聽感有著十分顯著的影響。因?yàn)閾P(yáng)聲器的指向性與頻率相關(guān)，一個房間中不同頻率的直達(dá)聲、反射聲和混響聲的比例都不一致。即使一個傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器具有絕對平直的軸向響應(yīng)且沒有任何不良共振——誠然這是高的離譜的要求，它不斷變化的偏軸向響應(yīng)仍然會產(chǎn)生聲染色，進(jìn)而導(dǎo)致聲像的畸變。
一個顯而易見的解決方案是使用一個足夠小的振膜來迫使輻射阻抗曲線的變化點(diǎn)位于可聞頻率范圍之上。但這種振膜需要在低頻段經(jīng)受強(qiáng)烈的、不切實(shí)際的形變拉伸來制造相應(yīng)的容積變化。因此，揚(yáng)聲器設(shè)計者通常不得不做出妥協(xié)，使用振膜尺寸逐漸減小的多個驅(qū)動器。大尺寸振膜被用來提供低頻重放所需的容積變化；對于高頻段來說，小振膜則在較大單元變得指向性過強(qiáng)之前進(jìn)行重放的接力。即便如此，揚(yáng)聲器的指向性還是會隨著頻率出現(xiàn)顯著的變化，同時對于分頻器的使用也會帶來若干不良的副作用：相位失真、對于偏軸向輸出的進(jìn)一步破壞、揚(yáng)聲器負(fù)載中出現(xiàn)更多的電抗性元件，以及與電容性能和電感磁芯過飽和相關(guān)的音質(zhì)問題。
通過能夠重放整個可聞頻率范圍且具有恒定指向性的單一驅(qū)動器能夠解決這些問題，并且能夠?yàn)楦蟮穆犚魠^(qū)提供一致性更好的聲音。但是，出于前文所羅列的原因，通過傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器設(shè)計技術(shù)無法滿足這一要求。研發(fā)工作似乎進(jìn)入了死胡同。
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放棄活塞
如果放棄活塞運(yùn)動的概念，轉(zhuǎn)而考慮一種在整個界面上進(jìn)行隨機(jī)性而非一致性振動的振膜呢？振膜上的每個小區(qū)域的共振模式都與其相鄰區(qū)域無關(guān)，它與活塞式振膜所具有的固定的、一致性的振動模式完全不同。不妨將其想象為一個由眾多小型驅(qū)動器所組成的陣列，每個驅(qū)動器的輻射模式都不相同，它們所輻射的非相關(guān)信號最終合成得到我們所需要的聲學(xué)輸出。
這種隨機(jī)振動振膜的特性與傳統(tǒng)振膜十分不同，因?yàn)楣β时粋鲗?dǎo)至輻射板的機(jī)械阻抗，它不會隨頻率發(fā)生改變。此時，輻射阻抗就變得無足輕重了。因此，振膜尺寸不再控制輻射指向性：可以根據(jù)需要來增大輻射表面積，同時無需擔(dān)心高頻輸出在軸向上不斷聚攏。顯然，這種振膜特性也開啟了新的可能性：將單一全頻驅(qū)動器從上述制約和妥協(xié)中解放出來。
想象總是美好的，但如何制造一個隨機(jī)振動的振膜呢？事實(shí)上這沒法做到，但可以通過一種被稱為分布式共振模式機(jī)制（Distributed Mode Operation）的方法來得到非常近似的結(jié)果。從本質(zhì)上來說，它關(guān)乎設(shè)計一個振膜/激勵系統(tǒng)，能夠以均勻的頻率和振幅激勵大量的共振模式。這種方式所導(dǎo)致的振動十分復(fù)雜，近似于圖2所示的隨機(jī)振動。它足以使揚(yáng)聲器從前文所述的指向性問題中解放出來，從圖3所示的三維極性圖中可以看到顯著的結(jié)果。
圖2 DML揚(yáng)聲器的振動模式
圖3 DML揚(yáng)聲器的擬隨機(jī)振動導(dǎo)致了與頻率無關(guān)的寬指向性
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分布式共振模式機(jī)制
遵循這種工作原理的揚(yáng)聲器被稱為分布式共振模式揚(yáng)聲器（后文統(tǒng)稱DML）。DML的振膜在其整個表面的振動模式十分復(fù)雜。這種復(fù)雜的振動模式在振膜附近所制造的聲場也十分復(fù)雜，但在一定距離之外，DML的遠(yuǎn)場輻射特性開始占據(jù)主導(dǎo)地位。它接近一個點(diǎn)聲源的指向性——即全指向特性，即使振膜比其所輻射的聲波波長大很多。
為什么一個以復(fù)雜、類隨機(jī)的方式進(jìn)行振動的平板能夠均勻地向各個方向輻射聲波呢？這里需要區(qū)分振膜表面上速度分布的兩個極端。
一個極端是剛性表面做活塞運(yùn)動，整個表面的運(yùn)動幅度和相位是一致的。在這種情況下，指向性僅取決于振膜上各個輻射點(diǎn)之間的路徑距離以及接收點(diǎn)的位置，如圖4。當(dāng)輻射聲波的波長小于振膜尺寸時，來自振膜不同區(qū)域的輻射之間開始出現(xiàn)干涉，這種干涉隨著偏離軸向而變得愈發(fā)嚴(yán)重。因此，其輻射模式呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的波束，如圖5。
圖4 振膜各部分到達(dá)接收點(diǎn)存在距離差
圖5 1個尺寸為16 cm的活塞驅(qū)動器在2 kHz~6 kHz的輻射呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的波束
另一個極端，是隨機(jī)振動板，振膜速度、幅度和相位隨機(jī)分布。振膜不同位置到達(dá)接收點(diǎn)的距離差仍然存在，但由于這些發(fā)聲點(diǎn)之間沒有相關(guān)性，不會出現(xiàn)總體性的干涉，如圖6。因此，聲波的輻射是均勻向各個方向展開的。高階的擴(kuò)散式輻射（如圖7）在遠(yuǎn)場呈現(xiàn)出全指向性。
圖6 振膜各點(diǎn)到達(dá)接收點(diǎn)的距離差存在但信號之間不存在相關(guān)性
圖7 1個尺寸為16 cm的DML揚(yáng)聲器在2 kHz~6 kHz的輻射呈現(xiàn)出全指向性
DML十分近似地模擬一個隨機(jī)振動振膜，因此具有類似的特性。這種機(jī)制也因此確保其在各個方向上獲得一致的聲學(xué)輸出。換言之，所有輻射能量似乎都從一個點(diǎn)發(fā)出。盡管如此，一個DML揚(yáng)聲器能夠在全頻段獲得高聲功率是因?yàn)槠湔衲げ皇艹叽缦拗�。而對于活塞式振膜運(yùn)動而言，這些特征則是相互排斥的。
盡管DML揚(yáng)聲器的振動呈現(xiàn)出隨機(jī)性，但其設(shè)計過程是至關(guān)重要的。需要了解若干關(guān)鍵參數(shù)：板的尺寸和形狀、激勵裝置（驅(qū)動器）的位置以及板材料的彎曲剛度、表面密度和內(nèi)部阻尼，就有可能以非常高的精度預(yù)測其聲學(xué)特性。
DML揚(yáng)聲器本身以完全的共振模式運(yùn)行，對于視共振為詛咒的音頻愛好者和工程師而言，這是令他們擔(dān)心的一點(diǎn)。難道板共振不會帶來令人無法容忍的聲染色嗎？令人驚訝的是：并不會，這是板振動高度復(fù)雜的特性所決定的。圖8顯示了一個DML揚(yáng)聲器的脈沖響應(yīng)，它所展示的長共振尾巴會讓任何一個傳統(tǒng)揚(yáng)聲器糟糕透頂，但它的聲音卻是清晰和透明的，同時保持著平坦的測量功率響應(yīng)（如圖9所示）。
圖8 一個DML揚(yáng)聲器的常見脈沖響應(yīng)
圖9 對激勵裝置位置和板共振模式的優(yōu)化控制能夠帶來平滑且近乎平坦的功率響應(yīng)
一些人認(rèn)為，DML揚(yáng)聲器作為一個共振模式對象（Modal Object）僅能夠在較高的頻率范圍內(nèi)保持良好的工作狀態(tài)，然而心理聲學(xué)研究顯示，設(shè)計精良的DML揚(yáng)聲器具有優(yōu)化的共振模式分布，對于高于平板彎曲振動基頻（Fundamental Bending Frequency）2~2.5倍的頻率來說，其聽感與完美的非共振模式聲源無異。例如，1個A4紙大小的DML揚(yáng)聲器的共振基頻（Fundamental Mode）約為100 Hz，它在實(shí)際應(yīng)用中的頻率范圍以200 Hz~250 Hz為起始點(diǎn)。然而多數(shù)傳統(tǒng)揚(yáng)聲器都不得不對低音單元和高音單元做出分頻，3 kHz左右的分頻點(diǎn)恰好是人耳聽覺最靈敏的區(qū)間；然而對于一個DML揚(yáng)聲器而言，如果它需要能量的補(bǔ)充，僅通過傳統(tǒng)的低頻或超低揚(yáng)聲器來補(bǔ)充可聞頻率下限的若干個倍頻程即可滿足需求。這使得各頻帶間的無縫銜接變得容易很多。
從失真角度來說，DML揚(yáng)聲器的表現(xiàn)基本等同于或優(yōu)于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器（參見圖10和圖11）。這是因?yàn)樵谛枰念l率范圍內(nèi)，板振動的振幅很�。ㄟ@對于激勵裝置音圈機(jī)械拉伸的要求也大大降低），始終處于平板的線性伸縮范圍內(nèi)。
圖10 1個尺寸為500 mm×700 mm、用于公共廣播系統(tǒng)的DML揚(yáng)聲器不同功率下各頻率的失真情況
圖11 1個尺寸為500 mm×700 mm、用于公共廣播系統(tǒng)的DML揚(yáng)聲器在不同頻率范圍內(nèi)各重放聲壓級條件下的失真情況
總的來說，不得不承認(rèn)傳統(tǒng)揚(yáng)聲器設(shè)計所追求的目標(biāo)是存在妥協(xié)的。當(dāng)試圖在一個寬頻段內(nèi)進(jìn)行聲學(xué)輸出，但是當(dāng)輻射聲波的波長小于振膜周長時，揚(yáng)聲器的功率輸出開始下降。此外，由于整個頻帶最低的部分需要充足的容積速率來進(jìn)行重放，一個傳統(tǒng)驅(qū)動器的功率帶寬通常需要被限制在4~5個倍頻程之內(nèi)。即便能夠制造出完美的活塞式輻射器，上述因素也同樣會對活塞式揚(yáng)聲器造成物理上的限制。因此，傳統(tǒng)驅(qū)動器的設(shè)計總是體現(xiàn)為帶寬、指向性和頻率響應(yīng)平坦度之間的妥協(xié)。對于最為精良的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器而言，這些設(shè)計工程上的妥協(xié)被巧妙地銜接在了一起，但妥協(xié)仍然存在。
DML揚(yáng)聲器則代表了一種截然不同的替代解決方案。平板的共振模式行為特征使其具有擴(kuò)散性的輸出，經(jīng)過優(yōu)化的平板振動模式則確保其重放頻帶超過8個倍頻程。隨著對平板材料、激勵裝置位置和界面條件（Boundary Conditions）等要素的不斷優(yōu)化，獲得了一種功率輸出與尺寸幾乎無關(guān)的隨機(jī)振動板。平順、密集的共振模式帶來可預(yù)測、明確且具有可塑性的聲學(xué)特性。
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聲學(xué)屬性
可塑性是DML揚(yáng)聲器所具備的最為重要的屬性之一。由于它在任何尺寸下幾乎都能夠維持相同的寬指向性特征，因此，適用于任何領(lǐng)域和任何尺寸的揚(yáng)聲器應(yīng)用，從移動電話中使用的小型平板到大面積的投影屏幕都是如此。在每一種應(yīng)用場景下，它的指向性都能夠保持一致。相比活塞式驅(qū)動器而言，它能夠在寬得多的聽音范圍內(nèi)提供一致的聲強(qiáng)和頻率平衡，即便在構(gòu)成復(fù)雜陣列的情況下也是如此。
由于平板尺寸和機(jī)械阻尼程度的不同，彎曲板的重合效應(yīng)（Coincidence Effects）（它發(fā)生在平板中波速等于空氣中聲速的頻率之上）可能導(dǎo)致一系列所需要或不需要的聲學(xué)效應(yīng)。某一頻率范圍的偏軸向功率過于突出是重合效應(yīng)所帶來的聲學(xué)結(jié)果之一。它可以被進(jìn)一步用于某些需要負(fù)指向性的應(yīng)用場合（如天花板揚(yáng)聲器）。但是在大多數(shù)情況下都不希望利用重合效應(yīng)，因此，通過多種設(shè)計技巧將這一效應(yīng)減小至可以忽略的程度，或者將相應(yīng)的頻率控制在可聞頻帶之外。
與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器不同，DML揚(yáng)聲器的性能會隨著平板尺寸的增加而得到改善，因?yàn)檫@會讓彎曲共振基頻降低。其優(yōu)勢不僅僅在于使低頻響應(yīng)下限得到擴(kuò)展，同時還增加了中低頻的共振模式密度。
對于一個經(jīng)過優(yōu)化的平板揚(yáng)聲器設(shè)計來說，其帶寬通常為8個倍頻程（整個可聞頻帶的帶寬大約為10個倍頻程）。尤其對于尺寸較小的后開孔平板而言，增加障板是一種增加低頻輸出的可行方法，詳見圖12。
圖12 障板可以被用來提升平板揚(yáng)聲器的低頻輸出（平板揚(yáng)聲器尺寸為500 cm²）
由于平板的共振模式行為特征，對其聲壓和頻率關(guān)系進(jìn)行單點(diǎn)高精度測量通常會展示出與活塞式揚(yáng)聲器十分不同的頻率響應(yīng)（如圖13）。對測試傳聲器進(jìn)行少許移動會獲得不同的、但總體趨勢相同的頻率響應(yīng)。然而，這種測量并不能夠準(zhǔn)確反映人們對平板揚(yáng)聲器輸出的感知情況。對平板的輸出功率和頻率關(guān)系進(jìn)行測量則是更有意義的，這種測量的結(jié)果需要通過不同位置上測得的壓力響應(yīng)整合而來。如圖5所示，測得的功率響應(yīng)更加平滑，也更能夠代表聽音者對平板輸出的頻率平衡感知情況。
圖13 單點(diǎn)的聲壓測量結(jié)果受到測試傳聲器位置的影響
DML揚(yáng)聲器的另一個獨(dú)特特征是，在不需要對平板背部進(jìn)行封閉的情況下，例如獨(dú)立式（Free Standing）揚(yáng)聲器應(yīng)用場景中，向背面輻射的功率與向正面輻射的功率不會出現(xiàn)因?yàn)楦缮娑斐傻牡窒�。兩方面原因�(qū)е铝诉@種現(xiàn)象：一是分布式共振模式輻射的復(fù)雜性；二是從遠(yuǎn)場觀察，各個輻射單元的相位關(guān)系都是非相關(guān)的（用擴(kuò)散偶極子“Diffuse Dipole”這一術(shù)語來描述這種聲學(xué)輻射特性）。
由于擴(kuò)散性的聲輻射減少了與相鄰反射界面之間的抵消性干涉。此外，DML揚(yáng)聲器無需箱體也可以使用，這也消除了揚(yáng)聲器箱體所帶來的寄生共振、染色和成本問題。
熟悉傳統(tǒng)全指向揚(yáng)聲器或近似全指向揚(yáng)聲器的人可能覺得DML揚(yáng)聲器會帶來相對不精確的、模糊的立體聲聲像。盡管板式揚(yáng)聲器的輻射角更寬，但在常規(guī)的家用環(huán)境下，它在立體聲“甜點(diǎn)”上生成的聲像清晰度和穩(wěn)定度至少與傳統(tǒng)指向性揚(yáng)聲器相同。這是因?yàn)樗鼈兊臄U(kuò)散性減少了與房間邊界的有害干涉（如圖14、圖15）。而在“甜點(diǎn)”范圍外，DML揚(yáng)聲器則能夠帶來極佳的立體聲聲像，這是其更好的偏軸向響應(yīng)和更少的房間干涉所決定的。另一個重要的成因是DML的行為特征——與直覺相違背，在遠(yuǎn)場狀態(tài)下呈現(xiàn)出類似于點(diǎn)聲源的特性（如圖16）。對于立體聲定位誤差的量化研究顯示，相比傳統(tǒng)揚(yáng)聲器而言，聽音者通過DML揚(yáng)聲器對虛聲源定位的感知更加可靠，如圖17所示。
圖14 活塞式揚(yáng)聲器與單一房間界面干涉的有限元分析
圖15 DML揚(yáng)聲器與單一房間界面干涉的有限元分析
圖16 對具有相同輻射表面積的活塞式揚(yáng)聲器和DML揚(yáng)聲器的有限元分析對比
圖17 雙聲道立體聲系統(tǒng)的虛聲像定位誤差的對比
對于傳統(tǒng)的寬指向揚(yáng)聲器來說，聽音者通常會聽到更多的房間信息。駐波共振更為明顯，因此，在不同聽音位置上的音色平衡變化十分明顯，聲源與房間界面的干涉也十分嚴(yán)重，這也使得揚(yáng)聲器的擺位更加重要。DML揚(yáng)聲器擴(kuò)散式的輻射特征使得它擁有與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器截然不同的行為模式。由于它們的聲音并非從空間中一個固定明確的點(diǎn)發(fā)出，DML揚(yáng)聲器能夠?yàn)檎麄�聽音空間提供更加均勻的聲壓分布（如圖18）。因此，房間干涉實(shí)際上得到了減弱（如圖19）。
圖18 在汽車駕駛艙內(nèi)測得的兩種揚(yáng)聲器的聲壓分布情況
圖19 兩種揚(yáng)聲器聲壓級（合成色）、頻率與距離關(guān)系的光譜圖對比
空間相關(guān)性（Spatial Correlation）是一種對DML輻射的擴(kuò)散特性進(jìn)行量化的方法。通過對平板揚(yáng)聲器的軸向和偏軸向聲學(xué)輸出進(jìn)行測量，將兩個信號進(jìn)行互相關(guān)（Cross-Correlating）處理后得到一個相關(guān)性系數(shù)（Correlation Coefficient）。如相關(guān)性系數(shù)為1，則說明2個信號相同，如相關(guān)性系數(shù)為0，則說明2個信號完全非相關(guān)。如果對若干偏軸向角度進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的測量，則可以得到如圖20所示的空間相關(guān)性極性圖，它描述了揚(yáng)聲器軸向和偏軸向輸出的相關(guān)程度如何發(fā)生改變。
圖20 DML揚(yáng)聲器和活塞式揚(yáng)聲器的空間相關(guān)極性圖
圖20中的藍(lán)色曲線展示了一個傳統(tǒng)活塞式揚(yáng)聲器的空間相關(guān)性。即使在遠(yuǎn)離軸向的角度上，相關(guān)性系數(shù)仍然很高。這意味著來自房間地板、側(cè)墻和房頂?shù)姆瓷鋵蛽P(yáng)聲器發(fā)出的直達(dá)聲產(chǎn)生嚴(yán)重的干涉。與之相比，紅色曲線則展示了一個DML揚(yáng)聲器的空間相關(guān)性結(jié)果。
由于DML揚(yáng)聲器的擴(kuò)散輻射特性，其偏軸向聲學(xué)輸出的相關(guān)性系數(shù)大大降低，與房間的干涉也大大緩解。
相比進(jìn)行一致性振動的揚(yáng)聲器振膜而言，寬指向性的擴(kuò)散式輻射所帶來的另一個有益結(jié)果，是其在一個房間中的聲學(xué)輸出變化，即響度隨聽音距離的增加而出現(xiàn)的衰減變得更加平緩。一個傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的聲壓衰減基本上遵循反平方定律，即距離加倍，聲壓級跌落6 dB。而DML揚(yáng)聲器的聲壓隨距離的衰減則有所減少，進(jìn)而帶來聲壓分布均勻度的提升，如圖21所示。
圖21 針對2個1 m處聲壓級相等的揚(yáng)聲器進(jìn)行的寬頻段聲壓級衰減特性對比
上述三個因素——DML揚(yáng)聲器的寬指向性、與房間界面之間較少的抵消性干涉以及聽音距離變化時保持更好的聲壓級一致性的能力，它們的結(jié)合導(dǎo)致了房間中的聲音覆蓋出人意料的均勻。傳統(tǒng)的活塞式揚(yáng)聲器的響度會隨著聽音點(diǎn)偏離軸向或者聽音距離的增加而快速衰減，而DML揚(yáng)聲器的覆蓋均勻度則有著顯著的改善，如圖22所示。
圖22 兩種揚(yáng)聲器的響度在房間不同位置的三維聲壓分布圖
在公共廣播和擴(kuò)聲系統(tǒng)中，通常使用指向性揚(yáng)聲器來減少反射能量，在提升語言清晰度的同時（在揚(yáng)聲器和傳聲器距離較近的情況下）抑制聲反饋（嘯叫）。DML揚(yáng)聲器的寬指向性似乎看上去無法勝任這些應(yīng)用，但再次強(qiáng)調(diào)，DML的擴(kuò)散式輻射特性會導(dǎo)致基于傳統(tǒng)智慧的經(jīng)驗(yàn)和期待出現(xiàn)困惑。在實(shí)際應(yīng)用中，DML揚(yáng)聲器偏軸向的低空間相關(guān)性能夠帶來語言清晰度的提升。聲反饋出現(xiàn)的風(fēng)險也降低了，回授前增益得到了提升，如圖23所示。
圖23 DML揚(yáng)聲器的擴(kuò)散式輻射
DML揚(yáng)聲器擴(kuò)散式的輻射特性還為家庭影院中的環(huán)繞聲道、汽車音響中的中央聲道等應(yīng)用場景提供了有效的解決方案。
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激勵裝置
多種不同的激勵技術(shù)都適合驅(qū)動DML揚(yáng)聲器，這其中包括壓電式換能器，但最為常見的選擇則是動圈式換能器。它擁有3個主要優(yōu)勢。
它能夠與傳統(tǒng)功率放大器相匹配。事實(shí)上，以動圈作為激勵裝置的DML揚(yáng)聲器對于功率放大器來說是十分優(yōu)質(zhì)的負(fù)載，在中低頻段均呈現(xiàn)出電阻特性，如圖24。隨著頻率的升高，線圈的感抗開始變得明顯，阻抗的模數(shù)開始增加，負(fù)載的電抗特性開始增強(qiáng)。這一區(qū)域是其他類型的揚(yáng)聲器同時出現(xiàn)低阻抗模數(shù)和大相位角的區(qū)域。
圖24 DML揚(yáng)聲器的阻抗曲線
它允許使用現(xiàn)有制造設(shè)施。
它能夠發(fā)掘DML揚(yáng)聲器的全頻段重放潛力。
激勵裝置——無論是動圈還是其他類型，都可以通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)動圈式揚(yáng)聲器中，換能器單元的磁體是固定的，與驅(qū)動器單元的外殼連接，而線圈是運(yùn)動元件，它與振膜相連接。DML揚(yáng)聲器的設(shè)計則十分獨(dú)特。如果需要和磁體固定（這對于需要承受高功率輸出的場合十分有用，因?yàn)闊崃靠梢酝ㄟ^磁體傳導(dǎo)給散熱器），則可以使用固定磁體的激勵裝置，此時磁體與平板的框架固定在一起。在必要時可以對其兩肋進(jìn)行處理以優(yōu)化散熱特性。
另一種方式也得到了眾多應(yīng)用場合的青睞，使用插入式的、不進(jìn)行機(jī)械固定的激勵裝置。僅由音圈與平板接觸，磁體處于懸空狀態(tài)。在這種情況下，整個平板是通過磁體運(yùn)動反作用力來進(jìn)行驅(qū)動的。
盡管動圈式驅(qū)動裝置能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求，小型平板應(yīng)用場景——例如智能手機(jī)——則顯然需要更小、且更加高效（以使得電池續(xù)航能力最大化）的驅(qū)動方式。為了滿足這一需求，一種壓電晶體驅(qū)動裝置被研發(fā)出來作為分布式共振模式的驅(qū)動器。
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總結(jié)
在此簡要地總結(jié)分布式共振模式揚(yáng)聲器的聲學(xué)優(yōu)勢：
尺寸不受限制；
能夠重放很寬的帶寬（超過8個倍頻程）；
在帶通頻率范圍內(nèi)能夠提供很寬指向性；
減少與聽音房間界面所發(fā)生的不良干涉；
改善立體聲聲像；
在聽音距離增加的情況下能夠更好地保持響度；
平板兩面輻射的能量不會進(jìn)行抵消性干涉；
無需在人耳最為敏感的頻段使用分頻器。
