近期，易科國(guó)際為大家?guī)?lái)分布式共振模式揚(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(jì)，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(shì)：
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(jí)一致性；
無(wú)需使用分頻器；
 低調(diào)美觀、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、易于安裝。

DML500可應(yīng)用在教堂、文藝表演場(chǎng)所、體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、零售商店、教育及會(huì)議設(shè)施、流動(dòng)音頻系統(tǒng)等場(chǎng)景。

在此，易科營(yíng)銷(xiāo)中心高級(jí)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(shì)，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(lái)，它開(kāi)啟了令人激動(dòng)的全新設(shè)計(jì)潛能。本文解析它所具有的多種獨(dú)特特點(diǎn)，并且對(duì)其在多種不同場(chǎng)合下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行描述。

在過(guò)去40多年的揚(yáng)聲器研發(fā)過(guò)程中，人們的絕大多數(shù)工作都圍繞在認(rèn)識(shí)、理解和抑制振膜共振、共振所帶來(lái)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(lì)并利用共振。這種技術(shù)打破了已知的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)法則。

這里要討論的第一個(gè)問(wèn)題是：在如此眾多的學(xué)術(shù)和設(shè)計(jì)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(gè)全新的揚(yáng)聲器范例？為了回答這個(gè)問(wèn)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?cè)谛阅苌鲜艿降闹萍s。

傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器，無(wú)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(dòng)，或者說(shuō)至少在低頻段內(nèi)表現(xiàn)為活塞式運(yùn)動(dòng)。當(dāng)說(shuō)到“活塞方式”，意思是振膜能夠以一個(gè)完整的剛性整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。從聲學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，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(gè)特定的輸入電壓使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)不隨頻率發(fā)生變化的力，振膜受到一個(gè)質(zhì)量（它自身的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(huì)以12 dB每倍頻程的規(guī)律減�。搭l率加倍，振幅衰減為原來(lái)的1/4）。

在低頻段，由于波長(zhǎng)相比振膜尺寸更大，這使得振膜的振動(dòng)能夠滿(mǎn)足要求。與驅(qū)動(dòng)器所耗散的聲功率相對(duì)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(shí)，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(gè)6英寸活塞式驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)與振膜尺寸相接近時(shí)，情況會(huì)出現(xiàn)很大的變化。此時(shí)，輻射阻抗的實(shí)數(shù)部分到達(dá)了一個(gè)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(kāi)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(jiàn)的現(xiàn)象是振膜的聲學(xué)輸出開(kāi)始被限制在越來(lái)越窄的立體角中。換言之，它開(kāi)始變得有指向性：波束開(kāi)始聚攏。

隨頻率變化的指向性是揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中所面臨的最為棘手的問(wèn)題之一。如果在一個(gè)消聲室環(huán)境下聆聽(tīng)聲音重放（同時(shí)也坐在一個(gè)嚴(yán)格規(guī)定的聽(tīng)音區(qū)域中），這一問(wèn)題并不突出：僅僅聽(tīng)到振膜的軸向輸出。但是傳統(tǒng)的聽(tīng)音房間與消聲室大相徑庭，揚(yáng)聲器在聽(tīng)音軸向之外的聲學(xué)輸出對(duì)聽(tīng)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(gè)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(gè)傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器具有絕對(duì)平直的軸向響應(yīng)且沒(méi)有任何不良共振——誠(chéng)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(huì)產(chǎn)生聲染色，進(jìn)而導(dǎo)致聲像的畸變。

一個(gè)顯而易見(jiàn)的解決方案是使用一個(gè)足夠小的振膜來(lái)迫使輻射阻抗曲線(xiàn)的變化點(diǎn)位于可聞?lì)l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(lái)制造相應(yīng)的容積變化。因此，揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)者通常不得不做出妥協(xié)，使用振膜尺寸逐漸減小的多個(gè)驅(qū)動(dòng)器。大尺寸振膜被用來(lái)提供低頻重放所需的容積變化；對(duì)于高頻段來(lái)說(shuō)，小振膜則在較大單元變得指向性過(guò)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(huì)隨著頻率出現(xiàn)顯著的變化，同時(shí)對(duì)于分頻器的使用也會(huì)帶來(lái)若干不良的副作用：相位失真、對(duì)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(guò)飽和相關(guān)的音質(zhì)問(wèn)題。

通過(guò)能夠重放整個(gè)可聞?lì)l率范圍且具有恒定指向性的單一驅(qū)動(dòng)器能夠解決這些問(wèn)題，并且能夠?yàn)楦蟮穆?tīng)音區(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(guò)傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)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(dòng)的概念，轉(zhuǎn)而考慮一種在整個(gè)界面上進(jìn)行隨機(jī)性而非一致性振動(dòng)的振膜呢？振膜上的每個(gè)小區(qū)域的共振模式都與其相鄰區(qū)域無(wú)關(guān)，它與活塞式振膜所具有的固定的、一致性的振動(dòng)模式完全不同。不妨將其想象為一個(gè)由眾多小型驅(qū)動(dòng)器所組成的陣列，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輻射模式都不相同，它們所輻射的非相關(guān)信號(hào)最終合成得到我們所需要的聲學(xué)輸出。

這種隨機(jī)振動(dòng)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(huì)隨頻率發(fā)生改變。此時(shí)，輻射阻抗就變得無(wú)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(lái)增大輻射表面積，同時(shí)無(wú)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(kāi)啟了新的可能性：將單一全頻驅(qū)動(dòng)器從上述制約和妥協(xié)中解放出來(lái)。

想象總是美好的，但如何制造一個(gè)隨機(jī)振動(dòng)的振膜呢？事實(shí)上這沒(méi)法做到，但可以通過(guò)一種被稱(chēng)為分布式共振模式機(jī)制（Distributed Mode Operation）的方法來(lái)得到非常近似的結(jié)果。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它關(guān)乎設(shè)計(jì)一個(gè)振膜/激勵(lì)系統(tǒng)，能夠以均勻的頻率和振幅激勵(lì)大量的共振模式。這種方式所導(dǎo)致的振動(dòng)十分復(fù)雜，近似于圖2所示的隨機(jī)振動(dòng)。它足以使揚(yáng)聲器從前文所述的指向性問(wèn)題中解放出來(lái)，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(dòng)模式

圖3 DML揚(yáng)聲器的擬隨機(jī)振動(dòng)導(dǎo)致了與頻率無(wú)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(chēng)為分布式共振模式揚(yáng)聲器（后文統(tǒng)稱(chēng)DML）。DML的振膜在其整個(gè)表面的振動(dòng)模式十分復(fù)雜。這種復(fù)雜的振動(dòng)模式在振膜附近所制造的聲場(chǎng)也十分復(fù)雜，但在一定距離之外，DML的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位。它接近一個(gè)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(zhǎng)大很多。

為什么一個(gè)以復(fù)雜、類(lèi)隨機(jī)的方式進(jìn)行振動(dòng)的平板能夠均勻地向各個(gè)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(gè)極端。

一個(gè)極端是剛性表面做活塞運(yùn)動(dòng)，整個(gè)表面的運(yùn)動(dòng)幅度和相位是一致的。在這種情況下，指向性?xún)H取決于振膜上各個(gè)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(zhǎng)小于振膜尺寸時(shí)，來(lái)自振膜不同區(qū)域的輻射之間開(kāi)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(gè)尺寸為16 cm的活塞驅(qū)動(dòng)器在2 kHz~6 kHz的輻射呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的波束

另一個(gè)極端，是隨機(jī)振動(dòng)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(méi)有相關(guān)性，不會(huì)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(gè)方向展開(kāi)的。高階的擴(kuò)散式輻射（如圖7）在遠(yuǎn)場(chǎng)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(hào)之間不存在相關(guān)性

圖7 1個(gè)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(gè)隨機(jī)振動(dòng)振膜，因此具有類(lèi)似的特性。這種機(jī)制也因此確保其在各個(gè)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(gè)點(diǎn)發(fā)出。盡管如此，一個(gè)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�?duì)于活塞式振膜運(yùn)動(dòng)而言，這些特征則是相互排斥的。

盡管DML揚(yáng)聲器的振動(dòng)呈現(xiàn)出隨機(jī)性，但其設(shè)計(jì)過(guò)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(lì)裝置（驅(qū)動(dòng)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(cè)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(duì)于視共振為詛咒的音頻愛(ài)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(huì)帶來(lái)令人無(wú)法容忍的聲染色嗎？令人驚訝的是：并不會(huì)，這是板振動(dòng)高度復(fù)雜的特性所決定的。圖8顯示了一個(gè)DML揚(yáng)聲器的脈沖響應(yīng)，它所展示的長(zhǎng)共振尾巴會(huì)讓任何一個(gè)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(shí)保持著平坦的測(cè)量功率響應(yīng)（如圖9所示）。

圖8 一個(gè)DML揚(yáng)聲器的常見(jiàn)脈沖響應(yīng)

圖9 對(duì)激勵(lì)裝置位置和板共振模式的優(yōu)化控制能夠帶來(lái)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(gè)共振模式對(duì)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(jì)精良的DML揚(yáng)聲器具有優(yōu)化的共振模式分布，對(duì)于高于平板彎曲振動(dòng)基頻（Fundamental Bending Frequency）2~2.5倍的頻率來(lái)說(shuō)，其聽(tīng)感與完美的非共振模式聲源無(wú)異。例如，1個(gè)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(duì)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(tīng)覺(jué)最靈敏的區(qū)間；然而對(duì)于一個(gè)DML揚(yáng)聲器而言，如果它需要能量的補(bǔ)充，僅通過(guò)傳統(tǒng)的低頻或超低揚(yáng)聲器來(lái)補(bǔ)充可聞?lì)l率下限的若干個(gè)倍頻程即可滿(mǎn)足需求。這使得各頻帶間的無(wú)縫銜接變得容易很多。

從失真角度來(lái)說(shuō)，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(jiàn)圖10和圖11）。這是因?yàn)樵谛枰念l率范圍內(nèi)，板振動(dòng)的振幅很�。ㄟ@對(duì)于激勵(lì)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(xiàn)性伸縮范圍內(nèi)。

圖10 1個(gè)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(gè)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(jí)條件下的失真情況

總的來(lái)說(shuō)，不得不承認(rèn)傳統(tǒng)揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)是存在妥協(xié)的。當(dāng)試圖在一個(gè)寬頻段內(nèi)進(jìn)行聲學(xué)輸出，但是當(dāng)輻射聲波的波長(zhǎng)小于振膜周長(zhǎng)時(shí)，揚(yáng)聲器的功率輸出開(kāi)始下降。此外，由于整個(gè)頻帶最低的部分需要充足的容積速率來(lái)進(jìn)行重放，一個(gè)傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的功率帶寬通常需要被限制在4~5個(gè)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(huì)對(duì)活塞式揚(yáng)聲器造成物理上的限制。因此，傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)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(duì)于最為精良的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器而言，這些設(shè)計(jì)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(guò)優(yōu)化的平板振動(dòng)模式則確保其重放頻帶超過(guò)8個(gè)倍頻程。隨著對(duì)平板材料、激勵(lì)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(wú)關(guān)的隨機(jī)振動(dòng)板。平順、密集的共振模式帶來(lái)可預(yù)測(cè)、明確且具有可塑性的聲學(xué)特性。

3
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(dòng)電話(huà)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(chǎng)景下，它的指向性都能夠保持一致。相比活塞式驅(qū)動(dòng)器而言，它能夠在寬得多的聽(tīng)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(guò)于突出是重合效應(yīng)所帶來(lái)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(chǎng)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(guò)多種設(shè)計(jì)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?lì)l帶之外。

與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器不同，DML揚(yáng)聲器的性能會(huì)隨著平板尺寸的增加而得到改善，因?yàn)檫@會(huì)讓彎曲共振基頻降低。其優(yōu)勢(shì)不僅僅在于使低頻響應(yīng)下限得到擴(kuò)展，同時(shí)還增加了中低頻的共振模式密度。

對(duì)于一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的平板揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其帶寬通常為8個(gè)倍頻程（整個(gè)可聞?lì)l帶的帶寬大約為10個(gè)倍頻程）。尤其對(duì)于尺寸較小的后開(kāi)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(jiàn)圖12。

圖12 障板可以被用來(lái)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(duì)其聲壓和頻率關(guān)系進(jìn)行單點(diǎn)高精度測(cè)量通常會(huì)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(duì)測(cè)試傳聲器進(jìn)行少許移動(dòng)會(huì)獲得不同的、但總體趨勢(shì)相同的頻率響應(yīng)。然而，這種測(cè)量并不能夠準(zhǔn)確反映人們對(duì)平板揚(yáng)聲器輸出的感知情況。對(duì)平板的輸出功率和頻率關(guān)系進(jìn)行測(cè)量則是更有意義的，這種測(cè)量的結(jié)果需要通過(guò)不同位置上測(cè)得的壓力響應(yīng)整合而來(lái)。如圖5所示，測(cè)得的功率響應(yīng)更加平滑，也更能夠代表聽(tīng)音者對(duì)平板輸出的頻率平衡感知情況。

圖13 單點(diǎn)的聲壓測(cè)量結(jié)果受到測(cè)試傳聲器位置的影響

DML揚(yáng)聲器的另一個(gè)獨(dú)特特征是，在不需要對(duì)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(chǎng)景中，向背面輻射的功率與向正面輻射的功率不會(huì)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(chǎng)觀察，各個(gè)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(yǔ)來(lái)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(wú)需箱體也可以使用，這也消除了揚(yáng)聲器箱體所帶來(lái)的寄生共振、染色和成本問(wèn)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(jué)得DML揚(yáng)聲器會(huì)帶來(lái)相對(duì)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(lái)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(gè)重要的成因是DML的行為特征——與直覺(jué)相違背，在遠(yuǎn)場(chǎng)狀態(tài)下呈現(xiàn)出類(lèi)似于點(diǎn)聲源的特性（如圖16）。對(duì)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(tīng)音者通過(guò)DML揚(yáng)聲器對(duì)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(duì)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(duì)比

圖17 雙聲道立體聲系統(tǒng)的虛聲像定位誤差的對(duì)比

對(duì)于傳統(tǒng)的寬指向揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō)，聽(tīng)音者通常會(huì)聽(tīng)到更多的房間信息。駐波共振更為明顯，因此，在不同聽(tīng)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(gè)固定明確的點(diǎn)發(fā)出，DML揚(yáng)聲器能夠?yàn)檎麄�(gè)聽(tīng)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(chē)駕駛艙內(nèi)測(cè)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(jí)（合成色）、頻率與距離關(guān)系的光譜圖對(duì)比

空間相關(guān)性（Spatial Correlation）是一種對(duì)DML輻射的擴(kuò)散特性進(jìn)行量化的方法。通過(guò)對(duì)平板揚(yáng)聲器的軸向和偏軸向聲學(xué)輸出進(jìn)行測(cè)量，將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)（Cross-Correlating）處理后得到一個(gè)相關(guān)性系數(shù)（Correlation Coefficient）。如相關(guān)性系數(shù)為1，則說(shuō)明2個(gè)信號(hào)相同，如相關(guān)性系數(shù)為0，則說(shuō)明2個(gè)信號(hào)完全非相關(guān)。如果對(duì)若干偏軸向角度進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的測(cè)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(xiàn)展示了一個(gè)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(lái)自房間地板、側(cè)墻和房頂?shù)姆瓷鋵?huì)和揚(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(xiàn)則展示了一個(gè)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(dòng)的揚(yáng)聲器振膜而言，寬指向性的擴(kuò)散式輻射所帶來(lái)的另一個(gè)有益結(jié)果，是其在一個(gè)房間中的聲學(xué)輸出變化，即響度隨聽(tīng)音距離的增加而出現(xiàn)的衰減變得更加平緩。一個(gè)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(jí)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(lái)聲壓分布均勻度的提升，如圖21所示。

圖21 針對(duì)2個(gè)1 m處聲壓級(jí)相等的揚(yáng)聲器進(jìn)行的寬頻段聲壓級(jí)衰減特性對(duì)比

上述三個(gè)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(tīng)音距離變化時(shí)保持更好的聲壓級(jí)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(huì)隨著聽(tīng)音點(diǎn)偏離軸向或者聽(tīng)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(lái)減少反射能量，在提升語(yǔ)言清晰度的同時(shí)（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(wú)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(huì)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(lái)語(yǔ)言清晰度的提升。聲反饋出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)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(chē)音響中的中央聲道等應(yīng)用場(chǎng)景提供了有效的解決方案。

4
激勵(lì)裝置

多種不同的激勵(lì)技術(shù)都適合驅(qū)動(dòng)DML揚(yáng)聲器，這其中包括壓電式換能器，但最為常見(jiàn)的選擇則是動(dòng)圈式換能器。它擁有3個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。

它能夠與傳統(tǒng)功率放大器相匹配。事實(shí)上，以動(dòng)圈作為激勵(lì)裝置的DML揚(yáng)聲器對(duì)于功率放大器來(lái)說(shuō)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(xiàn)圈的感抗開(kāi)始變得明顯，阻抗的模數(shù)開(kāi)始增加，負(fù)載的電抗特性開(kāi)始增強(qiáng)。這一區(qū)域是其他類(lèi)型的揚(yáng)聲器同時(shí)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(xiàn)

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(lì)裝置——無(wú)論是動(dòng)圈還是其他類(lèi)型，都可以通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器中，換能器單元的磁體是固定的，與驅(qū)動(dòng)器單元的外殼連接，而線(xiàn)圈是運(yùn)動(dòng)元件，它與振膜相連接。DML揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)則十分獨(dú)特。如果需要和磁體固定（這對(duì)于需要承受高功率輸出的場(chǎng)合十分有用，因?yàn)闊崃靠梢酝ㄟ^(guò)磁體傳導(dǎo)給散熱器），則可以使用固定磁體的激勵(lì)裝置，此時(shí)磁體與平板的框架固定在一起。在必要時(shí)可以對(duì)其兩肋進(jìn)行處理以?xún)?yōu)化散熱特性。

另一種方式也得到了眾多應(yīng)用場(chǎng)合的青睞，使用插入式的、不進(jìn)行機(jī)械固定的激勵(lì)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(gè)平板是通過(guò)磁體運(yùn)動(dòng)反作用力來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。

盡管動(dòng)圈式驅(qū)動(dòng)裝置能夠滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求，小型平板應(yīng)用場(chǎng)景——例如智能手機(jī)——?jiǎng)t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(dòng)方式。為了滿(mǎn)足這一需求，一種壓電晶體驅(qū)動(dòng)裝置被研發(fā)出來(lái)作為分布式共振模式的驅(qū)動(dòng)器。

5
總結(jié)

在此簡(jiǎn)要地總結(jié)分布式共振模式揚(yáng)聲器的聲學(xué)優(yōu)勢(shì)：

尺寸不受限制；
能夠重放很寬的帶寬（超過(guò)8個(gè)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(tīng)音房間界面所發(fā)生的不良干涉；
改善立體聲聲像；
在聽(tīng)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(huì)進(jìn)行抵消性干涉；
無(wú)需在人耳最為敏感的頻段使用分頻器。