Benjamin Zenker目前在德累斯頓工業(yè)大學(xué)攻讀博士學(xué)位，同時(shí)是ZEN Audio Engineering的創(chuàng)始人，他已經(jīng)開發(fā)揚(yáng)聲器超過15年了。在過去的三年中，他開發(fā)了簡(jiǎn)單而穩(wěn)健的方法，通過增加低頻輸出、擴(kuò)展上限限制、降低頻率響應(yīng)的偏差并優(yōu)化方向性行為，來提高平板揚(yáng)聲器的聲學(xué)質(zhì)量。他的目的是將聲音無形地整合到架構(gòu)中，并使平板揚(yáng)聲器成為傳統(tǒng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的替代品。
聲音正成為室內(nèi)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，它以舒適治療的聲音豐富了居室環(huán)境中的旅程。想象一下一個(gè)通過適當(dāng)選擇充滿溫暖聲音的房間，來迎合您的心情，歡迎您。聲音在您周圍，與您互動(dòng)，使您放松。這不是令人愉悅、有吸引力嗎？如果您看見了揚(yáng)聲器，那么這一刻仍然令人驚訝和迷人嗎？來自德累斯頓工業(yè)大學(xué)的Benjamin Zenker和ZEN Audio Engineering的創(chuàng)始人會(huì)回答：一點(diǎn)也不。隱形的揚(yáng)聲器對(duì)于創(chuàng)造正念聲音體驗(yàn)至關(guān)重要，一旦看見揚(yáng)聲器，想象力就會(huì)消失了。
隱形揚(yáng)聲器
Zenker的研究正在提高平板揚(yáng)聲器的聲學(xué)質(zhì)量。以平板揚(yáng)聲器、分布式模式揚(yáng)聲器和彎曲波揚(yáng)聲器形式的隱形揚(yáng)聲器，通過使用一個(gè)或多個(gè)激振器在平坦的表面上誘導(dǎo)振動(dòng)來創(chuàng)建聲音。激振器振動(dòng)了其安裝表面，從而形成一個(gè)看不見的揚(yáng)聲器。表面振動(dòng)而產(chǎn)生聲音，因此表面不需要開口。這些揚(yáng)聲器像樂器一樣工作，通過結(jié)構(gòu)的振動(dòng)輻射聲音，因此房間中的任何表面都可以是揚(yáng)聲器：櫥柜的門、墻壁上的畫、甚至墻壁本身。其輻射原理比傳統(tǒng)揚(yáng)聲器更復(fù)雜、更難優(yōu)化，這阻礙了類似公司進(jìn)入市場(chǎng)。Zenker開發(fā)了可靠的物理方法，可被市場(chǎng)采用，積極推動(dòng)了平板揚(yáng)聲器的生產(chǎn)。
平板揚(yáng)聲器像樂器一樣工作，通過結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射聲音。
左：吉他的聲音輻射。右：平板揚(yáng)聲器的聲音輻射。
隱形揚(yáng)聲器對(duì)市場(chǎng)來說并不新鮮。1995 年，英國(guó)公司 New Transducer Limited（NXT，前身為 Verity Laboratories）開始與一小群工程師合作，將平板揚(yáng)聲器帶入商業(yè)應(yīng)用。NXT 在全球范圍內(nèi)申請(qǐng)了 1000 項(xiàng)專利以對(duì)沖這項(xiàng)技術(shù)，并將其授權(quán)給潛在客戶，但只有少數(shù)人設(shè)法將其推向市場(chǎng)。
平板揚(yáng)聲器和當(dāng)今市場(chǎng)
Zenker研究了25年前市場(chǎng)失敗的原因來啟動(dòng)這項(xiàng)研究。從那時(shí)起，市場(chǎng)發(fā)生了令人難以置信的變化，平面揚(yáng)聲器的優(yōu)勢(shì)滿足了當(dāng)今客戶的需求。考慮這個(gè)市場(chǎng)變化需要回答兩個(gè)問題：90年代如何消費(fèi)音樂？家里會(huì)使用多少個(gè)揚(yáng)聲器？
25年前，客廳中發(fā)現(xiàn)了高質(zhì)量的揚(yáng)聲器，這是地位的象征，并優(yōu)化高質(zhì)量的音樂再現(xiàn)。那時(shí)，很難利用平板揚(yáng)聲器的優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)今的智能家園中，可以直接運(yùn)行多個(gè)揚(yáng)聲器并在所有居室中聽您喜歡的音樂。通常所有的房間中都有小巧的揚(yáng)聲器，但是應(yīng)該放置在哪里，以及如何隱藏它們？客戶想要技術(shù)的舒適性，但他們不想看到它。此外，減小揚(yáng)聲器的尺寸也降低了聲學(xué)質(zhì)量。Zenker解釋說，要獲得市場(chǎng)接受，就需要改善聲學(xué)質(zhì)量。
填補(bǔ)聲學(xué)溝壑
這些擔(dān)憂促使Zenker調(diào)查了智能揚(yáng)聲器（消費(fèi)產(chǎn)品）和高品質(zhì)揚(yáng)聲器（最先進(jìn)技術(shù)）之間的聲學(xué)差距。平板揚(yáng)聲器通常無法達(dá)到相同尺寸傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的聲學(xué)性能，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的輸出較少。但是，它們可以集成在看不見的地方。此外，這些位置提供較大的表面和體積，可用于達(dá)到比小型智能揚(yáng)聲器更高的聲壓級(jí)和更低的低音。
可見聲集成：15年前的平板揚(yáng)聲器。圖片來源：https://www.fairaudio.de/
Zenker決定比較不同類型的揚(yáng)聲器，以確定現(xiàn)代平板揚(yáng)聲器是否可以填補(bǔ)聲學(xué)空白，他評(píng)估了以市場(chǎng)領(lǐng)先產(chǎn)品為代表的四類揚(yáng)聲器：智能揚(yáng)聲器、平板、條形音箱和監(jiān)聽音箱。經(jīng)過深入分析，他并不意外地發(fā)現(xiàn)，在聲學(xué)參數(shù)方面，監(jiān)聽音箱表現(xiàn)最好，其次是條形音箱和平板，智能音箱得分最低。與智能揚(yáng)聲器相比，較低的頻率限制、可比的頻率響應(yīng)偏差和增加的聲學(xué)輸出使得平板揚(yáng)聲器的偏好等級(jí)更高。
對(duì)平板揚(yáng)聲器的整體聲學(xué)性能評(píng)估表明，它可以填補(bǔ)條形音箱和智能揚(yáng)聲器之間的聲學(xué)性能差距。這些結(jié)果表明，平板揚(yáng)聲器的形象需要重新考慮，因?yàn)樗鼉?yōu)于家庭中常用的智能揚(yáng)聲器。
隱形聲音集成：當(dāng)今的平板揚(yáng)聲器。
圖片來源：IMM 2019 Cologne的Hommbru揚(yáng)聲器
聲學(xué)優(yōu)化
雖然客戶愿意集成隱形揚(yáng)聲器，但他們不會(huì)滿足于劣質(zhì)音質(zhì)。因此，必須提高平板揚(yáng)聲器的音質(zhì)并達(dá)到與傳統(tǒng)系統(tǒng)相似的聲學(xué)特性。心理聲學(xué)研究表明，四個(gè)參數(shù)對(duì)于積極的揚(yáng)聲器偏好評(píng)級(jí)至關(guān)重要：低頻偏差、頻率上下限、頻率響應(yīng)的偏差和斜率以及均勻的指向性模式。Zenker研究了每個(gè)參數(shù)來優(yōu)化技術(shù)以達(dá)到更高的聲學(xué)偏好等級(jí)。
優(yōu)化的激振器定位
面板揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵部分是定位激勵(lì)器。平板揚(yáng)聲器的聲音是由在面板表面激發(fā)的板彎曲波傳播產(chǎn)生的。聲輻射受到激振器位置的強(qiáng)烈影響，因?yàn)槊總�(gè)位置可激發(fā)彎曲模式的不同組合。完美的位置取決于面板的尺寸、材料特性和選擇的使用頻率范圍。Zenker使用有限元仿真開發(fā)了一個(gè)機(jī)電聲學(xué)模型，以可視化定位的影響，并減少所需的開發(fā)時(shí)間。他展示了該模型在為各種面板尺寸和縱橫比尋找最佳激發(fā)位置方面的用途。
Zenker建立了一個(gè)仿真模型，通過模擬每個(gè)面板的100個(gè)不同位置來預(yù)測(cè)最佳激發(fā)位置。
頻響偏差
即使激振器定位良好，平板揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)偏差也高于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器。頻率響應(yīng)描述了再現(xiàn)所有可聽頻率的程度。波動(dòng)可能很煩人，我們更容易注意到向上的偏差而不是向下的偏差。Zenker提出了一種替代方案，可以最大限度地減少特定模式的影響，以補(bǔ)償高偏差。他在面板后面使用了一個(gè)小氣隙來抑制選定的振動(dòng)，從而降低頻率響應(yīng)的偏差。這種硬化廣泛用于樂器的支撐，而增加質(zhì)量會(huì)降低輸出，通過使用氣壓作為加強(qiáng)，只有偏差被最小化，而不影響整體輸出。
低頻性能
低頻性能是平板揚(yáng)聲器的一個(gè)物理問題，導(dǎo)致輸出較少且頻率響應(yīng)偏差較大。Zenker重新研究了混合低音揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，以改善平板揚(yáng)聲器的低頻性能。低音揚(yáng)聲器是揚(yáng)聲器系統(tǒng)的一部分，旨在再現(xiàn)低頻聲音信號(hào)——低音。與激振器驅(qū)動(dòng)的面板相比，隱藏的低音揚(yáng)聲器均勻地激勵(lì)整個(gè)面板，并提供了巨大的改進(jìn)。這是一種簡(jiǎn)單而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，可以批量生產(chǎn)。鑲板低音揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)產(chǎn)生類似于大型傳統(tǒng)系統(tǒng)的低頻低音響應(yīng)。
頻率上限
在監(jiān)測(cè)連接到同一揚(yáng)聲器面板的不同類型激勵(lì)器的行為時(shí)，Zenker注意到高頻的明顯偏差。這些差異無法用面板屬性和常規(guī)Thiele/Small揚(yáng)聲器參數(shù)來解釋。他使用wave6仿真軟件和Klippel測(cè)量設(shè)備將原因可視化。面板的剛性會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)器產(chǎn)生額外的彎曲，這種彎曲稱為分割，導(dǎo)致了頻率上限。Zenker引入了測(cè)量和預(yù)測(cè)頻率上限的新方法，還創(chuàng)造了一個(gè)具有加固結(jié)構(gòu)的原型，以提高共振頻率并擴(kuò)展揚(yáng)聲器面板的頻率范圍。
可視化最高頻處的音圈分割模式
方向性響應(yīng)
下一步是改善現(xiàn)有面板的方向性響應(yīng)。揚(yáng)聲器指向性描述了聲音集中在特定方向上的程度，而不是在房間內(nèi)所有方向上傳播。Zenker通過使用邊緣阻尼改變產(chǎn)生的振動(dòng)模式來提高方向性。阻尼可以防止振動(dòng)，或者只是讓物體在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)靜止。平板揚(yáng)聲器往往輻射較寬，但過多的能量會(huì)傳遞到側(cè)角，產(chǎn)生不自然的聲音。Zenker模擬了機(jī)械和聲學(xué)關(guān)系，分析表明，阻尼面板的方向性響應(yīng)更均勻、均值更高、標(biāo)準(zhǔn)差更低。額外的阻尼產(chǎn)生類似的靈敏度，但提高了方向性。在沒有任何損耗的情況下優(yōu)化方向性指數(shù)需要更復(fù)雜的方法，例如使用多個(gè)激勵(lì)器，生產(chǎn)成本將更高。然而，這種邊緣阻尼方法是一種簡(jiǎn)單、穩(wěn)健、廉價(jià)且有效地改進(jìn)平板揚(yáng)聲器方向性的方法。
一種創(chuàng)新的揚(yáng)聲器系統(tǒng)
Zenker 認(rèn)為，開發(fā)技術(shù)和新的可能性將使更多的人想要利用隱形揚(yáng)聲器。低視覺輪廓為集成更大、更強(qiáng)大的設(shè)備提供了機(jī)會(huì)，這些設(shè)備具有比智能揚(yáng)聲器更高的音質(zhì)。他總結(jié)說，對(duì)于那些想要比智能揚(yáng)聲器更高音質(zhì)和更大功率的客戶來說，平板揚(yáng)聲器是一種替代方案，而無需為更大的設(shè)備提供空間。
“平板揚(yáng)聲器可以采用不同的方式設(shè)計(jì)。我從沒想過一塊木頭聽起來那么不可思議。”
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