來自德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)的本杰明·澤克是ZEN音頻工程公司的創(chuàng)始人，在揚聲器開發(fā)領(lǐng)域，從業(yè)超過十五年。在過去的幾年里，他開發(fā)了一種簡易、穩(wěn)健而高效的方法，通過增加低頻輸出、拓展頻率上限、降低頻率響應(yīng)偏差和優(yōu)化指向性等策略來改善平板揚聲器的音質(zhì)。他的目標(biāo)是在架構(gòu)中無形地整合聲音，讓平板揚聲器再次走進人們的生活中。
聲音正成為內(nèi)部空間設(shè)計的關(guān)鍵部分。它以優(yōu)美、有治療作用的聲效豐富了人們所處的環(huán)境。我們可以想象一下，當(dāng)您所處的環(huán)境，家里、辦公室或公眾空間，溫暖的聲音環(huán)繞著你，讓你放松、心情愉悅，這種感覺既令人愉快，又有吸引力。如果你看到一個揚聲器，這種感覺是否依然存在？本杰明·澤克會回答：一點也不。隱形揚聲器對于創(chuàng)造正念聲音體驗至關(guān)重要。一旦你看見了揚聲器，想象就會消失。
隱形揚聲器
澤克的研究是改善平板揚聲器的音質(zhì)。隱形揚聲器以平板揚聲器、分布式揚聲器和彎曲波揚聲器的形式，通過使用一個或多個激勵器在平面上誘導(dǎo)振動來產(chǎn)生聲音。激勵器會振動它們安裝的表面，從而形成一個隱形揚聲器。振動表面以產(chǎn)生聲音，因此表面無需開口。這些揚聲器如同樂器一樣工作，通過結(jié)構(gòu)的振動來輻射聲音，因此房間中的任何表面都可以是揚聲器— — 櫥柜的門、壁畫甚至墻本身。輻射原理比傳統(tǒng)揚聲器更復(fù)雜，更難優(yōu)化，這在很大程度上阻礙了公司快速進入市場。澤克已開發(fā)出強大的物理方法，可供市場采用，并減少對生產(chǎn)平板揚聲器的限制。
平板揚聲器如同樂器一樣，通過結(jié)構(gòu)振動來發(fā)出聲音。左：吉他的聲音輻射。右：平板揚聲器的聲輻射。
隱形揚聲器在市場上并不新鮮。1995年，英國公司New Transducer Limited（NXT，前身為Verity Laboratories）開始與工程師團隊合作，將平板揚聲器帶入商業(yè)應(yīng)用。NXT在全球范圍內(nèi)申請了多達千余項的專利以保護這項技術(shù)，并將其授權(quán)給潛在客戶，但只有少數(shù)人成功將其推向市場。
平板揚聲器和當(dāng)前市場
澤克通過研究二十多前市場失敗的原因啟動了這項研究。從那時起，市場發(fā)生了翻天覆地的變化，平板揚聲器的優(yōu)勢迎合了當(dāng)今客戶的需求。考慮到這種市場變化需要回答兩個問題：20世紀(jì)90年代你是如何消費音樂的？你家里用了多少個揚聲器？
近三十年前，人們在客廳里配備高質(zhì)量的揚聲器，這是地位的象征，也是高質(zhì)量音樂再現(xiàn)的最佳選擇。當(dāng)時，很難利用平板揚聲器的優(yōu)勢。在今天的智能家居中，在家中運行多個揚聲器并欣賞您喜愛的音樂是非常簡單的。小型揚聲器通常分布在所有房間，但它們應(yīng)該放在哪里，如何隱藏？客戶想要技術(shù)帶來的舒適感，但他們不想看到它。此外，縮小揚聲器的尺寸也會降低其音質(zhì)。澤克解釋說，為了達到市場接受度，聲學(xué)質(zhì)量需要提高。
“隱形揚聲器對于創(chuàng)造正念聲音體驗至關(guān)重要。一旦你發(fā)現(xiàn)揚聲器，想象力就會消失。”
填補聲學(xué)空白
這些擔(dān)憂促使?jié)煽搜芯苛酥悄軗P聲器（消費產(chǎn)品）和高品質(zhì)揚聲器（最先進的技術(shù)）之間的聲學(xué)差距。平板揚聲器通常無法達到相同尺寸的傳統(tǒng)揚聲器的聲學(xué)性能，因為它們產(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，可用于達到比小型智能揚聲器更高的聲壓級和更低的低音。
可看見的聲音集成：15年前的平板揚聲器
澤克決定比較不同類型的揚聲器，以確定現(xiàn)代平板揚聲器是否可以填補聲學(xué)空白。對市場領(lǐng)先產(chǎn)品所代表的四類揚聲器進行了評估：智能揚聲器、平板、條形音箱和錄音室顯示器。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，錄音室監(jiān)聽表現(xiàn)最好，其次是條形音箱和平板。智能揚聲器得分最低。與智能揚聲器相比，較低的頻率限制、可比較的頻率響應(yīng)偏差和增加的聲學(xué)輸出導(dǎo)致平板揚聲器的偏好等級更高。
對平板揚聲器的整體聲學(xué)性能評估表明，它正在填補條形音箱和智能揚聲器之間的聲學(xué)性能差距。這些結(jié)果表明，平板揚聲器的形象需要重新考慮，因為它優(yōu)于家庭中常用的智能揚聲器。
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隱形聲音集成：當(dāng)今的平板揚聲器
聲學(xué)優(yōu)化
雖然客戶愿意集成隱形揚聲器，但他們不會滿足于劣質(zhì)音質(zhì)。因此，必須改善平板揚聲器的音質(zhì)，并達到與傳統(tǒng)系統(tǒng)類似的聲學(xué)性能。心理聲學(xué)研究表明，四個參數(shù)對于積極的揚聲器偏好評級至關(guān)重要：低頻偏差、頻率下限和上限、頻率響應(yīng)的偏差和斜率以及均勻的指向性模式。澤克研究了每個參數(shù)，以優(yōu)化技術(shù)，從而達到更高的聲學(xué)偏好評級。
優(yōu)化的激振器定位
平板揚聲器設(shè)計的一個關(guān)鍵部分是定位激勵器。平板揚聲器的聲音是由穿過面板表面的板彎曲波激發(fā)而產(chǎn)生的。聲輻射受到激勵器位置的強烈影響，因為每個位置都會激發(fā)不同的彎曲模式組合。最佳位置取決于面板的尺寸、材料特性和所選的使用頻率范圍。澤克利用有限元模擬開發(fā)了一個機電聲學(xué)模型，以可視化定位的影響，并減少所需的開發(fā)時間。他展示了它在尋找各種面板尺寸和縱橫比的最佳激勵位置方面的用途。
所建立的模擬模型通過模擬每個面板100個不同的位置來預(yù)測最佳激勵位置
頻率響應(yīng)偏差
即使激勵器位置正確，平板揚聲器的頻率響應(yīng)偏差也比傳統(tǒng)揚聲器高。頻率響應(yīng)描述了所有可聽頻率的再現(xiàn)程度。波動可能會令人惱火，我們往往會注意到向上的偏差多于向下的偏差。澤克提出了一種替代方案，以盡量減少特定模式的影響，以補償高偏差。他在面板后面使用一個小的氣隙來抑制選定的振動，從而降低頻率響應(yīng)的偏差。這種剛度是從樂器的支撐中知道的，但增加質(zhì)量會降低輸出。通過使用空氣壓力進行加固，僅將偏差降至最低，而不會影響整體輸出。
低頻性能
低頻性能是平板揚聲器的一個物理問題，導(dǎo)致輸出較少，頻率響應(yīng)偏差較大。澤克重新研究了一種混合低音驅(qū)動設(shè)計，以改善平板揚聲器的低頻特性。低音揚聲器是揚聲器系統(tǒng)的一部分，用于再現(xiàn)低頻聲音信號，即低音。隱藏式低音揚聲器均勻地激勵整個面板，與激勵機驅(qū)動面板相比，它提供了巨大的改進。這是一個簡單而堅固的結(jié)構(gòu)，可以大規(guī)模生產(chǎn)。面板式低音揚聲器設(shè)計可產(chǎn)生類似于大型傳統(tǒng)系統(tǒng)的低頻低音響應(yīng)。
“低視覺輪廓為集成更大、功能更強大的設(shè)備提供了機會，這些設(shè)備具有比智能揚聲器更高的音質(zhì)。”。
頻率上限
在監(jiān)測同一揚聲器面板上不同類型激勵器的行為時，澤克注意到高頻的顯著偏差。這些差異無法用面板特性和常規(guī)Thiele/Small揚聲器參數(shù)來解釋。他使用模擬軟件和測量設(shè)備將原因可視化。面板的剛性可能會導(dǎo)致激勵機發(fā)生額外彎曲。這種彎曲稱為破裂，是頻率上限。澤克介紹了測量和預(yù)測頻率上限的新方法。他還創(chuàng)建了一個帶有加固結(jié)構(gòu)的原型，以增加共振頻率并擴展揚聲器面板的頻率范圍。
最高頻率下音圈分離模式的可視化
指向性響應(yīng)
下一步是改善現(xiàn)有面板的指向性響應(yīng)。揚聲器指向性描述了聲音在特定方向上的聚焦程度，而不是在房間周圍的各個方向上進行傳播。澤克通過使用邊緣阻尼改變產(chǎn)生的振動模式來改善方向性。阻尼是防止振動，或者只是讓物體在最短的時間內(nèi)恢復(fù)靜止。平板揚聲器的輻射范圍很廣，但過多的能量會傳輸?shù)絺?cè)角，產(chǎn)生不自然的聲音。澤克模擬了機械和聲學(xué)關(guān)系。他的分析表明，阻尼面板的指向性響應(yīng)更均勻，平均值更高，標(biāo)準(zhǔn)偏差更低。附加阻尼產(chǎn)生類似的靈敏度，但改善了指向性。在沒有任何損失的情況下優(yōu)化指向性指數(shù)需要更復(fù)雜的方法，例如使用多個激勵器，生產(chǎn)成本更高。然而，這種邊緣阻尼方法是改善平板揚聲器指向性的一種簡單、可靠、廉價且有效的方法。
創(chuàng)新的揚聲器系統(tǒng)
澤克相信，不斷發(fā)展的技術(shù)和新的可能性將使更多的人希望利用隱形揚聲器。較低的視覺輪廓為集成比智能揚聲器更大、功能更強大、音質(zhì)更高的設(shè)備提供了機會。他得出結(jié)論，對于那些希望獲得比智能揚聲器更高音質(zhì)和更大功率的客戶來說，平板揚聲器是另一種選擇，而不需要為更大的設(shè)備留出空間。
“平板揚聲器可以用不同的方式設(shè)計。我從沒想過一塊木頭聽起來會那么不可思議。”
在將平板揚聲器推向市場之前，它的下一步發(fā)展是什么？
為平板揚聲器創(chuàng)造市場接受度很重要。這需要調(diào)整聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、更新開發(fā)工具、具有聲音集成新理念的開放式設(shè)計師，以及開發(fā)新產(chǎn)品的先鋒企業(yè)。消除對開發(fā)平板揚聲器的恐懼至關(guān)重要。通過我的研究，我分享了一些簡單而可靠的方法，這些方法可以改善平板揚聲器的音質(zhì)；對我來說，重要的是，它們被視為傳統(tǒng)系統(tǒng)的替代品，因為它們提供了最干凈的解決方案，可以將聲音集成到每個環(huán)境中。要有創(chuàng)意，重新思考平板揚聲器。-
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