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(yáng)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(yáng)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(yáng)聲器再次走進(jìn)人們的生活中。
聲音正成為內(nèi)部空間設(shè)計(jì)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(gè)揚(yáng)聲器，這種感覺是否依然存在？本杰明·澤克會回答：一點(diǎn)也不。隱形揚(yáng)聲器對于創(chuàng)造正念聲音體驗(yàn)至關(guān)重要。一旦你看見了揚(yáng)聲器，想象就會消失。
隱形揚(yáng)聲器
澤克的研究是改善平板揚(yáng)聲器的音質(zhì)。隱形揚(yáng)聲器以平板揚(yáng)聲器、分布式揚(yáng)聲器和彎曲波揚(yáng)聲器的形式，通過使用一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器在平面上誘導(dǎo)振動來產(chǎn)生聲音。激勵(lì)器會振動它們安裝的表面，從而形成一個(gè)隱形揚(yáng)聲器。振動表面以產(chǎn)生聲音，因此表面無需開口。這些揚(yáng)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(yáng)聲器— — 櫥柜的門、壁畫甚至墻本身。輻射原理比傳統(tǒng)揚(yáng)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(jìn)入市場。澤克已開發(fā)出強(qiáng)大的物理方法，可供市場采用，并減少對生產(chǎn)平板揚(yáng)聲器的限制。
平板揚(yáng)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(yáng)聲器的聲輻射。
隱形揚(yáng)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(tuán)隊(duì)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)申請了多達(dá)千余項(xiàng)的專利以保護(hù)這項(xiàng)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(yáng)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(xiàng)研究。從那時(shí)起，市場發(fā)生了翻天覆地的變化，平板揚(yáng)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(gè)問題：20世紀(jì)90年代你是如何消費(fèi)音樂的？你家里用了多少個(gè)揚(yáng)聲器？
近三十年前，人們在客廳里配備高質(zhì)量的揚(yáng)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(shí)，很難利用平板揚(yáng)聲器的優(yōu)勢。在今天的智能家居中，在家中運(yùn)行多個(gè)揚(yáng)聲器并欣賞您喜愛的音樂是非常簡單的。小型揚(yáng)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(yáng)聲器的尺寸也會降低其音質(zhì)。澤克解釋說，為了達(dá)到市場接受度，聲學(xué)質(zhì)量需要提高。
“隱形揚(yáng)聲器對于創(chuàng)造正念聲音體驗(yàn)至關(guān)重要。一旦你發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器，想象力就會消失。”
填補(bǔ)聲學(xué)空白
這些擔(dān)憂促使?jié)煽搜芯苛酥悄軗P(yáng)聲器（消費(fèi)產(chǎn)品）和高品質(zhì)揚(yáng)聲器（最先進(jìn)的技術(shù)）之間的聲學(xué)差距。平板揚(yáng)聲器通常無法達(dá)到相同尺寸的傳統(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)聲器更高的聲壓級和更低的低音。
可看見的聲音集成：15年前的平板揚(yáng)聲器
澤克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。對市場領(lǐng)先產(chǎn)品所代表的四類揚(yáng)聲器進(jìn)行了評估：智能揚(yáng)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(yáng)聲器得分最低。與智能揚(yáng)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(yáng)聲器的偏好等級更高。
對平板揚(yáng)聲器的整體聲學(xué)性能評估表明，它正在填補(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。
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隱形聲音集成：當(dāng)今的平板揚(yáng)聲器
聲學(xué)優(yōu)化
雖然客戶愿意集成隱形揚(yáng)聲器，但他們不會滿足于劣質(zhì)音質(zhì)。因此，必須改善平板揚(yáng)聲器的音質(zhì)，并達(dá)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(gè)參數(shù)對于積極的揚(yáng)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(gè)參數(shù)，以優(yōu)化技術(shù)，從而達(dá)到更高的聲學(xué)偏好評級。
優(yōu)化的激振器定位
平板揚(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(lì)器位置的強(qiáng)烈影響，因?yàn)槊總�(gè)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(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。他展示了它在尋找各種面板尺寸和縱橫比的最佳激勵(lì)位置方面的用途。
所建立的模擬模型通過模擬每個(gè)面板100個(gè)不同的位置來預(yù)測最佳激勵(lì)位置
頻率響應(yīng)偏差
即使激勵(lì)器位置正確，平板揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)偏差也比傳統(tǒng)揚(yáng)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(bǔ)償高偏差。他在面板后面使用一個(gè)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(jìn)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(yáng)聲器的一個(gè)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(jì)，以改善平板揚(yáng)聲器的低頻特性。低音揚(yáng)聲器是揚(yáng)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(yáng)聲器均勻地激勵(lì)整個(gè)面板，與激勵(lì)機(jī)驅(qū)動面板相比，它提供了巨大的改進(jìn)。這是一個(gè)簡單而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，可以大規(guī)模生產(chǎn)。面板式低音揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)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(qiáng)大的設(shè)備提供了機(jī)會，這些設(shè)備具有比智能揚(yáng)聲器更高的音質(zhì)。”。
頻率上限
在監(jiān)測同一揚(yáng)聲器面板上不同類型激勵(lì)器的行為時(shí)，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(yáng)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(lì)機(jī)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(gè)帶有加固結(jié)構(gòu)的原型，以增加共振頻率并擴(kuò)展揚(yáng)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(yáng)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(gè)方向上進(jìn)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(shí)間內(nèi)恢復(fù)靜止。平板揚(yáng)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(jī)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(gè)激勵(lì)器，生產(chǎn)成本更高。然而，這種邊緣阻尼方法是改善平板揚(yáng)聲器指向性的一種簡單、可靠、廉價(jià)且有效的方法。
創(chuàng)新的揚(yáng)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(yáng)聲器。較低的視覺輪廓為集成比智能揚(yáng)聲器更大、功能更強(qiáng)大、音質(zhì)更高的設(shè)備提供了機(jī)會。他得出結(jié)論，對于那些希望獲得比智能揚(yáng)聲器更高音質(zhì)和更大功率的客戶來說，平板揚(yáng)聲器是另一種選擇，而不需要為更大的設(shè)備留出空間。
“平板揚(yáng)聲器可以用不同的方式設(shè)計(jì)。我從沒想過一塊木頭聽起來會那么不可思議。”
在將平板揚(yáng)聲器推向市場之前，它的下一步發(fā)展是什么？
為平板揚(yáng)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(jì)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(yáng)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(yáng)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?yàn)樗鼈兲峁┝俗罡蓛舻慕鉀Q方案，可以將聲音集成到每個(gè)環(huán)境中。要有創(chuàng)意，重新思考平板揚(yáng)聲器。-
