纵谈NXT平板扬声器技术

纵谈NXT平板扬声器技术
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自1969年9
出NXT平板扬声器以来,由于NXT平板扬声器在工作原理
上,结构设计上采用逆向思维和全面创新,完全不同于用振膜
作活塞振动的传统平板扬声器.如静电扬声器,电动扬声器
带式扬声器等等.故NXT扬声器一出现,立即成为大众关注
的焦点,甚至有人称之为”21世纪的扬声器”.很快.NXT扬声
器技术成了音响工业界研究开发的重点.众多电子公司围绕
平板扬声器展开了激烈的争夺战.NEC,三星,Acer,JBL,De—
n0n,hffinity,Jamo,Martin—Logan等业界大腕争相向Verity集
团申请专利许可.NXT自己则是同美国消噪技术公司(NCT)
签订相互许可协议,结成战略联盟.更多的新兴小公司则是忙
于开发自己的平板扬声器产品.
1999年CES大展上采用NXT平板扬声器的产品如雨后
春笋般地大量涌现,有的是超薄的多媒体音箱,有的则是做成
漂亮的壁挂画框,异彩纷呈.NXT旋风也刮到了我国,国内的
一
些研究院,公司也跃跃欲试.据悉北京中国科学院声学研究
所正在开发此类技术,深圳的东原电子有限公司已推出多种
NXT平板扬声器.
几年前,笔者看到了一些有关NXT及NCT扬声器技术的
国外资料,于是静心坐下来,对其进行全面分析和研究,略有心
得,特在此对NXT及NCT平扳扬声器技术进行较详细介绍.
NXT技术的创新精髓
众所周卸,传统的电动扬声器的工作原理是利用音圈驱动
纸盐,使纸盐作活塞运动发声.由于音圈在纸盆的中央集中驱
动.在中,高音频段.纸盐上会产生大量有规律的分区振动(即
分割振动)引起非线性失真,同时还使得扬声器的中,高音频频
段上产生大量的峰和谷.自电动扬声器发明以来.如何减小纸
盐的分区振动.减小失真和频响不均匀度.已受到人们的广
泛关注.如果说数十年来电动扬声器的改进基本上是围绕纸盆
的改进而展开的,一点也不为过.迄今.尽管把几乎所有能用作
纸盆的材料(从碳纤维,凯夫拉纤维,戴尼玛纤维到细菌纤维;
从纸浆,石墨聚丙烯到各种陶瓷甚至金刚石),及各种先进结
构(蜂窝类层,复台材料三明治类层等等)都几乎用尽,但仍然
只能做到有眼的改进.即使是着名品牌的电动扬声器,实测的
频响曲线上仍然呈现大量的峰和各.或许有些发烧友会问:不少公司发布的扬声器频响曲线不是很平坦吗?其实.这些频响曲线,大都经过了平滑处理,并不是宴测的频响曲线.
纸盆上有规律的分区振动模式对于电动纸盆扬声器来
思维是如何尽可能减少其影响的呢?能否变害为利呢?NxT
技术运用逆向思维的高明之处在于.变传统电动扬声器的纸盆活塞振动方式为NXT扬声器的振动板弯曲振动方式;变传统电动扬声器纸盆上有规律的分区振动驻渡模式为NXT扬声器振动板上随机分布的分区振动驻波模式.这样就赋于NXT扬声器一些全新的特点:
I.NXT扬声器在空同任一点上产生的声压,是其振动板上
各个驻波振动小面积元的辐射渡在该点上的矢量和.由于这些小面积元在振动板上的分布是随机的,振动的相位也是随机的,所以在空间任一点上的声压几乎都是随机叠加,故NXT扬声器辐射的是非相干的漫射声波,声音大小几乎与位置无关.
2.NXT扬声器的振动板上的驻波振动小面积元在板的正
面和反面的分布模式完全不同,故振动板正面和反面辐射的声波也是非相干的,这样NXT扬声器在设计时无须考虑障板的尺寸,亦无须考虑摆位的问题.就是贴着墙摆放,也不影响其声音的漫射,只不过音量减少3dB.传统的平板扬声器,其振膜也是边缘固定的活塞振动方式,振膜的正面和反面辐射的声波相位差18O.,为相干辐射渡.设计时必须考虑障板尺寸大小,需正确摆位,与后方墙必须留一定距离,尤其不能贴墙摆放
“可以壁挂是NXT扬声器的最吸引人之处及最大卖点.
理想的NXT扬声器在所有声频频率信号的驱动下,其振
动板上的驻波振动小面积元都应呈随机分布.为了向理想的NXT扬声器靠拢,数学家和科学家多年来做了大量研究工作.不斯改变振动板的几何形状,改变其表面面积,选用不同
的材料傲振膜,以改变其密度,弯曲刚性和内阻尼,改变驱动
点位置及驱动单元参数,改变振动板的悬挂方式等等遗憾的是迄今为止NXT技术仍未达到理想境界,从发表的资料来看,NXT扬声器的频响曲线仍有许多峰和答.这就是说,现在
仍然不能做到理想NXT扬声器的水平.从其辐射方向图来看,6250Hz时为B字形.这是典型的话塞振动板作耦极子辐
射时的方向图,所以至步在250Hz下,NxT扬声器是以活
塞振动方式为主.由此看来,现在的NXT扬声器,充其量是一种”混沌形(无序中的有序)的驻波振动小面积元分布模式,
离完全随机分布的理想NXT扬声器尚有相当距离.
NXT扬声器是否能成为”21世纪的扬声器”呢?我们不仿
将它和传统的平板扬声器和电动纸盆扬声器作一比较.
1频率响应特性:NXT扬声器仅为0.2kHz～10kHz,
10kI~以上开始急剧下降,不仅远逊于传统的平板扬声器(通《实用影音技术》20D0年第9期33
常可达50kHz或以上),也不敌普通的球顶高音(通常进
20kHz)
2瞬态响应:笔者没有看到NKT或NCT扬声器的冲激响
应波形,有关文献上称NXT扬声器瞬态响应良好.但笔者认为NXT类扬声器的瞬态特性要逊于传统的平板扬声器,理由如后.其一,NXT扬声器的高频频响差,高频频响愈向高端延伸,
嘲瞬态响应]盘好;其二,无论是电磁换能的NXT扬声器,还是
压电换能的NCT扬声器,其振动板的质量至少比传统平板扬
声器振动膜(静电扬声器的高分子振膜,等电动扬声器的平面
音罔振膜,铝带式扬声器的铝带等)质量大一个数量级.
3.非线性失真:NXT扬声器振动板最大的弯曲振动振幅
仅敷微米,远小于振动板所用材料的弹性极限,平板材料振动
产生的非线性极小.从发表的文献看NXT扬声器的失真在频
率高于100Hz时极低.但是传统平面扬声器在振胰的振幅不
太大时.失真都很低.静电扬声器的失真更低.
4最大输出声压级:NXT扬声器被戏祢为”分子振动型
扬声器,这就是说它的弯曲振动的振幅极小,只有几个微米.我
们知道扬声器的最大声压Pmaxaf?S?A(式中f为频率.s为
有效辐射面积,A为最大振幅).由此可知,NXT扬声器单位面
积辐射声压极低.在此我们可以粗略作一比较,设NXT扬声器平均最大撮幅为5微米,传统平板扬声器最大振幅常为500微米,传统电动纸盆扬声器音圈振幅不难做到5毫米.这样,在频
率及有效辐射面积相同时,NXT扬声器的最大声压级仅为传
统平板扬声器的I/100,仅为电动纸盆扬声器的J/1000.这就
是说,要有100倍或1000倍面积的NXT扬声器,才能达到1
个传统平板扬声器或J个传统电动纸盆扬声器的音量.
5效率:NXT扬声器靠振动板的弯曲振动发声.输人能量
的大部分要消耗在振动板材料的内耗上,电声转换效率很低.
6声像空间定位能力:众所周知,人耳对点声源的空问定位
靠的是点声源发出声波的时间相干性和空间相干性.NXT娄扬声器辐射的却是非相干的漫射声波.人耳肯定不能对这类声波对点声源进行定位.所以NXT扬声器不宜用于高保真立体声,杜比AC一3以及虚拟环绕声等要求声像准确定位的系统中. 7.性能/价格比:且前出现在市场上形形色色的NXT类
产品价格确实不太贵.但如果从各种技术指标上综合考虑性
能/价格比就值得仔细权衡.比如你至少得买100个单元的
NXT扬声器(5emx5era/单元)组成一个05m×0.5m的阵
列,才能达到一个中音球顶扬声器的声压,陈了能壁挂这一优
点外,几乎所有技术指标皆逊于一个足寸不及它的1/100,价
格比它低得多的传统平板扬声器.
综上分析,笔者认为NXT扬声器还需进一步改进.才能
达到实用水平.
去年初以来,笔者陆续听过诸如JBL,Minion,Roger*及
一
些多媒体NXT扬声器音箱.试听结果感觉音量小,效率低,
声像定位模糊.中高音音色的纤细,透明要忧于球顶高音.但
远比传统平板扬声器要差.有关NXT扬声器的音质评价,详
见《实用影耆技术~1999年第10期l9页《英国乐富豪画框式平面扬声器系统试听记》,此处不再赘述.唯一要指出的是NXT扬声器天生音量小f最大音量仅相当于中等偏小),效率低o--些发烧友为加大放大器的输出功率便可增大音量.这
是一种误解,因为驱动系统至多黑能使振动产生数微米的弯
曲振动,盲目加大功率.很容易烧毁.这一点望有NXT扬声器
系统的发烧点切记:现在的画框式NXT平板扬声器大都采用10×10的阵列,共计100个R寸为5em×5cm的单元.笔者估
算出这个尺寸为0.5m×0.5m的NXT平板扬声器在不同分
频点的最大声压级分别为,250Hz约84dB,500Hz约96dB. IkHz约107.8dB.
现在的NXT扬声器产品,分颍点在250Hz左右.所以最
大声压级Pmax仅838dB,这就是听起来响度不罅的原因.尽
管NXT扬声器频响低端町达200Hz.实际上在200Hz～
500Hz段,它不能提供足罅声压.所以笔者认为,对于0.5mx
0.5m的NXT扬声器阵列.1kHz的分频点较为合适.这时最
大声压级约107.8dB,与直径为5em的球顶中音扬声器的
110dB相当.如果要将分频点降至500Hz而达到同样的声压, 就得用4个05m×0.5ttuNXT扬声器阵列,总面积达2m,家
庭使用无疑是太大了.
现在的NXT及NCT平板扬声器,其性能还有待改进.未
来NXT类扬声器技术还会继续发展吗它在改进的路上究竟还能去多远呢?笔者不妨做一些预测.
驻波振动面积元在振动板上的随机分布模式是NXT类
扬声器技术创新的核心,是不可改变的,只有这样才能做到空间声场均匀分布并可以将它挂在墙上所以:
1,无论NXT扬声器技术如何发展,很难解袭声像准确
定位的问题但正是声像准确定位的要求,是未来声频技术的
核心之一.所以NXT扬声器不宜用于Hi—系统,各种类型
的家庭影院系统以及虚拟环绕声系统.
2.NXT类扬声器振动板只能采用弯曲振动驱动方式,而
决不能添加哪怕一点活塞振动模式,否剐它的优点立即丧失
殆尽.要提高它的声压,就得加大弯曲振动的振幅,就得选用
高杨氏模量,高内部阻尼的新材料即使能把振幅增大一倍,
声压也最不过增加了区区6dB,仍然是杯水车薪,其最大声压
仍远低于传统的平板扬声器及电动纸盆扬声器.
3.由于NXT扬声器振动板质量远大于传统平板扬声器
振动膜的质量,故在高频频响的延伸度及瞬态响应上无法同
传统的平板扬声器相抗衡.
基于以上分析,笔者认为,陈非NXT,NCT以及其它致力
于该技术的公司的口袋里还有什么不为人知的高招,否则
NXT技术的发展可能就到此为止.迄今为止.尚未出现足以挑战已有的恃筑扬声器技术的瓶扬声器技术.由此看来,在新世纪里仍需对新的扬声器技术进行探索和开发,尽管困难重重. 本文所述,纯系笔者个人观点,特供各位参考,望请交漉
为盼.
34《实用影音技术)2O0O年第9期。