NXT平板扬声器技术透视

雪山飞雄鹰 · 发表于 2006-4-10 00:56:00

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  媒体技术的普及，带动了与之相关的扬声器技术的发展。NXT平板扬声器技术的出现，结束了传统扬声器一统天下的局面，使扬声器技术的发展翻开了新的一页。

一、 NXT技术的诞生
   配合液晶显示器、笔记本电脑、等离子大屏幕彩电、壁挂式家庭影院系统等需要平板扬声器的视听设备的发展需要，平板扬声器技术开始“浮出水面”。目前，平板扬声器技术大致可分为澳大利亚系统和英国NXT系统两大类，但在音质及成本方面占明显优势的还是英国的NXT。

   “无心插柳柳成荫”--NXT技术的诞生可以说完全出于偶然。八十年代末期，英国国防部的研究人员为了研究降低战斗直升机引擎噪声的方法，曾尝试使用复合平面材料封闭引擎，然后用电噪声抵消技术来降噪。但奇怪的是噪音非但没有减小，反而是这些复合平板材料有如扬声器一般因振动而发出声音。于是，研究人员想到了利用这种复合平板材料来制造扬声器，并开始进行这方面的开发工作。
   1996年9月NXT公司宣布成立，并致力于把NXT平板扬声器投入商业、专业及家用等实际应用领域的研究。英国老牌音箱制造商Wharfedale也开始采用NXT技术，运用铝芯层压工艺制造出外观与画框毫无二致的Loud Panel平板扬声器系统PPS-1，它能够将电流细致均匀地传送到平板扬声器的整个发声面，使电流转换成为声能，发出清晰细腻的声音。
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二、NXT技术的主要特点

   1.对传统扬声器而言，无论采取哪种电/声转换方式，其设计思想都是希望在尽可能宽的频率范围内，使振膜作为一个刚性的整体进行活塞式运动。（在低频段，振膜的位移随着信号频率的上升以每倍频程12分贝的速率下降。而此时空气中的声波波长远大于振膜的尺寸，振膜辐射阻抗的实数部分随着频率的增长，以几乎和振膜位移下降同样的速度在增加，因而使声功率输出基本上保持恒定。但随着频率的继续上升，当空气中声波波长降到与振膜尺寸相当时，会出现一个质的变化。辐射阻抗的实数部分在达到一个极限值后不再继续随频率上升，而保持为常数。这时振膜的声功率输出开始以每倍频程12分贝的速度下降。虽然轴向的声压下降并不太多，但振膜的声能输出却被限定在一个越来越小的空间角度内。为解决此问题，可使用一块小振膜，小到让辐射阻抗曲线的拐点处于可闻频率范围之上。但为了产生低频所需要的音量变化范围，这块振膜就必须能承受极大的振幅。所以，扬声器设计者大都被迫妥协，将振膜的多个驱动单元尺寸递减。大振膜单元提供播放低频所需要的音量变化范围；小振膜单元在更高频率时发挥改善指向性（随着听音者所处的位置偏离扬声器轴向的角度变化，高音部分的信号就会出现不同程度的明显的衰减）的作用。但采用分频器分隔频率又会带来一系列副作用，诸如相位失真、无功负载增大、与电容特性及电感线圈的铁芯饱和特性相关的音质问题等。即便采取了上述措施，扬声器系统的指向性仍然无法令人满意，听众偏离扬声器轴线的角度越大，高音就被削弱得越厉害。图2为采用NXT技术的扬声器振膜正在作无规则地振动。另外，以活塞式振动发出声音的传统扬声器，其声波在遇到界面反射后会产生相干波。从扬声器的锥体中心发出一圈圈声波，其波形类似扔进池塘里的小石子所激起的水波。反射后，在声波圈重叠区，波峰与波峰叠加处和波谷与波谷叠加处，声音得到增强；而在波峰与波谷叠加处，却因互相抵消而使声音减弱，即产生声波的“干涉”现象。在室内环境条件下，当两个驱动单元互相靠得较近时，声波在墙面或者室内物体上产生反射的情况下，就会出现“干涉”现象。如果这种现象十分严重，播放出的声音清晰度和解析力就会大打折扣。）
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NXT技术彻底放弃了传统活塞式运动的设计，而用一块整个表面几乎是随机振动、而不是规律性振动的振膜来取代。在其受到某种激励以后，音板上每一个面积单元都能作相互独立的无规则振动，以至于我们可以将整块音板设想成是一个由微型扬声器组成的阵列。每个微型扬声器单元都辐射一个非相关的信号，但它们的信号又最后合成在一起，从宏观上形成一个我们所需要的声学输出。这种随机振动的平板与常规振膜大相径庭，因为其功率是被直接输出到相对频率恒定的平板机械阻抗之上的。由于靠近平板的空气同样也是以随机方式运动的，这样就降低了有效的空气载荷，因而使辐射阻抗显得并不重要了。音板的机械阻抗取代了原来辐射阻抗的地位，成为有效功率的消耗者。当外力为常量时，其速度也是常量，从而其输出声功率与频率无关，扬声器的指向特性不再受到振膜的尺寸限制，无论辐射面积做到多大，都不会使高频输出被限制在前向轴周围的一个狭窄空间角内。当然，这是一种理想状态，目前的技术还无法使振膜产生随机振动，但可以做到非常接近这一状态。这种技术正是NXT扬声器的设计基本原理。它的要点就是要使振膜产生均匀分布于频率范围内最大数量的弯曲波谐振。这种复杂的振动近似于随机振动，从而使指向性得到极大改善。无论音板面积多大，其高频上限都可做到18kHz，而且指向性远远优于传统扬声器，哪怕听众位于与音板平面垂直处，高音也不会明显减弱。采用NXT技术的扬声器系统不再需要高音单元和分频器。
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2.传统扬声器的纸锥作活塞式运动，其正面发出的声音和背面发出的声音是反相的。而NXT技术的一个重要特点是正反面辐射同向声波。得益于分布模式复杂的辐射特性，以及从远场看来辐射元之间互不相关的相位特性，音板在其前后两面所产生的声波是同相的。从背面发出的声音，不仅不会与其正面发出的声音功率互相抵消，反而会很好地叠加在一起。所以不需要传统扬声器系统中用于隔离前后声波以免相互抵消的音箱箱体，而且声压级还增加了3分贝。木质音箱所固有的箱振、木板声染色(声染，即声音染上了节目本身没有的一些特性，这显然是一种失真)等问题已不复存在，产品变得又薄又轻（厚度仅为3～20mm），且造价低廉，运输方便。

   3.对于传统扬声器来说，声压与距离的关系，理论上遵循“平方反比定律”，即每增加一倍的距离，声压就减小到四分之一，也就是声压级降低6分贝。　而在NXT技术中，声压随距离的变化接近于线性关系。即每增加一倍的距离，声压只减小到二分之一，也就是声压级降低3分贝。所以，平板扬声器所发出的声能可以传播得更远。
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      4.传统扬声器工作时振幅很大，低音扬声器典型的振幅峰值为十多毫米，由此带来了一系列的问题：音圈的部分线圈跑出气隙匀强磁场区而引起的失真、定位支片和纸锥折环超出其线性弹性范围而引起的失真、各运动部件的疲劳失效等。在NXT技术中，发音板的振幅非常小，中频段的典型振幅是以微米为计量单位的。激励器线圈的位移极小，完全避免了由于这些因素引起的失真，而且功率过载能力很强，在普通扬声器中由于大振幅而引起的各种机械损坏问题，在这里都不存在了。

   5.传统扬声器会造成很多的驻波谐振（音箱内的无用声波造成的有害振动），声波在遇到边界时会发生反射，致使形成抵消性干涉，使得室内声场有大量谷点（声强的最低点）。在NXT技术中，音板与传统扬声器的辐射扩散性表现得大不相同，它的声音并不是从空间中一个固定点发出的，发散性的声波在遇到边界时，边界产生共鸣，故室内声场不会产生谷点。

   6.传统扬声器的设计，说它是一种妥协绝不为过。设计者总想努力拓宽频响范围，但是，当辐射波长变得小于振膜尺寸时，扬声器的功率输出却开始下降了。因此，传统扬声器的设计只能在带宽、指向性和频响平滑性之间进行权衡协调。在最好的传统扬声器中，即便它对这种工程处理得非常巧妙，也仍然只是一种折衷的设计。NXT技术代表了扬声器领域一个重大的革新。平板扬声器的平面外观使其输出变得扩散，而平板扬声器相对较大的发声平面，又保证了大于八个倍频程的宽频带。我们对平板的制作材料、激励器的位置和边界条件等作些精心的处理，可以使它的表现更接近理想的随机振动平板，而这种平板的功率输出是与其尺寸无关的，其输出指向性也与平板尺寸不相关。平板扬声器的一个突出优点是无论尺寸大小或成本高低，其音质都保持了良好的清晰度，播放语音时声音非常清楚，这在恶劣的播放环境中尤为突出。所以现在我们完全摆脱了七十多年来一直困扰着扬声器设计者的问题。　
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   7.由于平板扬声器极小的偏移振幅，实际上它没有困扰传统扬声器的“反电势”问题。从音质方面看，具有清晰度高和良好的空间深度感，且具有极好的瞬态响应（器材对音乐中突发信号的跟随能力）。假如发音板受到相当程度的遮挡，也不至于对音质产生明显影响。用户可对NXT扬声器进行装饰性加工。它与普通扬声器互换性好，可以方便地接入现有普通功放。

   三、总结
   与传统扬声器相比，NXT平板扬声器的音质更通透纯净、高音清晰细腻。另外，由于NXT平板扬声器取消了传统扬声器的箱体和障板，因而“声染”现象被彻底杜绝，所以声音表现得更准确，更柔顺自然。再加上平板扬声器的发声是从整个平面均匀发出的，而非传统扬声器的点声源，其声音是一个发散的声场，声波的扩散是漫射型的。因此，NXT平板扬声器不存在“Sweet Spot”（也就是音响爱好者们所津津乐道的“最佳听音位置”），在房间里的任何位置听都是一样的声音。即使把两只平板扬声器摆放在一起，对音质也不会有太大影响。因此，平板扬声器没有严格的摆位限制。而传统扬声器的声波扩散形式是直接扩散型，存在最佳听音位置，需要较严格的摆位。

WavePad · 发表于 2006-4-10 01:04:00

分享，谢谢楼主啊

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