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-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-2 12:50:19 -- [原创] 浅议弯曲波模式扬声器(BML)
● 扬声器按照振动方式可分为“集中参数系统”振动模式扬声器 /“分布参数系统”振动模式扬声器——前者可产生“串联共振”,后者可产生“并联共振”。
“集中参数系统”振动与“分布参数系统”振动并无严格界限——前者为单自由度的“简谐振动”;后者为无限多自由度的“简谐振动”。
“活塞式振动”——可以形象地表示“简谐振动”,但“简谐振动”≠“活塞式振动”——实质上,“活塞式振动”是指“集中参数系统”振动。
“分布参数系统”振动模式扬声器除了BML(板振动),还包括ESL/ PL(膜振动)——而电动式扬声器(纸盆)高频段分割振动实质为“壳振动”,也属于“分布参数系统”振动模式。
故采用薄板挠曲振动模式(产生弯曲波)的扬声器,称之为“弯曲波模式扬声器”更为合适——虽然薄板振动还会产生其它类型的弹性波,但形成声波辐射的主要为弯曲波——故可称之为“弯曲波模式扬声器”。
BML机械阻抗取代辐射阻抗,成为有效功率的消耗者——而机械阻抗大于空气辐射阻抗,P=v2Zm——若达到相同振动速度v,须↑PIN,故其电声转换效率比电动式扬声器低——BML一般振板硬度B↑,则Km↑/ v↓,且Zm↑,则P OUT↓(效率↓) 。
u↑,则fc(临界频率)↓,辐射声功率Wr↑——而fc以下板振动主要为“角型/边缘型辐射”,Wr很小。
振板硬度B↑——还可↓“分割振动”(驻波↓),则“声染色”↓(HD↓),↓失真——但硬度B↑,机械阻抗↑,则效率↓。
故在fc以下,板振动的辐射声功率Wr↓,只有形成驻波时才能↑Wr——横向为“同相小球源”,Wr↑/ 指向性↑;纵向可形成“线列阵”,但指向性↓ 。
关键是BML的低频响应差(SPL↓)——只要u<c0(f<fc),板振动辐射声波就存在“声短路”(抵消),则Wr↓。
而↑BML的低频响应很困难——即使B= 200Nm,μ=0.4kg/m2,则fc也高达821Hz ——f =50Hz,u=84m/s;f =200Hz,u=167m/s ——难以使fc↓至200Hz,↑u /↑Wr。
● BML的失真——
弯曲波为“频散波”,不同频率的相速度不同——故不易产生互调失真IMD,IMD会使声音模糊,故BML清晰度↑(与BBE异曲同工)——但由于“波形畸变”,相位失真PD↑,则定位感/结像力↓。
由于f↑/u↑,fc以上会出现“射束效应”,且“波形畸变”↑/ 锯齿波↑——故易产生高频失真——类似于电子系统的TIMD(金属声) 。
由于“射束效应”/“频散效应”,BML易产生高频失真(fc以上)——“BML+BBE” 会↑高频失真——↑fc(fc>18KHz),则可以降低之。
BML谐波f与fo并不成整数倍关系(间谐波)——为了与传统意义上的奇次谐波/偶次谐波区别——可以称之为“类奇次谐波”/“类偶次谐波”。
BML振板硬度B↑,弯曲波波速u↑,则“频散效应”↓——B↑/ u↑或f↑/ u↑,干涉↑(射束效应),则“随机性振动”/“弥散性辐射”模态↓——实际上,fc以上BML“频散效应”↓。
节点(线)为弯曲波振动模态在介质上的体现——与频率f/边界条件相关,与介质材料的硬度B/阻尼D等无关——即节点(线)并非介质材料的固有属性,而是随驻波形式不同而变化。
BML“偏中心节点驱动”会产生“反对称振动”导致“声短路”(抵消)——但“中心驱动”也会导致“声短路”——实际上,只要是fc以下都会存在“声短路”(Wr↓),而“偏中心节点驱动”可↑驱动效率,↑Wr。
● BML不等同于物理学中的“板振动”——后者板一般为均匀材质,而BML振板主要采用“蜂巢板”(泡沫板),材质不均匀——更容易产生“随机性振动”/“弥散性辐射”。
“板振动”——fc以下,相消干涉>相长干涉,Wr↓/声辐射效率σr↓;fc以上,相长干涉>相消干涉——故Wr↑/声辐射效率σr↑。
BML——fc以下,由于“随机性振动”/“弥散性辐射”相位不相干,相消干涉↓,“声短路”↓,Wr/σr↑——fc以上,相长干涉↓,指向性↑(射束效应↓)。
“激振式音响”(GMM)虽然振动效率↑——但由于与木板(MDF)/玻璃等配合使用,主要产生“板振动”(材质均匀)——相对于BML,Wr/σr↓。
● BML振板采用蜂巢板可↑“频散效应”——表层与芯层的密度/厚度/硬度/弯曲波波速差异↑,孔隙率↑——则“频散效应”↑,“随机性振动/弥散性辐射”模态↑。
BML振板硬度B↑,弯曲波波速u↑,则“频散效应”↓——B↑/u↑或f↑/ u↑,干涉↑(射束效应),则“随机性振动/弥散性辐射”模态↓。
硬度B↓,驻波↑,“频散效应”也会↓(Cg=Cp=0)——则“随机性振动/弥散性辐射”模态↓——“随机性振动”≠“分割振动”(驻波)。
一般材料硬度B↑/阻尼D↓(反比),而蜂巢板(泡沫板)则可同时↑B/D——中空结构可以↑B,而内部空气可以↑D(但空气D小于固体D)——密度ρ↓可以↑辐射效率,故BML采用蜂巢板可以↑效率。
BML振板阻尼D↑,则波速u/A/v↓,效率↓(Q↓)——↓阻尼D比↓硬度B,更有利于↑效率(阻性能耗大于抗性能耗)——KT板(PS泡沫板)比PS板阻尼D↓,比PMI蜂巢板硬度B↓,故其效率↑。
蜂巢板(泡沫板)相当于“多孔型吸声结构”——对高频响应会产生一定影响,但由于阻尼↑——有利于降低“间谐波失真”(IHD/SIHD) 。
这或许就是当年英国国防部的初衷——采用“多孔型吸声结构”↓飞行器驾驶舱的噪音,却“无心插柳”——拓展了“板振动”(弯曲波)在扬声器领域的应用空间。
● BML“效率低”,主要是由于fc以下相消干涉↑/Wr↓——而非由于“刚性大”(机械阻抗↑)/“反对称振动”(偏中心节点驱动)——板振动不同于膜振动,反对称振动的影响较小。
NXT技术的核心价值就在于采用蜂巢板——实际上,采用蜂巢板并非为了“↑刚性”,而是为了“↑效率”(↓fc以下相消干涉/↑Wr)——可以看作是近似“双向/同相辐射”, 则效率↑(SPL↑3dB)。
一般KT板/PMI蜂巢板(芯层)fc都可以达到18kHz以上——如B=0.33Nm,μ=0.33kg/m2,fc=18407.6kHz——f=100Hz/λ=250mm,f=200Hz/λ=177mm。
● 一般BML振板为周边或角点“固支”——振板只能做“弯曲波模式振动”,而无法“活塞式振动”——故其低频响应差。
NXT通过BMR技术解决 DML“低频响应差”的问题——“活塞式振动(低频) + 弯曲波模式振动”(中高频)——从而获得“全音频”(AFR)的频率响应。
在“质量控制区”(f>fo)——A=F/ω2Mm,v=F/ωMm,a=F/Mm——↑Mm,可以↓A/v/a,则“活塞式振动”的模态密度↓。
“擦弦声”/“弹指声”/“笛膜感”包含奇次谐波——可以使声音更自然/逼真,↑质感与临场感——同理,间谐波如果处理得当,也会给人的耳目一新的感觉。
电子合成器(MIDI)的声音虽然很“和谐”——但是听起来总觉得有些“虚假”,BML虽然声音不和谐(间谐波)——但同大多数传统乐器一样,音色更自然。
BML同弦乐器一样为“真发声”——自然/真实,却不和谐,但或许会“动听”——“自然/真实而不和谐”,其实也是一种风格。
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-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-2 20:29:12 --
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-- 作者:skye -- 发布时间:2012-6-4 9:35:06 -- 已阅 |
-- 作者:水仙 -- 发布时间:2012-6-4 22:46:45 -- 建议楼主多看看声学基础知识,别说得云里雾里。 |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-5 8:57:04 -- 由于个人能力有限,只能“发现问题”,提出来而已,远没有解决——权当抛砖引玉罢了 。 |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-5 10:34:49 --
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