聲畫一體,屏幕發聲技術

 

索尼公司的「黑科技」被廣大群眾稱道,不論你是否有用過它旗下的產品,但它的「黑科技」你必定聽說過。早在2017年的CES展會上,索尼公司就已經推出了首款大屏OLED電視A1,其上搭載的「Acoustic Surface」屏幕發聲技術讓當時不少體驗者稱讚不已。

 

由外觀改變造成的技術

隨着顯示技術的發展,大畫面比例及更窄小甚至是無邊框的顯示屏設計逐漸成為了當下主流。然而,電視機作為「聲」與「畫」的結合體,不少廠家會在追求更大畫面顯示的時候將「聲」的效果逐漸削弱,甚至到最後竟然還需要配備外置音箱才能發聲,從這個方面來看,屏幕發聲技術的出現並不是毫無道理。

 

眾所周知,對於音響來說,往往音腔越大,聲音越容易做得好。但對於SONY A1電視來說,其優秀的超薄機身卻又反而成為了其發聲的部位最大的缺點。為此,SONY在電視機上做了一件理論簡單,但工程上卻很複雜的事,而這正是屏幕發聲技術的原理。

讓屏幕「動」起來

那麼這塊平面音響是如何做出來的?正如音響的發聲離不開單元的震動,那麼將OLED屏幕作為一塊振膜材料,讓其在播放畫面的同時能夠產生震動並發出聲波,自然就形成了所謂的屏幕發聲。這種理念是其它電視廠商從來沒有嘗試過的,得益於OLED屏幕的物理特性,它不像液晶面板般擁有複雜的多層結構,這使得OLED能夠避免震動發聲過程對屏幕材料產生的影響。而這,正是OLED能夠「發聲」基礎。

 

有了振膜單元,當然還需要一個讓單元能夠產生運動的驅動裝置(也稱為激勵器),然而,在A1電視約7毫米的機身厚度下,如何裝上驅動系統是一個極大的問題。其實,在電視機內部這個7毫米的間隙中,索尼安裝了四個負責發出聲音的驅動裝置,它們分成左右兩組分別設置在屏幕兩側,不同位置的驅動裝置工作時,BRAVIA A1也會從屏幕的不同位置發出聲音,因此使用者完全不用擔心BRAVIA A1所營造的聲場是沒有空間感和方位感的。綜上所述,整個發聲的屏幕可以分成三部分:屏幕、負責讓屏幕產生運動的激勵器(驅動裝置)以及用於穩定整個結構的支撐體。

由此可見,屏幕發聲技術不但能夠做到摒棄傳統的「顯示屏+喇叭單元」設計,並且由於內置纖薄的發聲裝置,其整機厚度也能得以保證。在我們常見的聲畫一體式電視中,往往需要在電視的左右兩側或是下邊框處需要拓展出音響的安裝區域,但採用屏幕發聲技術製造的電視卻並無此問題,因此,電視機能夠在四周做出非常窄的邊框以保證大屏播放的效果。

 

目前索尼已經將屏幕發聲技術發展到第四代,在最早期的索尼OLED電視A1上,索尼通過銀幕聲場技術讓OELD面板發出聲音,而最新的OLED電視A9F使用了進化了Acoustic Surface Audio+(銀幕聲場旗艦版)技術,能實現3.2聲道音效。通過在電視背面安裝3個聲場驅動器和兩個低音揚聲器,能夠實現更多聲道的效果。同時,由於驅動器材料的改變,音質表現也有了一定的提升,不但如此,最新的A9F電視中還支持面向影音愛好者的中置揚聲器模式,方便他們利用已有的音響與OLED電視A9F組合使用。

 

智能手機的加入

既然在兩年前就已經能夠將屏幕發聲融入到大屏顯示,接下來做的當然是如同計算機的發展般,將技術打磨,使得這項技術向著輕量化,高集成的方向進步。如今,小顯示屏的產物也能夠使用屏幕發聲技術。在2018年,三星、vivo等手機廠商相繼宣布開發屏幕發聲技術,並將此技術應用到自家的產品上。

 

手機的設計初衷是通訊,因此用於語音信息交換的聽筒和麥克風可以說是每一台智能手機的必需品。參考了最古老的電話設計,智能手機的聽筒往往會設計在手機正面的最上方,話筒則往往會安放在手機的底部,但隨着近年來智能手機的「花式」不斷改變:滑蓋、升降攝像頭、劉海屏乃至全面屏等各種大佔比顯示屏的出現,原本被放置在頂部的聽筒也終於被開發廠商「消滅」,這下好了,聽筒也終於找不到安身之所。適逢屏幕發聲技術的出現,讓不少苦於研發「真正全面屏」的智能手機廠家找到了一絲曙光。

 

要說到智能手機採用屏幕發聲技術的意義,顯然比起電視機的「噱頭」來得更加實際。要知道,手機中加入揚聲器組件,往往意味着需要開孔以保證播放質量,從另外一個角度來看,機體開孔會讓其防水防塵功能急劇減少,孔越大,風險越高。倘若採用了這項技術,不僅避免了液體和塵粒對智能手機的損害,更會讓手機完全消滅聽筒這項常規配置達到更高屏幕佔比,更加接近「防水防塵」的實際。通話是最基礎的通訊功能,但越是基礎想要有所突破反而越是困難,因此,屏幕發聲技術對於智能手機行業,或許是一種設計的新思路。

 

大家都知道,所有聲音都是通過物體的震動而產生的。所以聽筒能震動發聲,那麼為什麼屏幕不能震動發聲呢?以vivo NEX手機為例,收聽語音時,屏幕會震動,用戶可以通過把耳朵貼到屏幕任意一個位置來收聽語音內容。

整個工作原理和骨傳導技術類似。vivo NEX全屏幕發聲技術開發了一種名為光線數據補償算法,成功將光線感應器隱藏在屏幕下方,從而實現了「屏下光敏」。起初,這種做法被客戶投訴通話的體驗不好,最後才發現是把電話橫着拿之後,vivo為此添加了一項全新的功能——超大角度手持通話,以適應大角度握持手機的通話者。

 

大屏幕與「小」屏幕

那麼既然尺寸較大的電視顯示屏和尺寸較小的智能手機顯示屏都能夠發出聲音,它們發聲的效果肯定會有所偏差。

正如揚聲器單元一樣,大尺寸單元能夠很輕易發出較大聲壓,擁有大屏幕的顯示屏也一樣。大尺寸的屏幕使得更小的位移便能推動大量的空氣,發出聲音更容易,小尺寸的屏幕在這方面則能力稍弱。這也正是傳統受話器的發聲原理:聲音傳播的本質,是介質疏密的變化。

 

激勵器的類別

壓電陶瓷單元激勵器

 

這種激勵器在夏普AQUOS Crystal手機上首先使用,不過當時宣傳的是骨傳導技術,小米MIX才讓「屏幕發聲」真正進入到大眾的視野。多層壓電陶瓷片附着在金屬薄片,稱作振動膜。給振動膜加交替變化的電壓,會隨着電壓的變化而不停的上下彎曲驅動負載結構振動發聲。

 

微振動單元激勵器

微振動單元,也可以叫做線性振動器,其原理跟線性馬達接近,是利用電場跟磁場交互作用而產生力場。以vivo NEX為例,NEX中的微振動單元,從尺寸上看,它跟常規的聽筒差不多,比壓電陶瓷單元會厚不少。貼合的位置也是中框上面,並沒有直接貼在屏幕背面。

 

那麼這兩種結構有什麼區別呢?壓電陶瓷激勵器的低頻表現比較差。而微振動單元,從器件看,語音範圍內的頻響範圍是比較均衡平坦的,甚至接近常規聽筒的表現,這讓屏幕發聲設計是可能獲得良好的聽感。而壓電陶瓷激勵器,低頻的不足還需要單體技術的提升,比如疊層技術、燒結工藝等方面進行提升。

 

雖有不足,但無傷大雅

在屏幕發聲手機推出市場後,不少願意「嘗鮮」的年輕人都為了體驗一把科技感而去追逐屏幕發聲產品。據實際測評,在通話時,手機中的微震動單元會驅動整塊屏幕發聲,在正常使用情況下私密性更強,在貼近耳朵時,聲音也會更加清晰。

不少使用過的人都表示,在正常通話時,發聲驅動器附近的屏幕發聲會比遠離區域更加清晰。而即便是將機身反過來收聽,也能夠獲得良好的聲音體驗,在安靜的環境下,旁邊的人可以聽到電話另一頭的聲音。但從實際使用的情況來看,屏幕發聲智能手機的通話音質不如傳統聽筒,不過卻並不會影響其實際功能的使用。

 

從屏幕發聲的使用來看,它對手機及電視等顯示屏幕的製造結構起到了相當大的改變。人們無需再忍受假「全面屏」的矇騙,讓屏幕更加美觀實現超窄邊框甚至是無邊框。但同時,現階段屏幕發聲技術也普遍存在聲音效果不佳,聲壓較小等較為明顯的缺點,但筆者相信,隨着科技的進步以及視聽技術的發展,相信在未來不少人能夠看到一張能夠顯示畫面並且播放聲音的「報紙」。