CN101754070B - 弹性体扬声器箱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性体扬声器箱系统，包括扬声器箱、扬声器单体、障板和底板，所述扬声器箱由弹性体材料制成，其管壁弯折形成波形管状箱体，这样扬声器箱箱体有弹性可自由伸缩运动，所述扬声器单体安装固定于障板上，所述扬声器箱体一端固定于障板上，另一端通过底板封闭，这样扬声器单体、扬声器箱与底板共同构成闭箱系统，这样扬声器单体可以和扬声器箱箱体伸缩摇摆运动产生谐振，弹性箱体起声辐射器的作用，辐射低频，低频响应往低端扩展，并提高了声音的纯净度，改善了低音性能。

Description

弹性体扬声器箱系统

技术领域

本发明涉及音响领域，尤其涉及一种扬声器箱系统。

背景技术

为了达到隔绝扬声器前后声音，不致使声音产生相互干涉，提高声音的高保真度的目的，为此目前市场上扬声器箱箱体板材传统结构都以刚性大，硬度大的材料设计制作，比如木质材料、刨花板、纤维板、胶合板、天然石材、人造石材、大理石、混凝土、以及有机玻璃等，使用这些材料的原因，从声学性能上考虑，是希望扬声器箱板不产生振动，材料本身不激励谐振，特别是高次谐波得到抑制，不致使声音产生相互干涉，减小音染，提高声音的纯净度，这样传统箱体的设计因其箱壁刚性大，硬度大，无弹性仅做隔声、防止声短路之用。

但实际上，刚性大、硬度大的材料，其本身的物理特性已决定材料的内部阻尼小，吸收声波小，声波在其内部传播的速度大，制作成的箱体会激发高频激励振动产生不谐合音，导致扬声器发出的声音产生相互干涉，音色变为混浊不清晰，此为其一；其二，扬声器箱及其系统低频响应设计，目前主要有两种设计形式，一为密闭箱，二为开孔箱：

传统密闭箱，箱体腔体为密闭型，安装扬声器单体后其腔体声箱的力劲大，顺性小，箱体的最低共振频率Fc高于扬声器单体在自由空间的谐振频率，无法通过箱体的结合扩展低频。

传统开孔箱，在密闭箱体上开有声导孔，通过调节风管大小及长度，改变风管的声质量，调节低频辐射声波。因箱体上开有声导孔，开孔除了传达低频端的声音输出外，同时带来风杂声，谐振的干扰和传输音箱内部因箱体材料本身激励谐振反射形成的驻波音染，这些都会造成低频声音混浊不清晰。

发明内容

本发明的所要解决的问题是提供一种扩展了低频特性、同时提高了声音纯净度的弹性体扬声器箱系统。

本发明所采用的技术方案是：弹性体扬声器箱系统，包括扬声器箱、扬声器单体、障板和底板，所述扬声器箱由弹性体材料制成，其管壁弯折形成波形管状箱体，管壁优选为全部弯折，当然也可以是局部弯折，这样扬声器箱箱体有弹性可自由伸缩运动，弹性体材料优选为弹性软橡胶，当然也可以是泡沫塑料、弹性体合成材料等其它弹性体复合材料，所述障板优选采用木板或塑料，当然也可是其他材质的板材，所述扬声器单体安装固定于障板上，所述扬声器箱体一端固定于障板上，另一端通过底板封闭，这样扬声器单体、扬声器箱与底板共同构成闭箱系统，所述底板主要用以封闭扬声器箱构成闭箱系统，同时在需要时也可有于调节扬声器箱共振频率及辐射声压，通过控制调配底板的质量大小及尺寸大小或材质，可以有效的改变箱体的共振频率及辐射声压值，其材质优选为金属铁片，也可以采用纸体材料或橡胶、塑料等，当然还可以采用与扬声器箱一体成形。

上述方案中，所述扬声器箱箱壁纵截面优选弯折为呈波形或锯齿形，如正弦波或余弦波，当然也可以是方波、梯形波、三角形波等形状。

优选在所述扬声器箱箱壁可以开有小的气孔，开气孔主要是为了调节箱体声腔的力劲，同时改变箱体的谐振点，扩展低频，因孔内的声质量小，孔的辐射声波作用极为弱小，因而由孔辐射的反射波形成的驻波音染可忽略，保证了低音的纯净度。并且还可以通过压缩箱体排出气体，使箱体体积大为缩小，便于包装携带。

所述扬声器箱形状优选为圆筒状，当然也可以是方管、三角管、锥管或圆桶状等多种管状，或是两节以上多种不同形状大小管状结构的组合。

所述扬声器单体优选通过粘接或螺钉固定的方式安装固定于障板上。

所述扬声器箱优选通过粘接或螺栓连接件固定的方式安装固定于障板上。

上述方案中，所述障板还可呈箱体结构，通过调节障板箱体的大小，可以改变箱体声腔的容积，减小非线性失真，低频响应往低端扩展，改善低频。所述箱体结构障板内还可设有倒相管。

本发明的有益效果是：一、本发明的箱体具有类似弹簧的性能，结合扬声器单体的发声及振动力作用，腔体内空气的压缩及膨胀，而扬声器箱靠弹性体材料的形变来储存及释放能量，利用波形管状箱体良好的弹性位移值及线性稳态恢复力，带动弹性箱体伸缩运动产生谐振，箱体起声辐射器的作用，辐射声波，利用声波在弹性体材料中传播，材料有着吸声、透声、反射声的声学性能，通过调整弹性体材料的不同材质及配方，方便及有效的改变其声波的辐射性能，改善低频。同时，扬声器单体背后辐射的声波是一种弹性波，利用弹性波在波形管状弹性体中速度变慢的特点，增大了箱体的声顺，等效增大了腔体的容积，减小非线性失真，低频响应往低端扩展，提高了声音的纯净度，改善了低音性能；二、箱体箱壁呈波形或锯齿形等弯折以及弹性体材料的高阻尼内部损耗，其本身不易激发高频谐振的物理特性，可减震并有效吸收声腔内的反射波，提高了声音的纯净度；三、扬声器闭箱设计，其声箱腔体内的空气与外部隔绝，扬声器振膜的振动会使腔体内空气产生反复的压缩及膨胀，1)弹性体扬声器箱体具有弹性，材质是软橡胶类或其它弹性体材料，箱壁上有波形或锯齿形弯折，扬声器单体固定装置于箱体障板上，扬声器单体振膜的振动力，作用于箱体产生伸缩运动，箱体起声辐射器的作用辐射低频。而传统型扬声器箱体是硬体刚性大的木材或硬体塑胶，石材及有机玻璃，扬声器单体固定安装于箱体上，力作用于箱体上不产生伸缩运动辐射低频。2)弹性体扬声器箱系统闭箱设计，通过扬声器振膜产生的力，作用于弹性箱体，辐射低频声波扩展低频响应，改善了低音效果。而传统闭箱，通过扬声器振膜产生的力直接作用于硬箱体，产生高频杂音，影响声音纯净度。3)弹性体扬声器箱系统闭箱设计，由于弹性箱体参与谐振，闭箱系统阻抗响应特性有两个谐振最高峰，能过调节箱体的调谐频率，低于扬声器单体的谐振频率，扩展了低频，而传统闭箱唯有一个谐振峰，并且箱体调谐频率高于扬声器单体的谐振频率，无法扩展低频。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明具体实施方式的内部结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的外形示意图；

图3为本发明具体实施方式的立体结构示意图；

图4为本发明具体实施方式的局部剖开结构示意图；

图5为弹性体扬声器箱体象征性机械系统受力图；

图6为本发明弹性体扬声器箱体机械回路图；

图7为本发明弹性体扬声器箱系统与扬声器单体的阻抗特性曲线图；

图8为传统扬声器闭箱系统及扬声器单体的阻抗特性曲线图；

图9为本发明弹性体扬声器箱系统与传统扬声器闭箱系统阻抗特性曲线对比图；

图10为本发明弹性体扬声器箱系统与传统扬声器闭箱系统声压特性曲线对比图；

图11a为扬声器箱箱壁纵截面2呈梯形波的示意图；

图11b扬声器箱箱壁纵截面2呈三角波的示意图；

图11c为扬声器箱箱壁纵截面2呈正弦波形的示意图；

图11d为扬声器箱箱壁纵截面2呈锯齿波形的示意图；

图11e为扬声器箱箱壁纵截面2呈方波形的示意图；

图12a、12b、12c、12d、12e为各种不同形状管形的扬声器箱示意图；

图13a、13b、13c为各种不同形状箱体结构障板示意图；

图14a、图14b为带有两个扬声器箱的弹性体扬声器箱系统示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，弹性体扬声器箱系统包括扬声器单体1、扬声器箱2、底板4、障板5，扬声器箱2由弹性体材料制成波形管状箱体，其管壁的纵截面弯折呈波形，管壁上开有气孔3，扬声器单体1通过粘接固定安装于障板5上，当然还可以采用螺钉等方式固定，扬声器箱2一端采用垫片将波形管状箱体边缘压紧再结合螺钉固定于障板上，当然同样可以采用粘接等其他方式固定，另一端通过粘接底板4封闭，这样扬声器单体1、扬声器箱2与底板4共同构成闭箱系统，扬声器单体1其背部的声腔与扬声器箱2及底板4之间形成腔体。

本实施例中扬声器箱2其材料采用弹性软橡胶，具有重量轻、防水、耐破和耐冲击等特点便于安装不同用途的场所，橡胶是一种粘弹性高分子材料，高阻尼的内部损耗，基体橡胶的相对分子质量分布可调，能适应各种频率声波的吸收，声波入射到橡胶内部时，其中一部分中高频声波能量用于改变材料高分子链和侧基的振动而做功，达到吸声的目的，降低音染，而一部分较低频能量声波做无用功，透射低频，改善低音，当然也可以用其它弹性体复合材料，如聚氨酯(PU)类弹性体、高密度弹性海棉、布浸(涂)橡胶或TPO(热塑性弹性体橡胶)等。

扬声器箱2因其本身材料具有高阻尼的内部损耗物理性能，有减振作用，不容易激发高次谐振，管壁的纵截面呈波形，其凹凸起伏的弯折，可以吸收抑制改善箱体内产生杂乱的反射波，降低音染，减小谐波失真，提高声音纯净度。

气孔3可以起调音孔的作用，主要为了调节箱体声腔的力劲，同时改变箱体的谐振点，扩展低频，通过调节气孔3的大小及排列数量，可以改变箱体的力顺，调整箱体的谐振频率延伸低频，并且可以通过压缩箱体，使箱体内空气从气孔3流出，可以缩小箱体，便于包装携带。

底板4主要用于封闭扬声器箱，同时也可用于调节扬声器箱共振频率及辐射声压大小，通过控制调配底板的质量大小，尺寸大小或材质，可以有效的改变箱体的共振频率及辐射声压值，其材质为金属铁片，也可以是纸体材料或橡胶。

障板5材质为木板，金属或塑料，主要用于安装固定扬声器单体1及扬声器箱2，不参与箱体的辐射。

图5所示为弹性体扬声器箱体象征性机械系统受力图，如图所示，弹簧的一端固定，另一端在等效振动质量为m的物体在驱动力F的作用下，通过等效力顺为C_m的弹簧连接，物体运动时受到等效力阻为Rm的反抗物体振速V的作用，而弹簧一端又与物体相连，所以此三个元件中有同一振速V，因此可得之串联等效电路，即图6所示的弹性体扬声器箱体机械回路图。

分析其电路得到：

$V=\frac{F}{\mathrm{Zm}}=\frac{F}{R_m+j\frac{\mathrm{\ϵm}-1}{\mathrm{\ϵ}{C}_m}}$

其中：

ε＝2πf

$j=\sqrt{-1}$

V＝振速

m＝扬声器等效质量

C_m＝弹性箱体等效力顺

R_m＝弹簧反复形变引起的内摩察力，空气粘滞阻尼及辐射阻抗

F＝扬声器驱动力

Zm＝力阻抗

当Zm中的力抗分量等于0时，即 $\frac{\mathrm{\ϵm}-1}{\mathrm{\ϵ}{C}_m}=0,$ 则在此频率处，振速 $V=\frac{F}{R_m},$ 在此频率两侧，V急剧减小，得共振频率 $F_o=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{m{C}_m}},$ 即说明弹性箱体参与了共振，起辐射器的作用，辐射低频，改善了低音。

下面通过实际测试来说明其频响效果，一个36MM的如图1所示的扬声器全频单体产品，单体的F0为180HZ，安装在具有弹性体的扬声器箱上，箱体具有波形的弯折，箱体有弹性并可自由伸缩，箱体材质为软橡胶，箱体为闭箱设计，内容积为0.141L。

测试其阻抗特性，响应如图7所示，图中较粗曲线71为弹性体扬声器箱系统阻抗频率特性曲线，较细曲线72为扬声器单体阻抗频率特性曲线，从图中可以看出，弹性体扬声器箱系统阻抗频率特性曲线上有两个最大峰值，表明有两个谐振回路，一为闭箱扬声器单体与声腔力顺的谐振，二为扬声器单体与弹性箱体力顺的谐振，构成并联谐振回路，从图中还可看出，箱体的谐振频率为100HZ，扩展了低频。而传统扬声器闭箱系统阻抗特性如图8所示，图中较粗曲线81为传统扬声器闭箱系统阻抗频率特性曲线，较细曲线82为扬声器单体阻抗频率特性曲线，从图中可看出，传统扬声器闭箱系统阻抗频率特性曲线唯有一个最大峰，表明只有一个谐振回路，扬声器单体与声腔力顺的谐振，箱体的谐振频率为210HZ，低频上移了。

弹性体扬声器箱系统与传统扬声器闭箱系统的阻抗特性对比如图9所示，图中较粗曲线91为弹性体扬声器箱系统阻抗频率特性曲线，较细曲线92为传统扬声器闭箱系统阻抗频率特性曲线，从图中明显看出，弹性体扬声器箱的阻抗特性有两个谐振最大峰值，传统扬声器闭箱系统唯有一个，弹性体扬声器箱体的谐振频率为100HZ，传统扬声器箱为210HZ，弹性体扬声器箱扩展了低频。

弹性体扬声器箱系统与传统扬声器箱闭箱系统的近场声压特性对比如图10所示，图中较粗曲线101为弹性体扬声器箱系统声压频响曲线，较细曲线102为传统扬声器闭箱系统声压频响曲线，从图中明显看出，弹性体扬声器箱在谐振频率100HZ处其声压级开始获得提高，约高出传统扬声器箱闭箱系统1.5dB值，延伸了低频并提高了音压。

以上说明，本发明所述的弹性体扬声器箱系统，从其机械系统、声学系统的质量、弹性、阻尼的控制方式、利用箱体作为声的辐射器，可以扩展低频特性，同时提高声音的纯净度。

以上所述本发明的较佳实施方式是为了便于本领域普通技术人员理解本发明而进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的技术特征所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改：

例如扬声器箱箱壁纵截面可以弯折成不同波形，如图11a至图11e所示，依次为弹性体扬声器箱箱壁纵截面弯折分别呈梯形波、三角波、正弦波、锯齿波、方波等不同波形的示意图。

同样，弹性体扬声器箱结构几何形状基本为管状，其具体外形轮廓可以变换成多种形式，如图12a至图12e所示，弹性体扬声器箱依次为方管、三角管、圆桶形管、口径逐渐缩小锥形管以及两节管的组合体。

还有障板5可以采用多个障板组成箱体结构的障板，用以安装固定扬声器单体以及弹性体扬声器箱，同时内部存在腔体，通过调节箱体结构障板腔体的大小，可以改变箱体声腔的容积，减小非线性失真，低频响应往低端扩展，改善低频，如图13a至图13c所示为箱体结构障板的弹性体扬声器箱系统，其中图13b和图13c中箱体结构障板内部还设有倒相管6。

并且弹性体扬声器箱系统还可以包括两个甚至更多的扬声器箱，如图14a、图14b所示，为带有两个弹性体制成的扬声器箱的系统。

以上多个实施例充分说明，在不脱离本发明的技术特征所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均应在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述弹性体扬声器箱系统包括扬声器箱、扬声器单体、障板和底板，所述扬声器箱由弹性体材料制成，其管壁弯折形成波形管状箱体，这样扬声器箱箱体有弹性可自由伸缩运动，所述扬声器单体安装固定于障板上，所述扬声器箱箱体一端固定于障板上，另一端通过底板封闭，这样扬声器单体、扬声器箱与底板共同构成闭箱系统。

2.如权利要求1所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器箱由一节以上弹性体材料制成管壁弯折的波形管状箱体连接组合而成。

3.如权利要求1所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器箱箱壁纵截面弯折呈波形或锯齿形。

4.如权利要求3所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器箱箱壁上开有气孔。

5.如权利要求1、2、3或4所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述弹性体材料为弹性软橡胶。

6.如权利要求5所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器单体通过粘接或螺钉固定的方式安装固定于障板上。

7.如权利要求6所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器箱通过粘接或螺钉固定的方式安装固定于障板上。

8.如权利要求7所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述扬声器箱形状为圆筒状。

9.如权利要求7所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述障板呈箱体结构。

10.如权利要求9所述弹性体扬声器箱系统，其特征在于：所述箱体结构障板内设有倒相管。

Images