CN101810009B - 扬声器系统 - Google Patents

Abstract

通常将扬声器连接到密封壳体或半密封壳体来使用扬声器，以使在振动膜前方和后方产生的振动不会相互干扰。因此，需要一定的深度和体积，但是在受限的位置诸如设备的前面板上，情况是扬声器无法连接到最适合听众的位置。作为对策，实践中采用以导波件将位于较远位置处的扬声器声音引导到前面板。但是，在深度和连接位置方面还是存在限制，并且无法实现良好的效果以及效率。一种扬声器连接成让产生在连接到壳体的扬声器的前方的声音借助导波件引导到一平面诸如设备的前面板，并且导波件的开口表面基本上垂直于所述平面。由于在所述平面的相对一侧、在与导波件开口表面水平的表面上产生了良好的声场，所以可以实现高效的扬声器系统，且对于扬声器的连接位置没有限制。

Description

扬声器系统

技术领域

本发明涉及扬声器系统或者具有扬声器系统的设备。此外，更具体地说，本发明涉及这样的扬声器系统，即导波件连接到扬声器，且导波件开口表面连接到一平面，从而基本上垂直于该平面，并且本发明涉及具有这种扬声器系统的设备。

背景技术

由于扬声器通过振动膜振动而产生声波，所以在振动膜前方产生振动与振动膜后方产生的振动之间存在180度的相差。因此，为了获得良好的频率特性和效率，需要避免在后方产生的振动不会干扰在前方产生的振动。作为基础结构，后方需要密封空间或者基本上密封的空间。

此外，在无法充分保证连接扬声器的区域的设备中，诸如电视机的前面板，通过将扬声器主体置于电视机壳体后部空间内来保证密封空间或半密封空间。并且利用技术将产生在振动膜前方的声波引导到电视机前面板。

例如，在专利公告No.3449571的图5中，介绍了一种示例，扬声器设置在电视机壳体的后部空间内，并且利用导波件将声音引导到电视机的前面板。

此外，在同一份专利文件的图6中，介绍了一种示例，其中扬声器连接到图5所示的设备的后部壳体(密封箱体)中。

而且，在同一份专利文件的图1至4中，介绍了一种电视机，其中利用反射构件将扬声器振动膜后方的声音呈对角式地辐射，并且避免振动膜前方的声音和振动膜后方的声音发生干扰。

专利文件1：专利公告No.3449571

发明内容

但是，本发明涉及一种考虑利用导波件引导扬声器声音的扬声器系统，以及具有所述扬声器系统的设备，在所述系统中，产生了下述问题。

a.导波件开口必须设置在这样的位置，即面对所述设备的听众感觉到声源最自然地向着听众。

b.扬声器连接位置和导波件开口部分的位置存在限制，因为导波件的开口表面和振动膜必须设置成基本上平行。

c.难于应用于深度较浅的设备。更特别是，难于应用于采用LCD的薄板电视机或类似设备。

d.从导波件的开口表面(端部)向所述管件内产生声波反射现象(管式谐振)，频率特性受到干扰。

解决技术问题的方案

在本发明中，扬声器置于密封或半密封壳体中，利用导波件将来自所述壳体内的扬声器的开口的扬声器声音引导到板式或平面设备的前方。导波件开口表面一侧连接成靠接所述设备的前表面板件或平面。从而，提出了这样一种扬声器系统来解决前述问题，所述扬声器系统能让听众感觉所述位置存在实际的声源。

有益效果

符合本发明的扬声器系统不需要深度，而且在固定到向前发声的设备时，可以避免扬声器连接位置和连接区域的设计局限。此外，不需要在设备的前表面上提供扬声器开口。因此，缩减尺寸以及设备设计的自由度显著改善。更特别是，通过实际应用于薄板设备，可以实现适当的效果。

附图说明

图1是将本发明实际应用于电视机的示例；

图2是图1所示实施方式局部放大的透视图；

图3是将本发明应用于汽车音响系统的实施方式；

图4是将本发明应用于游戏设备的实施方式；

图5是解释本发明基本概念的视图；

图6是显示气流阻挡元件的视图；

图7是解释符合图5所示原理的扬声器的频率特性的曲线；

图8是符合图5所示原理的扬声器的透视图；

图9是图8所示扬声器在平行于平面的表面和垂直于该平面的表面上的频率特性曲线。

附图标记

1电视机主体

2屏幕

3前面板

4腿柱

5基部

6扬声器

31驾驶席

32方向盘

33车门

34车门玻璃

35扬声器

36导波件

具体实施方式

图5a和5b是用来解释本发明的基本原理的一般视图。参照图5a，“T”指代导波件，其截面为矩形，而图5a是从顶面观察开口截面的视图。在导波件T后部存在扬声器(未示出)，而扬声器的开口被导波件的相对开口覆盖。扬声器声音由导波件T引导，并且在开口截面处辐射。在与该开口相同的平面上，辐射声波像实线W所示的波纹那样向周围扩散。接着，如图5b所示，如果形成导波件开口的矩形的侧部S牢固地粘结到平面P，则本应扩散到平面P侧的声波W被平面P阻挡，向平面P相对一侧反射，产生由虚线R表示的反射波。然后，由这两种波W和R叠加形成的声波产生在与抵靠导波件T的平面P的侧部S相对的一侧。因此，面向平面P的听众M可以感觉到在导波件的所述平面和开口部分抵靠平面P的位置附近存在真实声源(以下，简称为“声源”)。

如果从导波件开口部分直接传递到听众M一侧的直达波W以及反射到平面P而传递的反射波R的相位偏移半个波长，则会发生干扰抵消。因此，导波件的厚度H以及形状应该根据需要的再现频带仔细研究。例如，在再现7Khz时，如果声速假设为340m/sec，则一个波长大约为5cm，并且在厚度H大约为2.5cm时，发生抵消。因此，在通用设备中，厚度H期望为2.5cm以下。

而且，导波件能将扬声器声源的声音有效地引导到开口端。但是，由于在管件部分和开口端之间声阻变化极大，所以声波反射现象出现在开口端。因此，已经知道正向波和反射波(返回波)叠加，并发生称为管式谐振的正确声音增大，且频率特性显著变差。

图6示出了用来阻止管式谐振的装置。参照图6，附图标记61指代导波件。它的开口部分62被具有透气特性、厚度大约1.0mm的布料制成的气流阻挡元件63所覆盖闭合。借助气流阻挡元件63，导波件开口部分声阻突变减小，并且管式谐振减弱。作为气流阻挡元件63的一种形式，可以考虑平面形式、端盖式等。并不总是需要覆盖开口部分62的全部表面。例如，形式可以是驼背形式，其中侧部开放。

不仅减弱了管式谐振，而且气流阻挡元件63可以防止灰尘、碎屑等从导波件的开口部分进入。

图7a、7b和7c是测量频率特性时的曲线，用来解释采用图5所示原理的扬声器的操作。在曲线中，纵轴表示分贝输出[dB]，而横轴表示赫兹频率[Hz]。

图7a是在扬声器轴线上15cm距离处不存在导波件时，测量的扬声器声音输出频率特性曲线。就是说，是扬声器的原始声音。

图7b是在长度为80cm的导波件连接到所述扬声器，且在与导波件开口相同平面上距离开口中心15cm处测量的频率特性曲线。

图7c是导波件的开口一侧S接触平面P时，在与导波件开口相同平面上距离开口中心15cm处测量的频率特性曲线。

要注意，在图7b和7c情况下，是在上述气流阻挡元件63连接到导波件开口部分的情况下进行的测量。

在图7b曲线所示输出中，在全频带上，输出较之图7a所示原始声音下降10-20dB。更具体地说，发现在大约7KHz以上的高频处衰减显著。

另一方面，在图7c曲线所示的输出中，虽然在7KHz以上的衰减类似于图7b那样无法避免，但是发现在其他频带内，较之图7b的情况，效率平均改善大约5dB。此外，图中示出了在全频带上，并未产生管式谐振所特有的输出变化。

这些实验结果表明，如果让形成导波件开口部分表面的一侧接触平面，以使开口表面几乎垂直于该平面，由于该平面的反射，与该平面呈直角方向发生声音增大，并且频率特性覆盖了一般音响设备所需的声音范围。就是说，相对于该开口形成的表面沿着水平方向面对该平面的听众M可以接收足够的声压，足以感觉到好像该开口表面附近存在声源。

当然，从导波件开口直接扩散的声音和该平面反射的声音形成的复合声音向各个方向扩散，除了该平面一侧。因此，在图5b所示模型中，检查扩散到每个方向的声音分布情况。图8是三维式地表示图5b所示模型的透视图。在图8中，相同的附图标记指代与图5中相同的部件。在导波件T开口上，接触平面P的一侧S的长度为6cm，而厚度H为1.5cm。并且导波件P是以长度为40cm、宽度为25cm、厚度为1mm的工程塑料制成的面板。

通过采用图8所示设备，假设与导波件开口表面垂直的方向为0度，沿着与平面P平行的表面，在多个点(以角度θ表示)以及沿着与平面P垂直的表面，在多个点(以角度

表示)测量2KHz、4KHz、6KHz每个频率下的声压。

图9a是在与平面P平行的平面上关于角度θ测量时的曲线，而图9b是在与该平面垂直的平面上关于角度

测量时的曲线。在这两条曲线上，横轴表示角度，而纵轴表示声压分贝[dB]。要注意，为了进行比较，距离没有连接到该平面的导波件开口刚好15cm的点处，声压设置为0dB。

从图9a看出，证明了因为存在所述平面，在平行于所述平面的方向上从导波件(0度)到大约60度角(-10dB)，表现出光滑衰减。

而且从图9b看出，证明了沿着正向最高到大约70度，衰减光滑，并保持了每个频率的强度和弱度之间的关系。

在任何旋转方向，从0度到30度都观察到正值。这表示，因存在平面P，输出效率优于不具有平面P的导波件的开口上的点。

实际声场是不仅包括水平面和垂直面而且包括介于两者之间的平面的平面，并且根据离开声源的距离和角度、频率等将会形成复杂声场。但是，实际上，在导波件从地板向天花板设置的情况下，由于面对平面P听取声音的听众M处于好像有点俯视导波件开口平面的位置，所以形成朝向该方向的声场最为重要。而且，从图7a、7b和7c所示实验结果以及图9a和9b所示实验结果来看，发现听众M可以捕捉这样的声音，即该声音的声源是导波件的开口部分，并且该声音具有足够的输出、频率特性和方向性。

此外，更具体地说，从图9b所示实验结果来看，在导波件从地板朝向天花板设置的情况下，听众M从略微上方(正向角

度以下)的位置要比与导波件开口平面处于相同平面(正向角度)上的位置，能听到更好的声音，这种声音具备平衡良好的频率分量。因此，在将导波件连接到设备平面时，作为连接位置，即便该连接位置完全低于听众M耳朵的预期高度，效果也良好。同样，在导波件开口平面向上、向下、向右和向左远离听众M的耳朵位置的情况下，可以倾斜，以便导波件开口平面向耳朵位置倾斜超过15度。

实施方式1

以下，将参照附图说明本发明的实施方式。要注意，在实施方式1至3中，存在于导波件开口端的前述气流阻挡元件63为了简化而省略。

图1是本发明应用于薄板电视机时的示例。这是从前方观察的电视机视图。具体来说，后面将会说明的腿柱4a和4b以及支脚5a和5b部分以截面示出，以便知道其结构。参照图1，附图标记1指代电视机的主体，而附图标记2指代屏幕。电视机的主体1由连接到前面板3下框架上的支撑点3a或3b的腿柱4a和4b支撑。腿柱4a和4b形成中空形式，并且也作为声音导波件。腿柱4a和4b的底部连接到支脚5a和5b。

支脚5a和5b为中空箱体形式，并且也用作扬声器箱体。扬声器6a和6b向上连接到支脚5a和5b内侧。扬声器6a和6b振动膜前部是开口，并且腿柱4a和4b底部部分的截面完全覆盖扬声器开口。例如，在扬声器开口大于腿柱4a和4b顶部截面的情况下，腿柱4a和4b向下加宽地形成。因此，扬声器6a和6b振动膜前方的声音被同时作为导波件的腿柱4a和4b汇集并向上引导。

图2是放大表示支撑点3a和3b附近一条腿柱的透视图，其中腿柱4a和4b连接到图1所示的电视机的主体1。相同的附图标记赋予与图1相同的部件。图2a表示腿柱4a和4b截面为矩形的情况，而图2b表示所述截面为圆形的情况。

在图2a的示例中，所述截面为矩形，腿柱4a和4b抵靠面板3的一侧S通过粘结、焊接、螺丝连接、螺栓连接等方式连接到电视机的主体1的面板3。在仅由腿柱4a和4b无法承受电视机的载荷时，或者无法保持平衡时，可以除此之外再设置仅用于支撑的腿。当然，也可以根据需要采取增加腿柱4a和4b强度的措施。如果扬声器6a和6b的开口呈圆形或椭圆形，则腿柱4a和4b底部截面的截面形式也相应调整。

在图2b的示例中，腿柱4a和4b形成柱状，在平行于面板3表面的平面上垂直切开所述圆形截面，后半部分切掉。切开部分的截面被电视机1的底部表面和面板3覆盖。腿柱4a和4b部分和电视机1之间的部分借助粘结、焊接、接合等方式固定。腿部4a和4b未切掉的部分保持中空半圆形截面，并且保持作为导波件的功能。要注意，在这种情况下，腿柱4a和4b的切掉部分开槽并被电视机底部表面覆盖，该切掉部分并不是必须为中空部分。重要的是底部开口覆盖扬声器开口。

在图2a和2b的实施方式中，形成腿柱4a和4b的开口直线的侧部S基本上密封地粘结到面板3或屏幕2的平面，并且开口表面对于面板3或屏幕2的平面基本上为矩形。如果在这种状态下，声音从扬声器6a和6b发出，根据参照图8解释的原理，面板3或屏幕2前方的听众感觉到好像真的有声源在那里。

要注意，在该实施方式中，已经考虑了腿柱4a和4b要具备从下方支撑电视机的形式。但是，也可以形成从上方(天花板)吊挂形式，并且扬声器可以连接到它们的基部。

实施方式2

图3是符合本发明的扬声器系统应用于汽车音响系统的实施方式。图3是从乘客席观察驾驶席时的视图。附图标记31指代驾驶席，附图标记32指代方向盘，附图标记33指代车门，而附图标记34指代车门玻璃。附图标记35指代扬声器。但是，通常扬声器构造在车门内部空间中，或者构造在靠近脚的壁板中，而只让扬声器栅网暴露在表面上。因此，从扬声器35发出的声音通常发射到驾驶者脚部附近，此外向着水平方向发射。

在图3所示实施方式2中，扬声器壳体(未示出)构造在车门33下部空间中，而导波件36连接成覆盖扬声器35振动膜的前部。而且，导波件36贯穿车门内侧，并且连接形式使得端部开口表面37基本上垂直于车门玻璃34表面。从而，沿着水平方向出现在导波件开口表面的声音以及车门玻璃34表面上的反射声音在导波件37开口部分附近混合，并且在该位置形成声源。因此，驾驶者可以基本上在耳朵高度处听到音乐等，而且音乐效果可以显著改善。

实施方式3

图4表示本发明应用在游戏设备时的第三实施方式。参照图4，附图标记40指代日式弹子游戏机。这种设备安装在游戏者脸部刚好位于游戏板面中心的高度，并且通常设置单独的扬声器来发出声音，以提高游戏者的兴致。但是，对于连接空间来说，扬声器42无法安装在游戏者的面部(耳朵)高度，而是连接到空闲空间，诸如左侧、右侧、顶部和底部的拐角。游戏板面被嵌入框架41的透明玻璃(未示出)覆盖。

在该实施方式中，导波件43连接到适当位置，诸如日式弹子游戏机40的框架41的内部、前部、背部，并且声音从连接到日式弹子游戏机左上和右上拐角的扬声器42引导到游戏者面部高度。导波件43连接成覆盖扬声器42的前部开口，而其他开口44设置成这样的位置关系，即开口表面一侧紧密粘结到覆盖日式弹子游戏机表面的玻璃表面，而导波件开口表面和该玻璃表面基本上彼此垂直。而且，在该位置形成声源，并且让面对游戏板面的游戏者听到来自前方刚好在耳朵的高度上的声音。因此，可以获得极其自然的声音感受。

要注意，在诸如日式弹子游戏机40的游戏机上，需要有带内嵌玻璃的框架可以打开和关闭，作为维护检查的门。在这种情况下，通过将扬声器42和导波件43连接到日式弹子游戏机的主体一侧，门可以定位成在门框架41闭合时，开口44的一侧刚好靠接玻璃表面。

此外，通过仅让扬声器42连接到日式弹子游戏机的主体一侧，可以定位成在门框架41闭合时，扬声器导波件开口一侧覆盖扬声器开口。

符合本发明的扬声器系统不需要深度，不需要让使用者知道扬声器的存在。因此，并不仅限于前述实施方式，通过将扬声器例如连接到具有平面的墙壁、绘画和广告板，以使开口平面垂直，则可以从该位置自然地听到BGM、解说、广告等。

此外，导波件并不是必须为直管，也可以是符合相连部件形式的曲线管。

Claims (4)

1.一种扬声器系统，其中：

导波件连接到连接于壳体的扬声器的前开口；

线性侧部形成在所述导波件开口部分上相对着所述扬声器的一侧；和

所述导波件连接到平面，以便所述线性侧部接触所述平面，并且所述开口部分的表面基本上垂直于所述平面。

2.如权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述平面是设备的前面板、汽车的车窗玻璃、游戏设备的前玻璃、公告牌、绘画、墙壁。

3.如权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述导波件还用作设备的腿柱或悬挂柱。

4.如权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述壳体还用作设备的腿柱的基部和悬挂柱的基部。

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