CN101926180B - 多音室带端口立体声音箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多音室带端口立体声音箱的方法和设备。该立体声音箱是在一个外壳箱体中具有多个音室的单个单元。多音室带端口音箱包括：外壳，所述外壳容纳共用声学音室和至少两个附加音室，所述共用声学音室具有允许所述外壳箱体外部的空气流入所述共用声学音室中的外部端口，所述至少两个附加音室在每个附加音室中包括相应的内部端口以用于利用所述共用音室从每个附加音室形成空气通道，每个附加音室包括通过该音室和外壳箱体的墙来安装的相应的驱动器以用于形成所述带端口音箱。

Description

多音室带端口立体声音箱

技术领域

本发明涉及立体声音箱，更具体而言，涉及多音室带端口立体声音箱。

背景技术

带端口的声学外壳(acoustical enclosure)，通常也称为低音反射式、开孔式或倒相式音箱，具有开口的导管，其包括使外壳的内部箱体体积与外壳的外面部分相通的声音路径，以产生更强和更深的低频。带端口音箱的箱体调谐频率(Fb)用外壳的内部箱体体积的刚度(Sv)16和端口的声音路径中的空气质量(Mo)14来定义。在图1B中示出带端口音箱10，并且在以下示出等价于图1A中所示的弹簧系统12的简谐运动的公式。

$\mathrm{Fb}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{Sv}}{\mathrm{Mo}}}$

如果具有与带端口音箱相同体积的额外音室24被增加到带端口音箱，并且端口被置于这两个音室之间的隔断墙26内，则等价的弹簧系统22在图2A中被示出，并且箱体调谐频率将增大为单音室带端口音箱的1.414倍。双音室带端口音箱20的弹簧系统22的等价简谐运动用下式表示：

$F{b}^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{2\mathrm{Sv}}{\mathrm{Mo}}}\≅1.414\mathrm{Fb}$

如果端口34被置于额外音室的前墙36内，则所产生的双音室带端口音箱30在图3B中被示出。图3A中所示出的等价弹簧系统32的公式具有两个调谐频率：

$\begin{array}{c}S{v}^{\′}=\frac{\mathrm{Sv}}{2}\\ F_{\mathrm{OL}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{Sv}\·S{v}^{\′}}{(\mathrm{Sv}+S{v}^{\′})M_O}}=\frac{1}{\sqrt{3}}\·\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{Sv}}{M_O}}\≅0.577\mathrm{Fb}\\ F_{\mathrm{OH}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{Sv}+2\mathrm{Sv}}{M_O}}\≅1.732\mathrm{Fb}\end{array}$

双音室30的较低箱体调谐频率被降低为单音室带端口音箱的0.577倍。双音室30的较高箱体调谐频率是单音室带端口音箱的1.732倍。这两个调谐频率可以通过改变音室的体积(Vb)、端口横截面积(a)和端口长度(L)来调节。有关公式为：

其中，c是声速。

此外，传统的三音室带端口音箱一般能够比单音室或双音室带端口音箱提供更低的频率响应，并且降低空气湍流噪声，减小驱动器的偏移，以及增大驱动器的功率处理。典型的三音室带端口音箱40在图4D中被示出，并且包括两个驱动器14，44，这两个驱动器14，44分别被安装在音室之间的隔断墙上并安装在分离的音室16，46中，并且共用具有产生低频的端口34的公共中心音室24。在图4A中示出等价的弹簧系统42。然而，即使利用传统的三音室带端口音箱，声学性能仍然受到有限的低频响应和空气湍流噪声的妨碍。

因此，需要消除与传统的带端口立体声音箱相关联的这些问题。需要提供紧致的立体声音箱来增强声学性能并且延伸立体声音箱的低频响应，并且提供在立体声音箱内具有减小的偏移和增加的驱动器功率处理这样的立体声音箱。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种多音室带端口音箱，包括：外壳箱体，所述外壳箱体容纳位于第一附加音室和第二附加音室之间的共用声学音室；第一隔断墙，所述第一隔断墙用于隔断所述第一附加音室和所述共用声学音室；第二隔断墙，所述第二隔断墙用于隔断所述第二附加音室和所述共用声学音室；所述第一附加音室和所述第二附加音室中的每一个包括相应的内部端口以用于形成所述共用声学音室和每个相应的附加音室之间的空气通道，所述第一附加音室的内部端口和所述第二附加音室的内部端口分别对应于与所述第一隔断墙可关联的通道和与所述第二隔断墙可关联的通道；所述第一附加音室和所述第二附加音室各自具有通过所述外壳箱体和该音室的墙安装的相应的驱动器以用于形成所述带端口音箱，所述第一隔断墙与所述第一附加音室中的驱动器相邻，所述第二隔断墙与所述第二附加音室中的驱动器相邻；并且所述共用声学音室具有用于允许所述外壳箱体外部的空气流入所述共用声学音室的外部端口，其中所述外部端口靠近与驱动器中的任一个相邻的所述第一隔断墙和所述第二隔断墙。

在一个实施例中，该多音室带端口音箱包括两个驱动器，这两个驱动器被安装在该带端口音箱的第一音室和第三音室的前墙内。在本发明的一个有益实施例中，两个内部通孔连接该带端口音箱的第一音室和第二音室，以及第二音室和第三音室。外部端口允许来自第二音室的空气可以与带端口音箱外面的空气连通。内部端口、外部端口和第二音室的操作提供低频响应。

本发明实施例的一个方面使得带端口音箱能够利用经由两个独立立体声信号电连接的驱动器进行操作。

附图说明

通过非限制性示例，从以下结合附图的描述中，可以更全面更清楚地理解本发明的实施例，在附图中，相似的标号表示相似的或相应的元件、区域或部分，并且其中：

图1A至图1B示出用来描述单音室带端口音箱(图1B)的箱体调谐频率(Fb)的示图的简谐运动弹簧系统(图1A)；

图2A至图2B示出除了图1A至图1B中所示出的带端口音箱以外具有附加音箱的双音室带端口音箱(图2B)的箱体调谐频率(Fb)的简谐运动弹簧系统(图2A)；

图3A至图3B示出用来描述双音室带端口音箱(图3B)的两个调谐频率的简谐运动的弹簧系统(图3A)，双音室带端口音箱(图3B)具有被置于图2A至图2B中示出的带端口音箱的额外音室的前墙内的端口。

图4A至图4B示出用来描述三音室带端口音箱(图4B)的简谐运动的弹簧系统(图4B)；

图5是根据本发明一个实施例的具有三个音室、两个驱动器、一个外部端口和两个内部端口的带端口立体声音箱的俯视图的示意图；

图6是示出作为频率的函数的图5中所示的本发明的一个实施例的带端口音箱的增益的频率响应曲线图。

图7是示出图5中所示的本发明一个实施例的带端口音箱的阻抗的阻抗响应曲线图；

图8是示出图5中所示的本发明一个实施例的带端口音箱的内部端口和驱动器的增益的近场频率响应曲线图；

图9A至图9C示出本发明一个实施例的带端口音箱的各种双驱动器连接示图；

图10是具有三个音室、两个驱动器、一个外部端口和两个内部端口的带端口音箱的俯视图的示意图，该带端口音箱是本发明一个实施例的带端口立体声音箱的结构的另一实现方式；

图11是具有五个音室、四个驱动器、一个外部端口和四个内部端口的带端口音箱的俯视图的示意图，该带端口音箱是本发明一个实施例的带端口立体声音箱的结构的另一配置；以及

图12是具有n+1个音室、n个驱动器、一个外部端口和n个内部端口的带端口音箱的俯视图的示意图，该带端口音箱是本发明一个实施例的带端口立体声音箱的结构的另一配置。

具体实施方式

各种其它特征和优点将从以下描述中显现。在描述中，参考以下附图，从这些附图的一部分，并且在这些附图中通过图解的方式，示出了用于实行本发明的具体实施例。将充分详细地描述这些实施例来使得本领域技术人员能够实行本发明，并且可以理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构变化。因此，以下详细描述不应在限制的意义上加以理解，而是，本发明的范围由权利要求来最佳地限定。

公开了一种用于增强多音室带端口立体声音箱的声学低音性能的设备和方法。在图5中示出本发明的一个实施例，示出三音室110，120，130带端口立体声音箱100的俯视图的示意图。带端口立体声音箱100包括外壳箱体102，外壳箱体102用于容纳用墙形成的三个音室110，120，130和用于限定这些音室的隔断墙104，106。音箱100具有两个扩音器或驱动器112，132(以下，为“驱动器”)，它们分别被置于音箱100的第一和第三音室110和130的前墙114，134内。音箱100还包括三个端口126，116，136，它们分别被置于第二音室120的前墙124、第一音室110与第二音室120之间的隔断墙104和第二音室120与第三音室130之间的隔断墙106内。

外壳箱体102的内部被隔断墙104和106分隔成3个音室110，120，130。隔断墙104和106具有形成通道116和136的部分。通道116和136也可被称为端口116和136。第一音室110内的空气可以从第一音室110经过端口116到达第二音室120。类似地，第二音室120内的空气可以从第二音室120经过端口116到达第一音室110。第三音室130内的空气可以从第三音室130经过端口136到达第二音室120。类似地，第二音室120内的空气可以从第二音室120经过端口136到达第三音室130。对于该配置，端口116和136面向外壳箱体102的内部音室110，120，130，端口116和136被称为“内部”端口。

第二音室的并且是外壳箱体102的前墙124具有形成通道或端口126的部分。第二音室120内的空气可以从第二音室120经过端口126到达位于外壳箱体102外部的空气。类似地，位于外壳箱体102外部的空气可以经过端口126到达第二音室120。对于这样的配置，由于端口126面向外壳箱体102的外部，所以端口126有时被称为“外部”端口。由于第二音室120中的空气和经过端口126的空气不是直接从驱动器112，132振动，所以空气湍流噪声被限制。将了解，外部端口126可以被配置在第二音室和外壳箱体102的任意数目的外墙上。例如，端口126可以被形成在背墙或后墙128、第二音室120的顶墙或底墙、或前墙124上。可以存在单个外部端口，或存在多个外部端口。如果存在多个外部端口，则获得与单个外部端口配置类似的音频响应，如果单个外部端口的横截面积与这多个外部端口的横截面积之和相同的话。有利地，使外部端口126位于与驱动器112，123中任一者邻近的墙接近的位置可以使得生成直接的更大的低音。

音箱100的配置在所有三个音室110，120，130之间共用一个公共空气通道。第二音室120的空气通道被与第一音室120和第三音室130共用。该配置允许特别是20Hz直到500Hz的通带的立体声信号的低频串扰(crosstalk)。内部通孔118，138将第一音室110和第二音室120以及第三音室130和第二音室120连接。通孔的尺寸主要取决于与驱动器速率和外壳大小有关的参数。立体声信号的低频取决于外壳箱体的调谐和音箱的低频响应的延伸。相比于传统的左右立体声音箱，该配置还有利地降低了端口的空气湍流噪声。

在图5中，驱动器112，132被布置为分别安装在第一音室110和第三音室130的前墙114，134上。将了解，驱动器112，132可以被布置在形成外壳箱体102和音室110，130的外墙的任意墙上，例如，侧墙142，146，背墙或后墙144，148，顶墙或底墙(未示出)。例如，驱动器可以被布置在第一音室110和第三音室130的相应侧墙142和146上。驱动器112，132不一定需要被布置在图5中所示的每个音室的相应同一墙上，而是驱动器112，132可以按任意配置被布置在每个音室的外墙上，例如，驱动器112被布置在第一音室110的前墙114上，而驱动器132被布置在第三音室130的侧墙146上。

驱动器112，132两者都被布置为经由两个独立的立体声源而电连接。图9A至图9C示出本发明实施例的各种双驱动连接示图150，152，154。对于该配置，不需要副低音炮，并且由于仅驱动器112，132消耗功率，所以可以节省功率。由于驱动器偏移(excursion)被减小，所以驱动器112，132各自的功率级别相应地增大。在图9A中，驱动器112，132被示为串联连接。图9B示出驱动器112，132并联连接。图9C示出到驱动器112，132的立体声连接。

图6是将带端口立体声音箱100的增益示为频率的函数的频率响应曲线图170。从曲线172和频率响应曲线图中的数据可见，带端口的音箱100内的外壳被调谐至70Hz。曲线图172表示如下情况：音室110，120，130的体积每一个分别等于300立方厘米，并且驱动器112，132是两英寸驱动器。

图7是示出带端口音箱100的阻抗的阻抗响应曲线图180。在阻抗曲线图181中标注了3个峰值183，185，187。在约70Hz和300Hz处分别存在两个箱体调谐频率182，184。在约70Hz和300Hz处，驱动器112，132的偏移最小，这样，驱动器112，132的功率处理相应地增大。

图8是示出带端口音箱100的外部端口126和驱动器112，132的增益在低频串扰上的近场频率响应曲线图190。曲线198表示外部端口126的近场频率响应；而曲线196表示驱动器112，132的近场频率响应，示出较低的调谐频率(FoL)192和较高的调谐频率(FoH)194的点。

随后的图例示出本发明的非限制性特性。图10表示本发明另一实施例的示意图。通过俯视图示出多音室带端口音箱200。带端口音箱200包括三个音室210，220，230、两个驱动器212，232、一个外部端口236和两个内部端口216，226。这两个驱动器212，232分别被安装在带端口音箱200的第一音室210和第三音室220的前墙214，215上。外部端口236位于前墙224上第二或共用音室220处。这两个内部端口216，226分别位于在第一音室210、第二音室220和第三音室230之间的隔断墙204处。

图11是本发明另一实施例的俯视图的示意图。在本发明另一实施例中，提供了一种带端口音箱300，其具有5个音室310，320，330，340，350，四个驱动器312，332，342，352，一个外部端口326和四个内部端口316，336，346，356。除了附加的两个音室，第四音室240和第五音室250，该实施例与图10中所示出的前一实施例类似。

将了解，可以安放和布置任意的具有使得空气到达共用音室(第二音室)的内部端口的附加音室，使得空气通道在共用音室的任意墙中。

图12是本发明另一实施例的带端口音箱的俯视图的示意图，其具有n+1个音室、n个驱动器、一个外部端口和n个内部端口。驱动器和／或内部端口的数目n是自然数。

在实施例中，端口的尺寸主要取决于所希望的调谐频率。所希望的调谐频率决定端口的尺寸，并且外部和内部端口不必具有相同的尺寸，除非所希望的调谐频率指示其应该如此。此外，当利用立体声音生成音频时，驱动器的数目可以是如所示的偶数。优选采用偶数个驱动器来保证为左右声道生成的声音的平等。

在带端口音箱的实施例的构建中，用于外壳箱体和隔断墙的材料不应当吸收或抑制声波。如塑料(ABS或PS)和刨花(粒子或MDF)这样的材料通常被采用来在音箱中使用。音室的构建不需要包括如所示的相互成直角的墙，而是可以是任何形状。关于音室形状设计的考虑涉及利用音室生成的驻波(standing wave)，这些驻波是对从音箱的声音再现产生有害影响的重要因素。然而，由驻波引起的有害影响可以通过在音箱内采用声音阻尼材料而被最小化。

尽管已经描述和示出了本发明的实施例，但是本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的情况下，可以对涉及或构建的细节进行各种变化或修改。

Claims (9)

1.一种多音室带端口音箱，包括：

外壳箱体，所述外壳箱体容纳位于第一附加音室和第二附加音室之间的共用声学音室；

第一隔断墙，所述第一隔断墙用于隔断所述第一附加音室和所述共用声学音室；

第二隔断墙，所述第二隔断墙用于隔断所述第二附加音室和所述共用声学音室；

所述第一附加音室和所述第二附加音室中的每一个包括相应的内部端口以用于形成所述共用声学音室和每个相应的附加音室之间的空气通道，所述第一附加音室的内部端口和所述第二附加音室的内部端口分别对应于与所述第一隔断墙可关联的通道和与所述第二隔断墙可关联的通道；

所述第一附加音室和所述第二附加音室各自具有通过所述外壳箱体和该音室的墙安装的相应的驱动器以用于形成所述带端口音箱，所述第一隔断墙与所述第一附加音室中的驱动器相邻，所述第二隔断墙与所述第二附加音室中的驱动器相邻；并且

所述共用声学音室具有用于允许所述外壳箱体外部的空气流入所述共用声学音室的外部端口，其中

所述外部端口靠近与驱动器中的任一个相邻的所述第一隔断墙和所述第二隔断墙。

2.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，所述附加音室的驱动器被布置在外壳的同一平面中。

3.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，所述附加音室的端口被形成在所述共用声学音室的墙的同一平面中。

4.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，存在n+1个附加音室，其中，n是自然数。

5.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，还包括被布置来在附加音室和所述共用声学音室之间提供附加空气通道的内部通孔。

6.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，两个附加端口的相应驱动器串联成一对。

7.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，两个附加端口的相应驱动器并联成一对。

8.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中，两个附加端口的相应驱动器经由两个独立立体声源成一对。

9.根据权利要求1所述的多音室带端口音箱，其中所述附加音室与所述共用声学音室之间的空气通道的布置限制所述驱动器的偏移。