CN102388626B

CN102388626B - 音频驱动器

Info

Publication number: CN102388626B
Application number: CN201080016079.7A
Authority: CN
Inventors: O.奥韦尔特斯; J.A.M.纽文迪克; G.K.库伊曼; R.M.阿尔茨
Original assignee: NXP BV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV; NXP BV
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: EP2417777A1; US8588449B2; JP2012523735A; JP5608727B2; US20120033843A1; CN102388626A; WO2010116322A1

Abstract

一种音频驱动器，包括具有第一侧和第二侧的振膜（101,103）。该振膜（101,103）在第二侧上被耦合到换能器元件（109,111）并且被设置成辐射声音。换能器元件（109,111）将电输入信号转换成振膜（101,103）的运动。振膜（101,103）被设置成使得振膜（103）的一部分至少部分地在第二侧处形成腔（113），并且空气管道（115）耦合到腔（113）。该空气管道（115）具有进入腔的第一开口（117）和在腔（113）外部的第二开口（119）。空气管道（115）和腔（113）形成共振器，其具有小于所述音频驱动器的自由空气声学共振频率的一半的共振频率。本发明可以允许同时产生声音和生成声学气流，同时保持这两种功能之间的高效分离。

Description

音频驱动器

技术领域

本发明涉及音频驱动器并且具体地涉及能够同时辐射声音和生成气流的音频驱动器。

背景技术

在许多应用中，例如电子电路的主动冷却是期望的或必需的。典型地，这种冷却被实现为使用机械风扇的空气冷却或在更极端的情况下被实现为水或其他液体冷却。

然而，已经提出也使用基于生成气流的声学冷却器的空气冷却。事实上，已经表明，在许多应用中，由于效率和寿命预期的原因，这种声学冷却作为风扇的替代物是有利的。对于这些应用，声学冷却器被最优化以尽可能多地冷却，同时仍然是安静的。声学冷却典型地被实现为诸如扩音器之类的声学换能器，其被最优化以生成气流而不是产生声音。

然而，对于使用声学冷却和输出声音这二者的应用和系统，常规方法需要两个不同的扩音器分别用于产生声音和气流。特别地，常规声学冷却被最优化以用于气流的高效生成，同时保持安静操作，并且因此它们对于产生声音而言趋于非常低效。

因此，一种改进的方法将是有利的，且具体而言，一种允许增加的灵活性、改进的气流生成、改进的音频生成、降低的复杂性、方便的实现和/或提高的性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明优选地设法单独地或以任何组合地减轻、缓解或消除上面提及的缺点的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供一种音频驱动器，其包括：用于辐射声音的振膜，该振膜具有第一侧和第二侧并且被设置成使得该振膜的一部分至少部分地在第二侧处形成腔；换能器元件，其在所述第二侧上耦合到振膜并且被设置成将电输入信号转换成振膜的运动；空气管道，其耦合到腔并且具有进入腔的第一开口和在腔之外的第二开口；其中空气管道和腔形成亥姆霍兹（Helmholtz）共振器，其具有小于该音频驱动器的自由空气声学共振频率的一半的共振频率。

发明人已经认识到，有可能将高效的声音产生和气流的声学生成结合。事实上，本发明可以允许改进的声音和气流从单个音频驱动器的同时产生。该音频驱动器具体而言可以提供改进质量的声音和/或改进的气流。例如，该方法可以允许振膜表面积足以提供改进质量的低频声音，例如适用于扩音器应用。而且，可以实现可以提供双重功能的高效、易于制造、低复杂度和/或低成本的音频驱动器。本发明可以允许针对声音辐射和气流生成这二者的集成的音频驱动器设计，同时允许至少部分地分离针对声音和气流生成的设计决策。

在许多实施例中，可以通过设计音频驱动器以使得声学共振频率明显高于由空气管道和腔提供的亥姆霍兹共振频率来有效地分离声音生成和气流生成。具体而言，该设计可以确保高气流和典型地喷流形成，而不会导致明显的音频人工产物。而且，可以实现高效且高质量的声音再现（reproduction），而这并没有明显降级气流生成。

特别地，本发明可以允许通过音频驱动器设计来分离振膜的相同运动，使得该运动的一部分（典型地在腔和管道（conduit）的亥姆霍兹共振频率附近的较低频率运动）支持气流生成而对声音再现影响小，而该运动的其他部分（典型地较高频率）支持声音生成而对气流生成影响小。

所述管道可以是仅具有少数（例如一个或两个）腔外开口的封闭的管道。该管道可以是导管（pipe）或管子（tube），其长度超过腔外的所有开口的面积的平方根并且/或者超过该导管/管子的横截面积的平方根。

该音频驱动器可以特别地在管道的纵轴的方向上以喷气的形式生成气流。该气流和/或喷气可以从第二开口喷射。

该音频驱动器可以仅包括单个振膜或膜。该振膜可以是音频驱动器的单个重要（significant）声音产生元件。振膜的第一侧在使用时可以对应于瞄向收听位置的正面（frontal）方向。第一侧可以朝向音频驱动器的主要声音辐射的方向。

所述管道可以远离振膜延伸。该管道可以特别地不横穿对应于振膜远离换能器元件的延伸的平面。该腔可以仅部分地封闭。该管道可以是唯一的来自腔的出气口。在具有其他出气口的场景中，该管道可以是主要的（dominant）出气口。例如，通过振膜的至少一部分的运动从腔挤出（express）的空气的至少50%可以通过空气管道。

该空气管道可以是细长的管道。该空气管道可以基本沿着对应于音频驱动器的中心轴上方向的轴。

所述振膜的至少一部分可以特别地包括防尘盖或由防尘盖组成。这可以使制造便利并且提供声音和气流生成之间的改进的分离。

根据本发明的可选特征，振膜的一部分对应于小于振膜的表面积的20%。

这可以允许改进的声音质量和/或改进的气流生成。

根据本发明的可选特征，共振频率不高于100Hz。

这可以减少对气流生成的所产生的声音的影响。具体而言，它可以允许旨在创建对收听者而言不那么可听的气流的振膜运动。该特征可以允许声音生成和气流生成之间的改进的分离。在许多实施例中，对于不高于50Hz的亥姆霍兹共振频率，可以实现特别有利的性能。具体而言，低共振频率可以允许声音和气流生成之间改进的分离，同时允许声音再现延伸到深低音（deep bass）频率。它还可以减少由气流生成引起的任何噪声的可感知性。

根据本发明的可选特征，空气管道包括导管，其长度至少是该导管的最大横截面尺寸（dimension）的三倍。

这可以允许特别有利的操作和性能。具体而言，它可以允许生成改进的气流并且在许多实施例中可以允许形成喷流并将之导向优选的方向。

根据本发明的可选特征，第二开口的面积足够小以提供由于所述振膜的至少一部分的运动而通过第二开口排出的空气的喷射形成。

这可以允许特别有利的操作和性能。具体而言，振膜相对于第二开口的面积和形状的行程（stroke）以及所述振膜的至少一部分的面积可以使得喷射形成的标准得以满足。

根据本发明的可选特征，所述振膜的至少一部分是该振膜的中心部分。

这可以允许特别有利的操作、性能和/或实现方式。具体而言，在许多实施例中，它可以允许改进的振膜驱动。

根据本发明的可选特征，空气管道至少部分地通过换能器元件形成。

这可以允许特别有利的操作、性能和/或实现方式。在许多实施例中，它可以允许特别紧凑和高效的实现方式。

对于所述管道的至少一部分，所述管道可以由换能器元件形成，并且对于所述管道的至少一部分可以特别地由换能器元件的永磁体形成。该管道可以特别地沿着换能器元件的中心或对称轴穿过换能器元件和/或永磁体。

根据本发明的可选特征，换能器元件包括音圈和永磁体，并且振膜耦合到音圈，且腔至少部分地由永磁体形成。

这可以允许特别有利的操作、性能和/或实现方式。

根据本发明的可选特征，提供一种扬声器装置，其包括：外壳；和安装在外壳中的上述音频驱动器。

本发明可以允许能够同时生成声音输出和气流（例如定向的喷气）的改进的扬声器装置。

所述音频驱动器可以安装在外壳中，使得第一侧面向外壳外且第二侧面向内。该音频驱动器可以安装在外壳的一侧上，其中振膜形成该外壳的闭合部分。

该扬声器装置特别地可以是扩音器。

根据本发明的可选特征，第二开口在外壳之外。

在许多场景中，这可以允许改进的性能和/或便利化的操作。具体而言，它可以允许气流和声音生成特性的增加的分离。例如，它可以允许外壳将被设计用于最优化声音再现，并且可以允许气流功能对声音质量的影响降低。

该外壳可以形成低音反射扬声器系统或可以例如形成封闭的箱式扬声器系统。

根据本发明的可选特征，所述扬声器装置的系统声学共振频率比腔和空气管道的共振频率高至少50%。

这可以减少气流生成对所产生的声音的影响。具体而言，它可以允许旨在创建对收听者而言不太可听的气流的振膜运动。该特征可以允许声音生成和气流生成之间的改进的分离。具体而言，腔和管道相对于扬声器装置的最低声学共振频率的低共振频率可以确保以生成气流的频率低效地再现声音，从而降低由此引起的音频级（level）。

根据本发明的可选特征，所述系统声学共振频率是音频驱动器的低音反射口的共振频率。

本发明可以在较低（低音）频率处提供特别高的声音质量，同时提供对收听者的音频体验影响小的气流。

根据本发明的可选特征，提供一种音频系统，其包括上述音频驱动器并且进一步包括驱动单元，该驱动单元用于生成电输入信号以包括窄带气流驱动信号分量和音频信号分量，在共振频率和自由空气声学共振频率之间，该窄带气流驱动信号具有的中心频率更靠近所述共振频率。

这可以允许一种生成气流同时保持声音再现对声音质量的小影响的特别有利和高效的方式。

根据本发明的一个方面，提供一种包括上述音频驱动器的冷却装置。

本发明可以允许一种可以同时用于声音生成的特别高效的冷却装置，例如电子电路。

根据本发明的一个方面，提供一种生成气流的方法，该方法包括提供音频驱动器，该音频驱动器包括：用于辐射声音的振膜，该振膜具有第一侧和第二侧并且被设置成使得振膜的一部分至少部分地在第二侧处形成腔；换能器元件，其在第二侧上耦合到振膜并且被设置成将电输入信号转换成振膜的运动；空气管道，其耦合到腔并且具有进入腔的第一开口和在腔之外的第二开口；其中空气管道和腔形成共振器，共振器具有小于音频驱动器的自由空气声学共振频率的一半的共振频率；以及生成包括气流信号分量和音频信号分量的电驱动信号；以及将该电驱动信号作为电输入信号馈送到换能器元件。

本发明的这些和其他方面、特征和优点根据下文所描述的实施例（一个或多个）而清楚明白并且将参照这些实施例而被阐明。

附图说明

本发明的实施例将仅通过实例的方式参照附图来描述，在附图中

图1图示了根据本发明的一些实施例的音频驱动器的横截面视图的实例；

图2图示了根据本发明的一些实施例的音频驱动器的驱动电路的实例；

图3图示了根据本发明的一些实施例的扬声器装置的横截面视图的实例；以及

图4图示了根据本发明的一些实施例的扬声器装置的横截面视图的实例。

具体实施方式

图1图示了根据本发明的一些实施例的音频驱动器的横截面视图的实例。该音频驱动器特别地是扩音器单元。

图1的音频驱动器提供双重功能并且可以用于同时生成音频/声音输出和例如可以用于冷却的气流输出。因此，该音频驱动器允许由单个驱动器实现不同的功能并且可以例如在电子设备（例如计算机）中实现，以同时提供声音生成和声学冷却。

该音频驱动器包括振膜，其在特定实例中由膜101和中心防尘盖103构成。膜101通过弹性悬架（suspension）107附接到扬声器框架105，该弹性悬架允许振膜相对于扬声器框架运动。该扬声器框架固定地连接到换能器元件109、111，其包括固定部件109（其相对于扬声器框架105是固定的）和可移动部件111（其相对于扬声器框架105是可移动的）。换能器元件109、111的可移动部件111连接到振膜的一侧，后文中该侧被称为振膜的后侧。

换能器元件109、111可以接收交变电信号，其导致固定部件109和可移动部件111之间的对应的交变相对运动。在图1的实例中，固定部件109由永磁体形成，而可移动部件111由音圈形成，并且这些部件在下文中将部分地通过这些术语来提及。然而，应当理解，在其他实施例中，可以使用其他装置，例如静止的音圈和可移动的永磁体。

在图1的实例中，变化的电信号被馈送到音圈111。最后得到的变化的磁场与永磁体的磁场相互作用以移动音圈111，从而移动振膜。该电信号特别地包括音频信号分量，其使得振膜生成声音输出。该声音输出的质量可以是高的，并且可以由于使用相对较大的振膜的可能性而扩展到相对较低的频率。

图1的音频驱动器进一步被构造成使得振膜的一部分至少部分地在振膜的后侧上形成腔113。在该特定实例中，（部分地）形成腔113的振膜的部分对应于防尘盖103，但是应当理解，在其他实施例中，振膜的其他部分可以形成腔113。防尘盖103的形成腔113的用途提供一种特别有利的实现方式，因为它方便制造且使用（在许多扬声器设计中）已经存在的组件来执行附加功能。而且，防尘盖的使用可以提供用于生成气流的功能和用于生成声音的功能的改进的分离。防尘盖还趋于具有特别合适的几何形状（在大小和形状这两方面）。例如，防尘盖103具有凹的形状，其在腔113内提供更大量的空气。

在该实例中，腔113基本由防尘盖103和换能器元件109、111形成，且主要由防尘盖103和换能器的固定部件109（即永磁体109）形成。

所述音频驱动器进一步包括空气管道115，其耦合到腔并且其具有进入腔的第一开口117和进入音频驱动器之外的自由空气空间的第二开口119。在该特定实例中，空气管道115由基本圆柱形的导管或管子形成。然而，应当理解，在其他实施例中，可以使用其他出气口，并且音频驱动器可以例如使用具有不同的或变化的横截面的空气管道和/或可以包括多个空气管道。

在一些实例中，腔113可以除了空气管道115之外被完全封闭（即，腔中的唯一开口可以是第一开口117）。然而，在其他实施例中，腔113可以仅部分地封闭（除了第一开口117之外）。

在图1的音频驱动器中，一些泄漏可以通过音圈111周围的空气间隙发生。然而，在大多数实施例中，较小的泄漏是可接受的并且典型地通过保持任何空气间隙的声阻与空气管道115的损失相比高来保持为低。例如，在图1的音频驱动器中，音圈109周围的空气间隙的声阻通过包括具有高声阻的辐（spider）121而增加。

在许多实施例中，音频驱动器被构造成使得从腔挤出的空气的至少60%且更优选地多于80%或90%通过空气管道115挤出。

图1的音频驱动器因此被构造成提供双重功能。特别地，该音频驱动器通过振膜的根据施加到音圈109的驱动信号的音频信号分量的运动而辐射声音。扩音器振膜的前侧（椎体101和防尘盖103）用于辐射声音。椎体101的后侧也用于辐射声音。此外，防尘盖103用于在腔113内生成压力，其导致空气经由第一开口117通过空气管道115而挤出并且经由第二开口119离开。因此，当防尘盖103（具体而言，响应于施加于音圈111的驱动信号的气流信号分量）运动时，朝向声音换能器109、111的运动增加了腔113中空气上的压力，从而导致气流离开空气管道115。因此，该音频驱动器同时用作声音源和气流发生器（吹风器）。

该音频驱动器被构造成使得它提供不同功能的有效分离，从而降低提供一种功能对其他功能的性能的影响。

具体而言，该音频驱动器被构造成使得空气管道115和腔113形成共振器，其具有不高于音频驱动器的自由空气声学共振的一半的亥姆霍兹共振频率。

因此，腔113和空气管道115被定尺寸和构造成使得它们形成亥姆霍兹共振器，其具有可以如下表达的亥姆霍兹频率f_h:

其中，

c_0-为声音在空气中的速度（m/s）

S_p为管道117、119的横截面积（m²）

L_p为管道117、119的长度（m）

V=腔113的容积（m^3）。

而且，这个共振器被构造成使得音频驱动器的自由空气声学共振至少是腔113和管道115的共振频率（为简洁起见，此后也被称为气流共振频率）的两倍。这允许馈送到音圈111的信号具有气流信号分量，这个气流信号分量使得振膜以所述气流共振频率附近的频率运动，从而提供高效的气流生成。而且，当气流共振频率被明显地从自由空气声学共振频率移开时，音频驱动器将以这个频率提供非常低效的声音生成并且这将导致源自所述气流信号分量的声音具有低音量并且被大大地衰减。同时，它允许被馈送到音圈的信号的声音信号分量被高效地辐射，而不对气流生成的性能产生显著影响。

在许多实施例中，通过控制气流共振频率不高于100Hz或者在一些实施例中甚至不高于60Hz或30Hz，来提供特别有利的性能。可以在使用通常也适合于其他扬声器设计需求和偏好（例如总体大小、音频性能等）的尺寸等等的同时实现这样的低频率。而且，它们确保了气流操作处于低频率，在该低频率处人的音频感知是非常不敏感的并且因此导致来自气流信号分量的甚至更低的感知的声音。此外，它还允许用于声音生成的频率间隔和气流共振之间的高分离，从而允许该驱动器甚至用于低频率。

音频驱动器的自由空气共振频率可以特别地被确定为音频驱动器的最低共振频率。这可以例如被确定为当被具有恒定幅度（和变化的频率）的单个音调（tone）驱动时声音级输出中出现峰的最低频率，或者可以例如根据音频驱动器的运动质量和悬架刚度分析地确定。

图1的音频驱动器因此允许单个驱动信号被施加到音圈111，其中该单个驱动信号包括气流信号分量和声音再现信号分量这二者。这两种信号典型地在频域中分离，使得气流信号分量是靠近气流共振频率的窄带信号，并且声音再现信号分量包括更高的频率且特别地可以包括人可感知的音频带。

图2图示了图1的音频驱动器的驱动系统的实例。在该实例中，音频信号y_in从适当的音频源接收。音频信号y_in被馈送到高通滤波器201，其使频率衰减到低于可能接近声学共振频率的给定截止频率。在许多实施例中，高通滤波器201的3dB截止频率有利地处于[50Hz；150Hz]的频率间隔中并且经常甚至更有利地处于[70Hz；120Hz]的频率间隔中。

此外，所述驱动系统包括气流信号分量源203，其生成具有接近音频驱动器的气流共振频率的中心频率的窄带频率信号。特别地，窄带信号的3dB降落（drop off）频率可以小于来自气流共振频率的30Hz，并且经常更有利地小于20Hz或者甚至小于10Hz。

在图2的实例中，气流信号分量源203生成具有非常接近音频驱动器的气流共振频率的频率的单个音调信号（即大体正弦曲线）。事实上，气流信号分量源203设法提供频率等于气流共振频率的音调信号。在许多实施例中，所生成的音调信号的频率有利地保持在气流共振频率的10Hz以内，或者经常甚至更有利地保持在5Hz以内。

气流信号分量源203被耦合到增益205，其根据增益因子g_cool缩放所生成的音调信号（具有频率f_cool）。因此最后得到的气流信号分量的幅度等于g_cool-。增益205被耦合到组合器207，高通滤波器201也被耦合到组合器207。该组合器207将来自高通滤波器201的音频信号分量与来自增益205的气流信号分量组合起来（并且在特定实例中简单地相加）以生成单个驱动信号y_out。这个驱动信号然后被馈送到音圈111。因此，生成包括窄带气流驱动信号分量和音频信号分量的单个驱动信号。在音频驱动器的自由空气声学共振频率和气流共振频率之间，窄带气流驱动信号的中心频率更接近气流共振频率，并且可以有利地处于气流共振频率的30Hz、20Hz或者甚至10Hz内。

因此，图1的音频驱动器允许单个驱动信号被施加以便提供两种功能。而且，这个信号的各个驱动分量可以单独地受控，从而提供有效的操作和分离。作为特定实例，气流生成可以独立于声音再现信号分量通过缩放因子g_cool来控制。因此，气流的量和声音音量级可以单独地且个别地控制。

在图1的实例中，音频驱动器被配置成使得第二开口之外的所生成的气流形成喷气。喷射可以提供从开口射出到周围介质（空气）的流体（空气）的相干流。在图1的实例中，尺寸被选择成使得当防尘盖103向后（朝向换能器109、111）移动时，随后喷气被从第二开口挤出。

这特别地通过在区域119中创建足够大的空气速度来实现，从而导致喷射形成。更特别地，用于喷射形成的标准通过应当足够小（<0.4）的斯特劳哈尔数（Strouhal number）来指定。

斯特劳哈尔数=（f·d）/v

斯特劳哈尔数<0.4

其中

f是气流的频率（即，气流驱动信号的频率，其典型地被认为是腔和管道的亥姆霍兹频率）

d是第二开口119的直径

v是空气在第二开口119处的速度。

因此，第二开口119的面积被设计成足够小以提供由于振膜的至少一部分的运动而通过第二开口119排出的空气的喷射形成。

因此，在该实例中，开口面积和/或半径保持足够低以相对于空气的频率和速度保持喷射形成。

生成这种喷气的优点在于，它可以行进长距离而不消散。事实上，典型地可以实现长度近似为开口直径10倍的喷射。

而且，所发射的空气的喷射形成和方向方面通过被实现为细长的空气管道的空气管道115而被进一步加强。

特别地，空气管道115被实现为导管，其长度至少为该导管的最大横截面尺寸的三倍。因此，对于圆形导管（即该导管的中空开口是圆形的），最大横截面尺寸是直径并且因此该导管至少是该导管的直径的三倍。在一些实施例中，该导管的长度可以有利地至少是最大横截面尺寸的五倍。

空气管道115的细长性质可以进一步方便在期望方向上引导喷流，并且特别地可以用于朝向要被冷却的元件或区域引导喷射。

而且，在图1的实例中，腔113的容积相对于第一开口的面积保持相对较小，并且特别地腔113的容积小于20·，其中A是第一开口117的面积。

通过保持腔的容积相对较小，可以确保振膜（且特别地防尘盖103）的甚至相对较小的偏移（excursion）允许生成足够的空气压力以排出强喷射。

因此，图1的音频驱动器由连接到导管或管子的扩音器构成。发明人已经发现，这种系统适合用作人造喷射致动器。空气的声学运动导致在导管/管子的出口处形成脉动喷射：因为空气在周期的一半期间（在振膜朝向换能器109、111移动时）被推出导管。然后在出口的边缘处出现流分离并且形成喷射。

在周期的吸入部分期间，空气被吸入到导管中，但是与周期的空气输出部分相比，它的定向性小得多，即空气从宽范围的方向上被吸入。在完整周期上取平均，没有质量（mass）被注入空气域中。然而，由于空气在入口处的向内运动和喷射形式的向外运动之间的所述差异，净动量被注入到空气域中。因此，人造喷射致动器也被称为零净质量流量、非零动量流量设备。

在该实例中，（部分地）形成腔并导致气流的振膜的部分对应于防尘盖103。然而，在其他实施例中，振膜的其他部分可以被使用，例如膜103的区域。例如，腔可以形成为小的圆形同心环，其与振膜的中心等距。然而，在大多数实施例中，用于形成腔并提供气流的振膜的部分的面积小于振膜的总面积的20%。这可以允许气流生成对声音再现的影响被降低并且可以方便在许多场景中的实现和制造。

而且，在该实例中，（部分地）形成腔的振膜的部分是振膜的中心部分，并且特别地它是振膜的包括振膜的中心点的部分。因此，形成腔并生成气流的部分包括振膜的对称的中心点。这可以在许多场景中方便制造并提供特别有利的实现方式。

在该实例中，腔113主要由振膜的所述部分（特别是防尘盖103）和换能器（且特别地固定部件109）形成。而且，所述空气管道至少部分地通过换能器元件109、111形成并且特别地部分地由换能器元件109、111形成。在该实例中，空气管道115由通过固定部件109的圆柱形开口并且由另外的从所述固定部件向后中空突出形成。这可以提供高效的实现和便利化的制造。

图1的音频驱动器可以例如用作扬声器装置的一部分，其中音频驱动器安装在适当的外壳中（可能连同其他音频驱动器一起）。在这样的系统中，音频产生可以进一步通过外壳等的设计控制。

在一些这样的扬声器装置中，第二开口119在外壳的外部。这可以允许喷气/气流被朝向外壳外部的元件或器件导向并且可以进一步允许外壳和扬声器装置的音频设计高度独立于气流操作并与气流操作分离。类似地，该气流生成和使用不需要被外壳音频设计的特定特性或需求限制。

图3图示了安装在扬声器外壳303中的图1的音频驱动器301的实例。如图所示，外壳303形成具有空气管道115的封闭箱（cabinet），空气管道115延伸到外壳之外，从而允许所生成的喷气被例如朝向需要被气流冷却的任何外部元件导向。

在该实例中，封闭箱外壳303可以被设计成提供期望的音频特性，而不用考虑气流功能。特别地，内部封闭的容积V_b简单地充当振膜上的额外弹簧并且可以相应地被定尺寸以提供期望的声学性能，这是技术人员将知道的。图3的特定实例因此提供扬声器装置，其中声音在振膜的第一方向上辐射（即，在为从振膜远离换能器元件的方向的向前方向上）。同时，喷气形式的气流被生成并且在向后的方向上导向。

图4图示了安装在扬声器外壳403中的图1的音频驱动器401的另一个实例。在该实例中，外壳403包括可以用于进一步增强所生成的声音的较低频率的低音反射口405。该低音反射可以被调谐为低频率，从而扩展音频驱动器401的有效频率范围。

在封闭箱实例和低音反射口实例这二者中，以及对于许多其他实现方式，腔和管道的共振频率保持低于最后得到的（最低）系统共振频率。特别地，当将音频驱动器安装在外壳中时，音频驱动器的自由空气声学共振频率可以被外壳修改以提供组合的系统的声学共振频率，其典型地低于音频驱动器的自由空气声学共振频率。

因此，尽管这些系统声学共振频率可以低于音频驱动器的自由空气共振频率，它们仍然典型地被设计成高于气流共振频率。在许多实施例中，通过不小于比气流共振频率高30%、50%或者甚至100%的扬声器装置的系统共振频率来实现有利性能。例如，对于图4的系统，低音反射口405的共振频率被设计成明显高于气流共振频率。

这确保了气流功能和声音产生功能仍然有效地被分离，而不论音频驱动器在外壳中的安装和最后得到的有效频率范围的扩展。例如，如果图4的低音反射箱被调谐到60Hz，则气流功能可被调谐到30Hz。在这个频率处，低音反射箱在产生声音方面非常低效，因为所述低音反射口和椎体的声音压力有效地彼此抵消。对于60Hz及以上的频率，气流功能变得非常低效，而声音生成变得在这个范围内非常高效。作为另一个实例，如果图3的扬声器装置的封闭盒（box）共振频率被调谐到60Hz，则气流功能可被调谐到30Hz。相应地，气流效果将在30Hz处具有最大输出。然而，在这个频率处，封闭盒箱在产生声音时非常低效。然而，对于60Hz及以上的频率，封闭盒非常高效，并且气流功能变得日益不那么高效。

应当理解，所述方法可以用于许多不同的应用。例如，所述音频驱动器可以用于生成可以朝向要被冷却的元件或区域而导向的冷却气流。而且，细长的空气管道（例如导管或管子）的使用可以方便这个气流被朝向要冷却的区域或元件导向。事实上，在一些实施例中，空气管道可以至少部分地使用柔性材料来生成，从而空气管道可以容易地被手动修改以在期望的方向上引导喷气。而且，这个高效冷却可以实现，而同时提供相对较高质量的声音产生。因此，相同的音频驱动器可以同时用于多个目的，从而降低成本和复杂度。例如，计算机可以使用既用于提供声音输出又用于提供内部冷却的音频驱动器。这样的实现方式可以例如特别地适用于便携式计算机，例如膝上型计算机，其中小的形状因素是关键的。

然而，所生成的气流也可以用于其他应用，例如以生成到用户的触觉输出。例如，空气管道可以被朝向用户导向，使得喷气可以被用户感觉。这可以例如提供虚拟应用（例如游戏）的增强的效果，或者可以用于多模态反馈。例如朝向用户的脸导向的气流可以用作警报指示。

应当理解，为了清楚起见，上面的描述已经参照不同功能单元和元件描述了本发明的实施例。然而，对特定功能单元的引用仅仅被视为对用于提供所述功能的适当装置的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明的一个实施例的元件和组件可以以任何适当方式物理地、功能性地和逻辑地实现。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但其并不旨在受限于本文阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求限制。此外，尽管特征可以看上去是结合具体实施例描述的，但是本领域技术人员将认识到所描述的实施例的各种特征可以根据本发明组合。在权利要求中，术语包括不排除其他元件或步骤的存在。

另外，尽管各个特征可以包括在不同权利要求中，但是这些可能可以有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不意味着特征的组合不是可行的和/或有利的。特征包括在一类权利要求中也并不意味着限于这个类别，而是指示该特征同样可以合适地适用于其他权利要求类别。而且，特征在权利要求中的顺序并不暗示这些特征必须按其工作的任何特定顺序，并且具体而言方法权利要求中的各个步骤的顺序并不意味着这些步骤必须按此顺序执行。相反地，这些步骤可以按任何适当顺序执行。此外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中附图标记仅被作为澄清性的实例提供，而不应当被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims

1.一种音频驱动器，包括：

- 用于辐射声音的振膜（101,103），该振膜（101,103）具有第一侧和第二侧并且被设置成使得振膜（101,103）的一部分至少部分地在第二侧处形成腔（113）；

- 换能器元件（109,111），其在所述第二侧上耦合到振膜（101,103）并且被设置成将电输入信号转换成振膜（101,103）的运动；

- 空气管道（115），其耦合到腔（113）并且具有进入腔（113）的第一开口（117）和在腔（113）外部的第二开口（119）；

其中空气管道（115）和腔（113）形成亥姆霍兹共振器，其具有小于所述音频驱动器的自由空气声学共振频率的一半的共振频率。

2.权利要求1的音频驱动器，其中所述振膜（101,103）的一部分对应于小于振膜（101,103）的表面积的20%。

3.权利要求1的音频驱动器，其中所述共振频率不高于100Hz。

4.权利要求1的音频驱动器，其中空气管道（115）包括导管，其长度至少是该导管的最大横截面尺寸的三倍。

5.权利要求1的音频驱动器，其中第二开口（119）的面积足够小以提供由于所述振膜（101,103）的至少一部分的运动而通过第二开口（119）排出的空气的喷射形成。

6.权利要求1的音频驱动器，其中所述振膜（101,103）的至少一部分是振膜（101,103）的中心部分。

7.权利要求1的音频驱动器，其中空气管道（115）至少部分地通过换能器元件（109,111）形成。

8.权利要求1的音频驱动器，其中换能器元件（109,111）包括音圈（111）和永磁体（109），并且振膜（101,103）耦合到音圈（111），且腔（113）至少部分地由永磁体（109）形成。

9.一种扬声器装置，包括：

- 外壳（303,403）；和

- 安装在外壳（303,403）中的权利要求1的音频驱动器（301,401）。

10.权利要求9的扬声器装置，其中第二开口（119）在外壳（303,403）外部。

11.权利要求10的扬声器装置，其中扬声器装置的系统声学共振频率至少比腔（113）和空气管道（115）的共振频率高50%。

12.权利要求10的扬声器装置，其中扬声器装置的系统声学共振频率是音频驱动器（401）的低音反射口（405）的共振频率。

13.一种音频系统，包括根据权利要求1的音频驱动器并且进一步包括用于生成电输入信号以包括窄带气流驱动信号分量和音频信号分量的驱动单元，在自由空气声学共振频率和共振频率之间，所述窄带气流驱动信号具有的中心频率更接近共振频率。

14.一种包括权利要求1的音频驱动器的冷却装置。

15.一种生成气流的方法，该方法包括：

提供音频驱动器，该音频驱动器包括：

- 换能器元件（109，111），其在第二侧上耦合到振膜（101,103）并且被设置成将电输入信号转换成振膜（101,103）的运动；

其中空气管道（115）和腔（113）形成共振器，其具有小于音频驱动器的自由空气声学共振频率的一半的共振频率；以及

- 生成包括气流信号分量和音频信号分量的电驱动信号；以及

- 将该电驱动信号作为电输入信号馈送到换能器元件。