CN102934463B - 扬声器装置、扬声器系统、调谐扬声器装置的方法 - Google Patents

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Abstract

扬声器装置和系统。一种适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中的扬声器装置被公开。所述装置包含驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐，和至少一个亥姆霍兹谐振器，所述亥姆霍兹谐振器包含腔和与所述腔相通并适用于穿过所述无限障板的通气管。所述腔的尺寸被做成为提供远远超过与所述驱动器相关联的操作频带的调谐频率。通气管的横截面面积和长度可被设定以提供对管空气噪声和低频扩展的控制。一种调谐适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中的扬声器装置的方法也被公开。

Description

扬声器装置、扬声器系统、调谐扬声器装置的方法
技术领域
本发明涉及一种适用于扬声器系统中的扬声器装置。该装置具体的适用于具有在低于300Hz操作的无限障板拓扑的扬声器系统中，更具体的适用于包含亥姆霍兹谐振器的系统。
背景技术
亥姆霍兹谐振器被添加到扬声器出于三个主要原因：
(i)通过调谐在或在接近于与扬声器驱动器相关联的操作频带的底端提供低频扩展；
(ii)通过调谐在或在接近于该操作频带的顶端提供声学的滤波；和
(iii)在所述操作频带或通频带中产生纸盆最小化。
在每种情况下，谐振器的物理形式可容易地被识别为包含空气体积和通气管的腔。本发明可出于一个完全不同的原因并以一种完全不同于现有技术中的亥姆霍兹谐振器的形式来利用亥姆霍兹谐振器。
本发明适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统。尽管术语“无限”被用于表述实际上不是无限的障板，但是在效果上确实是非常大的。例如，房间的壁，天花板或地板，或车辆的顶部，壁或地板可被认为是用于实际目的的无限障板。
与无限障板拓扑应用到车辆中的扬声器相关联的一个潜在的问题是结构化弱化。例如，切割出的大洞，诸如对于在车辆的任何部分的12英寸的扬声器驱动器将导致结构化弱化。
关于这个问题的一个已知方式是把扬声器驱动器安装在独立的箱子中并且通过很小的开口引导声音到收听环境。
有几种这样做的已知方式。一个方式是通过合适设计的波导。另一种方式是使用与亥姆霍兹谐振器相关联的导气管以刺入车辆的后行李架或行李台以引导该声音到该收听环境。
用于刺入车辆中行李架的已知亥姆霍兹谐振器以传统方式被调谐以产生带通对准和/或以扩展低频响应和/或如上所述的在通频带中产生纸盆最小化。当以这些方式使用时，使用亥姆霍兹谐振器的现有技术无限障板拓扑扬声器系统自然地就很大。没有亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器在它们操作频带的低端滚降，具有与密封箱拓扑扬声器类似的截止频率。该安排不能提供低频扩展。
本发明可提供一种扬声器装置，包括：电声变换器或驱动器；及适用于使用在扬声器系统中的至少一个亥姆霍兹谐振器。该扬声器装置可以是相对的小尺寸并且可以具有相对高的灵敏度。它还可具有与相同的或类似的驱动器的密封箱拓扑相比而言相对低的截止频率。
现有技术教导低频扩展是通过调谐低的、接近所要求的截止低频而获得。与现有技术中相反的直觉是低频扩展可通过调谐更高的、超出该扬声器装置的操作频带而获得。
调谐更高以提供低频扩展将具有扬声器装置变得非常小的优势。该扬声器可被制造成如需要的那么小以满足包含成本和空间可用性的实际要求。在一些应用中，使扬声器装置更小以获取一个需要的响应是合适的。
包括安装在障板中的驱动器的扬声器系统的电抗部件(reactivecomponent)，可以作为并行谐振电路被模拟。亥姆霍兹谐振器的电抗部件作为一系列谐振电路而被模拟。当亥姆霍兹谐振器被添加到安装在障板中的扬声器驱动器时，该系列谐振电路的部件与并行谐振电路的部件相互作用以产生：
a)更低的调谐频率，其决定通常被称为“低截止频率”的低频滚降，
b)中间频率，通常被称为“箱调谐”或“端口调谐”；以及
c)更高的调谐频率，其决定高频滚降。
为避免不确定，引用远远超过操作频带的频率是引用更高的调谐频率。
这里引用被作为现有技术给出的专利文件或其他素材不被作为承认，作为在任何权利要求的优先权日当天，该文件或素材是，在澳大利亚，已知的或它包含的信息是常用一般知识的一部分。
本说明书的全部描述和权利要求书中，词语复数“包括”和该词语的变体，诸如分词“包括”和单数“包括”，并非意在排除其他附件或部件或整体。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供了一种扬声器装置，适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中，所述装置包含：驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐；和至少一个亥姆霍兹谐振器，所述亥姆霍兹谐振器包含腔和与所述腔相通并适用于穿过所述无限障板的通气管，其中所述腔的尺寸被做成为提供远远超过与所述驱动器相关联的操作频带的调谐频率。
所述腔的体积的尺寸被做成使它相对于尺寸被做成为提供在与所述驱动器相关联的操作频带之内或接近于与所述驱动器相关联的操作频带的调谐频率的腔是相对紧凑的或小型的。例如，20cm的驱动器可与包含可在略微大于零体积到基本上3升之间的腔体积的亥姆霍兹谐振器相关联。
所述通气管的横截面面积被设定为最小化所述通气管内的空气噪声并且所述通气管的长度被没定为控制低频扩展。
扬声器装置可包含两个亥姆霍兹谐振器，其中，在所述驱动器的每一侧定位一个谐振器。
在一些实施例中，扬声器装置可适用于机动车辆。所述无限障板可以包含所述车辆的乘客室的周界并且所述通气管可以适用于通过该周界。所述无限障板可以包含所述车辆的外壳并且所述管可以适用于通过所述外壳。所述管可以适用于通过在所述外壳上的已有开口，诸如通气口。
除了亥姆霍兹谐振器外，相关联的扬声器系统的频率响应可以在或在接近于所述操作频带的顶端滚降。
在限制情况下，除了与所述纸盆相关联的偏移范围或扫过的体积中捕获的空气以外，至少一个亥姆霍兹谐振器的腔接近零体积。
本发明可提供一种组合扬声器装置，包含前面所述的至少一个扬声器装置，其中所述组合扬声器装置被安排成声学对称。所述组合扬声器装置可包含两个基本相同的扬声器装置，其被面对面安排并适用于作为等压对被驱动。
按照本发明的另一方面，提供一种扬声器装置，适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中，所述装置包含驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐，其中所述筐包含基本连续的屏障用于捕获在由所述屏障和所述纸盆形成的后腔中的所述纸盆后面的空气，所述后腔由在所述筐中的通气管来通气。
所述扬声器装置可以包含另外屏障，用于捕获在由所述另外屏障和所述纸盆形成的前腔中的所述纸盆之前的空气，所述前腔由在该另外屏障中的另外通气管来通气。
本发明可以提供一种组合扬声器装置，包含两个面对面安排的扬声器装置，两者之间具有密封空间，其中，每个扬声器装置被构建为使用如上所述在后腔中捕获的空气，并且适用于作为等压对操作。
按照本发明的另一方面，提供了一种扬声器装置，适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中，所述装置包括驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐，其中所述驱动器包含基本连续的屏障用于捕获在由所述屏障和所述纸盆形成的前腔中的所述纸盆之前的空气，所述前腔由在所述连续屏障中的通气管来通气。
本发明可提供一种组合扬声器装置，包含两个背靠背安排的扬声器装置，其中，每个扬声器装置如上所述被构建，并且所述组合装置适用于作为等压对操作。
按照本发明的另一方面，提供了一种调谐扬声器装置的方法，所述扬声器装置适用于具有无限障板拓扑的扬声器系统中，所述装置包含：驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐；和至少一个亥姆霍兹谐振器，所述亥姆霍兹谐振器包含腔和与所述腔相通并适用于穿过所述无限障板的通气管，所述方法包括把所述腔的尺寸做成为提供远远超过与所述驱动器相关联的操作频带的调谐频率。
所述方法可包含：设定所述通气管的横截面面积以便最小化所述通气管内的空气噪声，和设定所述通气管的长度以便控制低频扩展。
按照本发明的扬声器装置，可从现有技术部件制成。替换之，它可以以具有一个或多个内置亥姆霍兹谐振器的驱动器的形式制造。
本发明可允许扬声器装置被安装在无限障板中而不用考虑噪声、灰尘、泥浆、水和/或其他环境条件，该其它环境条件包含在障板对着收听环境的一侧定向通气孔到障板的所述侧。屏蔽噪声、灰尘和类似物可如需求的被提供。
附图说明
参考相应附图，本发明的优选实施例现在将被描述，其中：
图1示出通常的现有技术没有亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器系统的示例性代表；
图2示出通常的现有技术融合亥姆霍兹谐振器并调谐在操作频带的高端的无限障板拓扑扬声器系统的示例性代表；
图3示出按照本发明的一个实施例的使用单一亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器系统的示例性代表；
图4示出按照本发明的一个替换实施例的使用单一亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器系统的示例性代表；
图5示出按照本发明的一个实施例的安装在车辆中的使用两个亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器系统的示例性代表；
图6示出通常的现有技术扬声器驱动器；
图7示出按照本发明的一个实施例的在其后侧具有亥姆霍兹谐振器的扬声器装置；
图8示出按照本发明的一个实施例的在其前侧具有亥姆霍兹谐振器的扬声器装置；
图9示出按照本发明的一个实施例的在其两侧都具有亥姆霍兹谐振器的扬声器装置；
图10示出按照本发明的一个实施例的在其两侧都具有亥姆霍兹谐振器的组合扬声器装置；
图11示出按照本发明的一个实施例的在其两侧都具有亥姆霍兹谐振器的组合扬声器装置；
图12示出按照本发明的一个实施例的在其两侧都具有亥姆霍兹谐振器并且在其中央也有一个亥姆霍兹谐振器的机械平衡的组合扬声器装置；以及
图13示出具有其与亥姆霍兹腔相关联的体积接近于零的前和后亥姆霍兹腔的扬声器装置的横截面。
具体实施方式
一种已知的构建无限障板拓扑扬声器系统的方法是简单地将扬声器驱动器直接安装在如图1所示的无限障板上。图1中扬声器驱动器10被安装在无限障板12上并且辐射声音到收听环境15。图1还示出包含在与驱动器10相关联的操作频带的每个端的滚降的频率响应图。在高端的滚降可通过电子器件获取。低频滚降是驱动器参数的结果。图1的驱动器10被示为向前面朝收听环境15。这是一种常见的现有技术安排，因为它不需要突出到收听环境15中。该具体拓扑的缺点是对于低频扩展，响应不能被调整。
一种已知的调整方式是添加一个亥姆霍兹谐振器。通常的现有技术的具有亥姆霍兹谐振器的无限障板拓扑扬声器如图2所示。在图2中，腔20结合通气管21被安装到无限障板22以形成亥姆霍兹谐振器。
扬声器驱动器23被安装在包含空气体积24并且通过通气管21通气到收听环境25的腔20内。通气管21刺入无限障板22，其具有的优点在于在障板22上仅仅需要一个很小的洞。
如图2所示的现有技术亥姆霍兹谐振器通常被调谐以在fH处滚降，即在与驱动器23相关联的操作频带的高端处滚降，如图2中的频率响应图所示，以产生声学的带通结构。腔20通常比驱动器23大很多。注意，图2中的曲线中操作频带通过在每个端的滚降被定义。
图3示出被安装到无限障板31的扬声器驱动器30。在图3中，腔32由驱动器30的封闭它和前壁35之间的小空气体积34的纸盆33形成。腔32由通气管36通气，其穿过无限障板31并辐射声音到收听环境37。腔32和通气管36形成亥姆霍兹谐振器。图3还示出一个相关联的频率响应曲线，其用于表示在与具有亥姆霍兹谐振器的驱动器30相关联的操作频带38的两端处的滚降，该亥姆霍兹谐振器被调谐到高以产生在频率fH处的滚降，该频率fH远远或显著超过操作频带38的上限频率，并且不同于位于或接近操作频带38的滚降。
通过使腔32基本上小于现有技术的用于低频应用的无限障板拓扑扬声器中的亥姆霍兹腔，调谐亥姆霍兹谐振器可产生远远超过该操作频带的滚降。腔32可通常与驱动器30大小相似。在图3的例子中，腔32在体积上比驱动器30小。在实际应用中，腔32可从零体积到几倍于驱动器30的体积变化，只要亥姆霍兹谐振器被调谐以产生远远超过该操作频带的滚降。
优选的是，定向所述扬声器系统以使通气管36如图3所示辐射声音到收听环境37。但是，还有可能如图4所示的反转该取向。图4中所示的部件类似于图3，但是指示每个部件的前缀3改成4。例如，图3中的障板31变成图4中的障板41。在图4中，驱动器40从所述纸盆的后部辐射声音到收听环境47。但是对于多数应用，这不是优选实施例，部分因为这样的安排的响应与理想状态差太远。
图5示出安装于包含外壳51和里层52的车辆的壁中的无限障板拓扑扬声器系统的一个实际安排。扬声器驱动器53通过(a)包含小空气体积腔54与通气管55谐振以便提供远远超过驱动器53的操作频带的调谐的前亥姆霍兹谐振器和(b)包含小空气体积腔56与通气管57谐振以便也提供远远超过驱动器53的操作频带的调谐的后亥姆霍兹谐振器，被增强。
相对小的亥姆霍兹谐振器腔54、56，使得扬声器系统可被放置在对于无限障板拓扑扬声器使用现有技术亥姆霍兹谐振器对准可能不实际的地方。在图5中，通气管55被示为通过通气口58刺入车辆的外壳51，而通气管57刺入车辆的里层52以辐射声音到车内部的收听环境59。
制造商可在能够使用在车辆的外壳中的已存在的开口方面发现价值。替换之，如果在需要位置没有已存在的开口，附加的开口可被提供。在一个优选实施例中，通气管可刺入车辆的外壳，但是性能可被通过刺入到车辆的后行李架，台或防火壁来交换以节约成本。
在其他例子中，本发明的无限障板拓扑扬声器可被安装在建筑的壁、天花板、房顶或地板中。
图6示出现有技术扬声器驱动器60，包括磁体61、筐62，筐62上的允许空气响应于纸盆移动而流过的通气孔63，和在驱动器60的筐62和纸盆之间的小体积的空气64。
因为用于按照本发明的亥姆霍兹谐振器所需的空气的体积可能相对比较小，图7所示的扬声器装置70可被构建，其中如图6所示的通气孔63不被提供。替换之，筐71除了通气管72以外被封闭。在装置70的筐71和纸盆之间的体积和通气管72一起形成亥姆霍兹谐振器。
替换之，包含筐81的扬声器驱动器80可在如图8所示的前端通过壁82被封闭，形成通过通气管83通气的小腔以产生按照本发明的扬声器装置。
在每个例子中，亥姆霍兹谐振器可因为小封闭空气体积而导致远远超过驱动器70、80想要的操作频带的高频滚降。关联的通气管72、83的横截面面积可变化，以便最小化管的空气噪声并且通气管的长度可以变化，以便设定需要的低频扩展。
图9示出按照本发明的用于无限障板拓扑应用的扬声器装置的增强版本。图9中的驱动器90包含在驱动器90的每一侧的亥姆霍兹谐振器。驱动器90的筐91除了通气管93以外被封闭，并且驱动器90的前面除了通气管94以外由壁92封闭。在一个优选实施例中，这样形成的亥姆霍兹谐振器可在相同频率上产生高频谐振，该相同频率远远超过驱动器90想要的操作频带。
图10示出按照本发明的组合扬声器装置的对称版本，其中所述组合扬声器装置由两个面对面安排的扬声器装置形成，以使得它们的纸盆获取它们之间的空气体积。每个扬声器装置具有自己的相应的除了通气管104和105以外被封闭的筐102和103。扬声器装置的动力装置100和101通常是异相的有线连接以使得它们的纸盆在相同的方向上移动。在纸盆之间的腔形成死体积，其作为等压腔运行。
图11示出按照本发明的组合扬声器装置的替换对称版本，其中两个扬声器装置被背靠背安排，具有相互面对的磁体110和111并潜在地对接在一起。扬声器装置的前面除了通气管114和115以外被相应的壁112和113封闭。相关联的筐116、117和动力装置被安装在图11中所示的削开的圆柱形封壳118中。相关联的动力装置可以是异相的有线连接以使得圆柱形封壳118作为等压腔运行。
图12示出按照本发明的组合扬声器装置的进一步增强，其中两个扬声器装置120、121被面朝面安排并且被圆柱形封壳122连结在一起。扬声器装置120、121的筐123、124除了通气管125和126以外被封闭，以形成亥姆霍兹谐振器。连结扬声器装置120、121的圆柱形封壳122由通气管127通气到收听环境并形成第三亥姆霍兹谐振器。
在上述例子中，与扬声器装置120、121相关联的动力装置通常可以同相(非等压)有线连接以提供具有最小化振动的机械平衡操作。每个亥姆霍兹谐振器可被调谐以产生远远超过该组合扬声器装置的想要的操作频带的谐振频率。在一个优选实施例中，每个亥姆霍兹谐振器可被调谐以产生相同的谐振频率。
在按照本发明的一些实施例中，给任何体积到亥姆霍兹谐振器的腔具有很少价值或没有价值。除了考虑到纸盆偏移外，该体积可以基本上是零或在实际中尽可能接近于零。图13示出按照本发明的“零体积”扬声器装置130如何被构建。在图13中，纸盆131把后亥姆霍兹腔132与前亥姆霍兹腔133分开。腔132、133分别由通气管134和135通气。可以看到的是，在考虑到纸盆偏移之后，剩余的封闭的与腔132、133相关联的空气体积是非常小的或接近于零。
最后，需要理解的是，各种变形，修正和/或附加可被引入到之前描述的部件的构建和安排中，而不脱离本发明的精神或范围。

Claims (20)

1.一种扬声器装置，形成具有无限障板拓扑的扬声器系统的一部分，无限障板包括房间的壁、天花板或地板或车辆的顶部，所述装置包含：驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐；和至少一个亥姆霍兹谐振器，所述亥姆霍兹谐振器包含腔和与所述腔相通并适用于穿过所述无限障板的通气管，其中所述腔的尺寸被做成使得其体积小于所述驱动器，以提供频率fH处的高频声学滚降，其中频率fH远远超过与所述驱动器相关联的操作频带。
2.如权利要求1所述的扬声器装置，其中所述通气管的横截面面积被设定为最小化所述通气管内的空气噪声。
3.如权利要求1或2所述的扬声器装置，其中所述通气管的长度被设定为控制低频扩展。
4.如权利要求1或2所述的扬声器装置，包含两个亥姆霍兹谐振器，其中，在所述驱动器的每一侧定位一个亥姆霍兹谐振器。
5.如权利要求1或2所述的扬声器装置，适用于机动车辆，其中，所述无限障板包含所述车辆的乘客室的周界并且所述通气管适用于通过所述周界。
6.如权利要求5所述的扬声器装置，其中所述无限障板包含所述车辆的外壳并且所述通气管适用于通过所述外壳。
7.如权利要求6所述的扬声器装置，其中所述通气管适用于通过在所述外壳上的已有开口。
8.如权利要求7所述的扬声器装置，其中所述已有开口包括通气口。
9.如权利要求1或2所述的扬声器装置，其中，除了与所述纸盆相关联的偏移范围中的捕获的空气以外，至少一个亥姆霍兹谐振器的腔接近零体积。
10.一种组合扬声器装置，包含如权利要求1或2所述的至少一个扬声器装置，其中所述组合扬声器装置被安排成声学对称。
11.如权利要求10所述的组合扬声器装置，其中两个扬声器装置被面对面安排并适用于作为等压对被驱动。
12.一种如权利要求1所述的扬声器装置，其中所述筐包含基本连续的屏障用于捕获在由所述基本连续的屏障和所述纸盆形成的后腔中的所述纸盆后面的空气，所述后腔由在所述筐中的通气管来通气。
13.一种组合扬声器装置，包含两个面对面安排的扬声器装置，两者之间具有密封空间，其中，每个扬声器装置按照权利要求12构建，其中空气在后腔中捕获，并且所述组合扬声器装置适用于作为等压对操作。
14.一种如权利要求1所述的扬声器装置，其中所述驱动器包含基本连续的屏障用于捕获在由所述基本连续的屏障和所述纸盆形成的前腔中的所述纸盆之前的空气，所述前腔由在所述基本连续的屏障中的通气管来通气。
15.一种组合扬声器装置，包含两个背靠背安排的扬声器装置，其中，每个扬声器装置按照权利要求14构建，并且所述组合扬声器装置适用于作为等压对操作。
16.一种扬声器系统，包含如前述权利要求1、12-15中任一个所述的扬声器装置或组合扬声器装置。
17.一种调谐扬声器装置的方法，所述扬声器装置形成具有无限障板拓扑的扬声器系统的一部分，无限障板包括房间的壁、天花板或地板或车辆的顶部，所述装置包含：驱动器，所述驱动器包含纸盆和筐；和至少一个亥姆霍兹谐振器，所述亥姆霍兹谐振器包含腔和与所述腔相通并适用于穿过所述无限障板的通气管，所述方法包括把所述腔的尺寸做成使得其体积小于所述驱动器，以提供频率fH处的高频声学滚降，其中频率fH远远超过与所述驱动器相关联的操作频带。
18.如权利要求17所述的调谐扬声器装置的方法，其中，除了与所述纸盆相关联的偏移范围中的捕获的空气以外，至少一个亥姆霍兹谐振器的腔接近零体积。
19.如权利要求17或18所述的调谐扬声器装置的方法，包含设定所述通气管的横截面面积以便最小化所述通气管内的空气噪声。
20.如权利要求17或18所述的调谐扬声器装置的方法，包含设定所述通气管的长度以便控制低频扩展。
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