CN103067814B - 后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，通过同时在中、低音纸盆扬声器前后向上，安装精密环形管复合通道或通道组，限定声音辐射环境，影响声传递辐射的过程和输出的声场，提高了扬声器前后向辐射声波的保真度和辐射效率，当扬声器工作在低频时，前后向精密环形管复合通道或通道组中的精密环形管复合通道由一个环形管声变量器和一个环形管声质量元件构成，扬声器总的等效振动质量因声变量器和声质量的共同作用而增加，降低了扬声器的低频谐振频率，进一步提高了低频辐射效率。被精密环形管复合通道或通道组包围住的扬声器的振动体，不受外界空气直接干扰，更能保持表面负荷平衡或前后向负荷平衡，可提高其动态反应速度等。

Description

后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统

技术领域：

本发明后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，属于电声技术领域。

背景技术：

日常生活中，人们常使用扬声器来重放声音。常用的电动式中低音纸盆扬声器(包括低音、中低音、中音扬声器及全频带扬声器，以下也简称为扬声器)制作完成后，其低频力的谐振系统的谐振频率ω₀就确定了，ω₀决定了这只扬声器重放声音频率的下限，并通常以安装在无限大障板上工作的扬声器为参考，说明扬声器频率ω₀等指标。在这种情况下，安放在无限大障板上的扬声器，直接对前后两个方向的空气进行自由辐射传递声音，其ω₀＝，Ｍ_M表示电动扬声器总等效质量，包括锥盆等效质量Ｍ₁、音圈等效质量Ｍ₂、振动体正面同振质量Ｍ_MR1、背面同振质量Ｍ_MR2，即Ｍ_M=Ｍ₁+Ｍ₂+Ｍ_MR1+Ｍ_MR2；Ｃ_M表示电动扬声器总等效力顺，包括轭环力顺Ｃ_M1、中心垫圈力顺Ｃ_M2，即Ｃ_M=。

通常不能仅用这样一只扬声器而不利用障板来重放声音，那样的话，扬声器振动体前后两个方向辐射出的相位相反的声波，会在空中相混合而抵消，损失扬声器放声能力。使用时，扬声器不可能安装在无限大障板上使用，它总与音箱一起，利用音箱箱体的障板分割、限制扬声器振动体前后向的声波辐射。这就与扬声器的参考使用环境不同了，将影响扬声器的性能。

但当扬声器装在音箱上构成音箱系统使用时，扬声器背后的辐射波所携带的声能受到箱体的包围，没能从箱体内发散出去，不能被直接利用，而且这些声波还会受扬声器箱体内部环境影响被来回反射作用到扬声器的振动体上，而反射波的声压，会干扰扬声器振动体的振动，进一步影响扬声器辐射声音的能力和效果，并且，扬声器周围环境的这些物体距离其越近，影响也越大。这种周边环境对扬声器辐射的影响，体现在改变了扬声器总的等效Ｍ_M、Ｃ_M的数值，也影响了扬声器的低频谐振频率，因此，音箱系统中扬声器重放声音的低频范围，是由扬声器和音箱箱体两方面因素决定。对上式而言，音箱箱体的影响如果能使此时的扬声器总等效力顺Ｃ_M或总等效质量Ｍ_M加大，可以使ω₀下降的，扬声器可以重放出更多的低音。

但实际情况却相反。通常当扬声器按照正向对外，背向对箱体内辐射声音的传统方式安装在常见结构的音箱上使用，不能有效增加其总等效质量Ｍ_M，相反，却总会使其振动体背面同振质量以及总等效力顺Ｃ_M减少。由上述公式可知，这将使音箱系统重放出的声音的最低频率，比单只扬声器的谐振频率ω₀提高，导致扬声器失去一些重放低频声音的能力。

上述情况下扬声器总等效力顺Ｃ_M减少的原因，是因为音箱内的空气构成一个声顺元件，当扬声器振动体工作于低频时，它就像一只有弹性的弹簧，从背后给扬声器振动体一个弹性支撑，从扬声器外部限制了其振动体的谐振，使扬声器低频谐振动变困难，不能推动空气辐射原来那样多的声音，因此其低频谐振频率升高。通常，音箱箱体容积越小，箱体空气产生的弹性越大，顺性越小（其弹性系数等于顺性系数的倒数），反之亦然。箱体空气这个声顺元件的弹性作用，表现在上面的计算式中，就是低频时这个声顺元件，等效并联到扬声器本身的已有力顺元件上，使扬声器振动体增加了“弹”性，减少了振动体总的等效力顺Ｃ_M的“顺”性，致使其ω₀升高。这种情况在常见的音箱系统中，如密闭音箱、倒相音箱等音箱中，都如此。即，依照传统的扬声器及其使用方式与传统音箱结构结合所形成的音箱系统，无法在使用中降低成品扬声器的低频谐振频率。

因此，传统上让音箱系统重放高保真、更低频率声音的最常用方法，是采用大口径的低音扬声器。大口径低音扬声器纸盆面积更大，能推动更多的空气振动辐射，其振动体也更重，这让扬声器总等效质量Ｍ_M因之加大，使ω₀下降。这种依靠增加扬声器振动体质量来降低扬声器频率的做法，意味着要用更多贵重的振盆材料以及更大的功率放大器推动这个扬声器，扬声器也必须有更粗重的音圈承受放大器的功率，扬声器还需要更大的磁铁以产生更大的推动力使其振动，因此这种方法的生产及使用成本很高，并且生产、调试也更复杂。用大口径低音扬声器重放中音时，也会因其振动体较重使动态反应慢，影响中音高保真重放，此时，为兼顾低音和中音的重放，往往同时使用一只大口径低音扬声器和一只中音扬声器，分别重放低音和中音，但这导致更高的成本和工作量。

并且，通常当普通中低音扬声器安装在音箱箱体上使用时，为了避免箱体内驻波对扬声器的影响，扬声器通常不安装在箱体障板的正中间，此种情形下箱体内各种频率的反射波施加给振动体背向上的干扰是不平衡的，这也影响了振动体的负荷平衡，会影响其灵活振动，降低反应速度，反射波对振动体的干扰，也造成振动失真。

发明专利《一种扬声器系统》（专利号：ZL02110023.3）提供了扬声器工作于低频时，利用扬声器专用辐射传声套管中的声质量，增加扬声器总等效质量Ｍ_M，有效降低中低频扬声器的低频力谐振频率的技术。

《一种扬声器系统》是由一只中低音扬声器与一个安装在扬声器背向上的专用辐射通道结合形成的扬声器系统，《一种扬声器系统》的核心工作是在扬声器振动体的背向安装一个传声套管通道，用于辐射、传递扬声器背向的声音，这个通道是扬声器背向向外辐射声音的唯一通道，扬声器背向的振动辐射，将通过套管间的空气负载传出到通道外。 

《一种扬声器系统》中扬声器与内外套管间的一段环形空间内的空气，构成一个声顺元件C_A，当扬声器工作于低频时，内外两只套管间截面积相同的环形管空间的空气，构成声质量元件。即此时从结构上看，《一种扬声器系统》，主要是一个低频工作的扬声器和一个声顺元件以及一只声质量元件相衔接构成的一个复合声结构。当扬声器工作于低频时，传声套管中声质量元件的声质量，将成为扬声器振动质量的一部分，并使扬声器系统总等效振动质量Ｍ_M增加。根据上述扬声器低频谐振频率ω₀公式可知，这会降低扬声器低频力谐振频率，使扬声器辐射出比原来更低的低频声音。 

当将《一种扬声器系统》安装到扬声器箱体上使用时，由于扬声器振动体背向受到传声套管大范围地包围，这较大程度地避免了箱体内各种频率的反射声波包括驻波直接作用于振动体上，这可提高扬声器的抗干扰能力，并保持扬声器后向声负荷的均匀平衡，有利于提高振动体的反应速度。

《一种扬声器系统》用低频工作时传声套管通道中存在的声质量提高扬声器总等效振动质量Ｍ_M，降低常见的成品中低音扬声器低频谐振频率的方法，极有实质意义，相比于通常的低音扬声器，这种做法既节约了大量贵重材料，又不影响扬声器中频一带的工作速度。因此，《一种扬声器系统》无论在实现低音技术方法上，还是在扬声器系统的构建方面，都与普通中低音扬声器不相同，它发展了中低音扬声器技术。  

但是，通过进一步研究发现，《一种扬声器系统》在结构上还存在着一些问题，这影响了这种系统性能和能力的发挥，有必要对其改进和完善，以便进一步提高系统的性能和功能。

《一种扬声器系统》结构、原理和性能上主要存如下几个问题： 

一、扬声器振动体至传声套管入口前的通道空间，构成一个声顺元件C_A， C_A包含了扬声器盆架根部连接处至其后的磁铁前的这一段空间内存在不平坦的路径。这一段裸露的扬声器不平坦表面，会对振动辐射出的声波产生阻挡引起反射，造成声波传递过程中的失真及声能损失。

扬声器背向声波辐射口周围的盆架支撑面的内表面，阻挡、反射了振动体辐射的声波向后均匀辐射的通路，阻挡使通过盆架上辐射口辐射出的声波波形失真变形，造成辐射声能的损失，反射造成扬声器纸盆振动失真。

当声波通过传声通道时，由于整个传声套管通道狭窄，纸盆振动体所辐射声波的声压沿通道衰减小，扬声器纸盆周围以及传声套管通道内都有较高的声压，上述反射和辐射的失真声压，会近距离即刻产生较高强度的反射，干扰振动体的振动，造成振动体的振动失真。

即，整个传声套管通道内存在振动体的振动失真、辐射口的辐射声波失真以及通道传递声波失真共三种失真。

二、C_A元件相应空间的入口处，空气流经的路径面积发生了变化，即，在这种扬声器系统内，在扬声器至传声套管中声质量元件所在空间的前端空间内，隐含着一个声变量器。但由于通道内存在扬声器盆架和上导磁板以及磁铁间的连接缝隙，以及上导磁板和磁铁上端面处带有朝向振动体的反射面，使这个借助于扬声器的这些裸露部分形成的通道内不平滑，声波于此处反射并造成失真和声能损失，由于这些失真和和声能损失的不确定性，影响了C_A隐含的声变量器应有的变换效果的精确性。

三、声顺元件C_A，存在的问题，造成失真，影响辐射效率，其本身对降低扬声器的谐振频率也没有帮助，还使等效电路复杂，不利于问题的简化和直观分析。

四、《一种扬声器系统》中简单给出了一种由两只直圆管构成的截面积相等的声质量元件的方式，而实质上两只套接在一起的圆台形管之间的传声通道以及两个圆板之间构成的传声通道沿通道方向的截面积是不相等的，为了使其满足传声套管声质量的要求，在他们间需重新构造声质量元件。因此，要全面完善圆台形管之间以及两个圆板之间形成的传声通道中的声质量元件的构建方法。

可见，为了进一步提高《一种扬声器系统》中的性能，必须解决上述问题。即，为了减少扬声器盆架辐射口周围阻挡造成的反射和辐射失真，以及由此带来的能量损失，要改良扬声器盆架结构；为了减少通道内反射引起的振动失真及通道的传递失真，需要改造声音辐射通道。上述失真和声能损失，影响了重放声音的质量和能力。上述问题一、二、三都与传声套管中的声顺元件C_A所在的空间有关，且C_A中隐含的声变量器元件，也与辐射传声通道空间结构有关，因此，还必须重新设计《一种扬声器系统》传声套管通道中的声顺元件C_A空间，并严格构造出这个隐含的声变量器元件，同时需要完善通道中声质量元件的构建方法。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是：提供一种后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，解决扬声器背向盆架辐射口之间的宽大且分布不均匀的支撑面，反射纸盆振动体向后辐射的声波而干扰纸盆振动，及盆架辐射口之间的宽大且分布不均匀的支撑面支撑面阻挡纸盆振动体辐射的声波向后均匀辐射的通路，造成辐射声波严重失真，影响中、低频辐射效率的问题；还解决声波传递过程中声顺元件C_A所在空间内的反射面造成的传递失真及此处声波反射造成纸盆振动失真和C_A中的声能损失，并且通过解决C_A中失真和声能损失及其不确定性，提高C_A内隐含的声变量器的变换效果的精确性；还解决当内外套管不是直管时，在内外套管间形成的环形管通道中的声质量元件的形成问题；当后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中的精密环形管复合通道内存一个声质量元件时，利用这个声质量元件，可增加扬声器的等效振动质量，降低扬声器的低频谐振频率ω₀。尤其是在后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中，其降低扬声器的低频谐振频率能力更明显，方法更灵活，且这种方式下扬声器两端的负荷也更容易平衡，有利于提高振动反应速度，振动失真也更小；安装在前向上的精密环形管复合通道组，可以改善扬声器的中音；安装在扬声器前面对外辐射声音的精密环形管复合通道或通道组，还能够扩展扬声器重放声音的声场，改善扬声器系统辐射声音的指向性和前腔效应。通过在环形管通道或通道组内增加阻尼材料，还能够调节扬声器系统的阻尼。以克服现有技术的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，包括纸盆扬声器，所述纸盆扬声器包括带有辐射口的盆架和与盆架相连接的振动纸盆，盆架与振动纸盆同轴；所述盆架的后端安装有圆形磁铁，盆架与圆形磁铁同轴；还包括前端安装在圆形磁铁的外圆周上且与圆形磁铁同轴的第二内套管，还包括与第二内套管同轴的外套管，外套管的前端口密闭安装在盆架上，盆架辐射口位于外套管的内部；第二内套管的外壁与外套管的内壁之间形成环形管通道；其特征在于：所述盆架的盆架侧壁前端带有外翻边；还包括后端安装在所述外翻边上且与振动纸盆同轴的前外套管，在所述前外套管内部设置有与前外套管同轴的前内套管；所述前内套管与前外套管互相固定连接；前内套管的外壁与前外套管（7）的内壁之间形成前向环形管通道。

还包括一段以振动体纸盆轴线O为中心轴的圆台状的第一内套管，第一内套管的前端口密闭连接在盆架的后端根部至盆架辐射口后边沿之间，第一内套管后端与第二内套管前端相对齐连接，在第一内套管前端安装处与第二内套管之间形成平滑的圆台状过渡面；第一内套管与第二内套管之间为光滑过渡。

在后向环形管通道内安装有走向与后向环形管通道一致的若干组后向阻挡件，后向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻后向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

在前向环形管通道内安装有走向与前向环形管通道一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

还包括位于所述前外套管与前内套管之间的至少一根前向中间套管，前向中间套管与振动纸盆同轴；前向中间套管的后端尽量靠近与振动纸盆前向对应位置的最大振幅处；所述前向中间套管、前外套管和前内套管通过互相固定连接；前向中间套管、前外套管和前内套管之间形成至少两个前向环形通道单元。

在前向环形管通道单元内安装有走向与前向环形管通道单元一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

还包括一段以振动体纸盆轴线O为中心轴的隔挡件，隔挡件的后端位于振动纸盆最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件的前端与前内套管后端相对齐连接，隔挡件的外壁为平滑面；隔挡件与前内套管之间为光滑过渡。

本发明的积极效果在于：

后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统,是在精密环形管复合通道扬声器系统的基础上组合形成的，精密环形管复合通道扬声器系统，是中低频扬声器与安装在其后向的精密环形管复合通道结合形成。精密环形管复合通道扬声器系统中扬声器纸盆振动体背向辐射的声波，通过盆架之间的开口辐射出，相比于普通盆架的辐射口，这些扬声器盆架有更大更均匀的辐射开口，这极大地减少了扬声器盆架对纸盆振动体背向辐射的声波的阻挡，提高扬声器辐射声波的保真度，有利于提高扬声器中低频的辐射效率。精密环形管复合通道是由一个环形空间和一个环形管通道形成的，低频时，使精密环形管复合通道的环形管通道的通道面积恒定，则精密环形管复合通道的环形空间是一个环形管声变量器元件，精密环形管复合通道的环形管通道是一个环形管声变量器元件，精密环形管复合通道可以安装在扬声器的前向上，用作前向精密环形管复合通道，或者安装在扬声器的后向上，构成后向精密环形管复合通道，也可以安装在扬声器的前后向上，构成前后向精密环形管复合通道使用。

在精密环形管复合通道中间再增加中间套管，相邻中间套管之间，中间套管与相邻内套管之间，中间套管与相邻外套管之间，就形成精密环形管复合通道组，其中，各环形空间单元空间分割了精密环形管复合通道中内外套管之间形成的环形空间，各环形通道单元空间分割了精密环形管复合通道中内外套管之间形成的环形通道，同组的环形空间单元和环形管通道单元联通衔接，构成精密环形管复合通道，或者说，精密环形管复合通道组是一组精密环形管复合通道套接在一起形成的，精密环形管复合通道组的工作过程，就是一组精密环形管复合通道的工作过程。精密环形管复合通道组可以安装在扬声器的前向上，用作前向精密环形管复合通道组，或者安装在扬声器的后向上，构成后向精密环形管复合通道组，也可以安装在扬声器的前后向上，构成前后向精密环形管复合通道组使用。本发明中精密环形管复合通道组可以安装在扬声器的前向上，构成前向精密环形管复合通道组使用。前后向上的不同的精密环形管复合通道或精密环形管复合通道组间的多种组合，构成后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统。

由于精密环形管复合通道组是一组是精密环形管复合通道，它比精密环形管复合通道更灵活、有更多功能。若精密环形管复合通道组内，由声变量器元件和声变量器元件构成的各个通道，当某些通道的声变量器的变比为1时，即，这些通道的进出口面积恒定不变时，这些通道就只是由声变量器元件构成的通道，此时若这些通道与振动体辐射声波的方向一致，则这些通道内通过的是一些与振动体辐射声波波形一致的声波，类似于声管内通过的是平面波，这相应地提高了扬声器的辐射效率。

由于精密环形管复合通道组中的每一个复合通道的工作原理，就是精密环形管复合通道的工作原理，且精密环形管复合通道或通道组组合式扬声器系统中，声波在前向精密环形管复合通道中的辐射传递的工作原理，与声波在后向精密环形管复合通道中辐射传递的工作原理相同，因此，有时以后向精密环形管复合通道为例说明工作情况。

1、改造扬声器影响声辐射的盆架结构，减少盆架内表面积对纸盆振动辐射声波的反射和由此造成的纸盆振动失真，并减少声波通过辐射口处因变形而产生的辐射失真，提高扬声器和辐射声音的保真度和辐射效率。

精密环形管复合通道扬声器系统中的扬声器可以是一只改进了扬声器盆架结构的中低音扬声器，也可以是一只普通的中低音扬声器。通常，精确的声音传递通道，能够精密地传递声波。但当普通的中低音扬声器构成精密环形管复合通道扬声器系统时，扬声器纸盆振动体背向辐射的声波要通过扬声器盆架侧向支撑面上的辐射口进入传声通道，而盆架支撑面的内表面会对辐射波产生阻挡反射，并且因其位置距振动体很近，反射波会立即干扰振动体正常振动，引起振动失真，而且纸盆向周围均匀辐射的声波因盆架支撑面的阻挡，经辐射口出来后的声波波形已经严重变形。因此，当需更进一步提高《一种扬声器系统》辐射传递声音的性能时，要对扬声器盆架宽大且分布不均匀的支撑面做必要改进，这还有利于提高扬声器工作于中、低频时的声音辐射效率。

其主要方案有以下三种： 

（1）、直角盆架且盆架底面与直侧壁之间连接有若干支撑筋，相邻支撑筋之间为辐射口。

（2）、采用多个大条形辐射口和细支撑面或窄厚的支撑筋的盆架结构。

（3）、采用大网孔辐射口和细网边支撑面或窄厚的支撑筋的盆架结构。

方案（1）盆架侧壁可贴合安装在外套管（3）的内壁上，盆架底面与直侧壁之间连接有若干窄厚的支撑筋，相邻支撑筋之间为辐射口。

这几种扬声器的盆架结构，盆架支撑面显著减少，盆架辐射口分布更均匀。支撑面显著减少，能减少盆架对振动体纸盆辐射声波的阻挡和反射，这就减少了因反射干扰纸盆振动并引起的失真；盆架辐射口分布更均匀，减少了声波通过盆架辐射口处的变形，有利于声波波形在通道内高保真通过，这可提过振动体纸盆的辐射效率。

当将上述几种中低音扬声器与精密环形管复合通道结合，构成后向精密环形管复合通道扬声器系统，这种结构极大地减少了对辐射声波的阻挡及反射，降低了盆架反射和阻挡产生的失真及声能损失，也有利于扬声器系统产生更大、更保真的中、低频声音。上述几种扬声器的盆架辐射口处的连接强度，还可通过精密环形管复合通道间的连接，并经过通道的外套管，再次往前连接与扬声器盆架外翻边周围。

盆架辐射口分布更均匀且增大了辐射口出口面积的扬声器，使辐射出的声波波形更保真，这为提高辐射效率打下坚实基础，若通过辐射空间传入精密环形管复合通道的声波保持一致的波振面，则能够提高扬声器系统中频的辐射效率。这种做法还使振动纸盆表面负荷均匀，有利于减少振动失真，低频时振动更有力度，更象一只精确的刚性活塞，有更好的低音性能。

用这种扬声器构成的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统 ，扬声器两端的负荷也更容易平衡，有利于提高振动反应速度，振动失真也更小，声音更保真。

2、构造一只精密环形管声变量器元件，改善了通道内环境，极大地减少了这一段通道对声波阻挡、反射及引起的失真和声能损失，由此也使系统类比线路得以简化。

《一种扬声器系统》通道中有两处声能损失，一在通道空间内，由物体阻碍使声波反射产生；一在通道的管壁上，由空气与通道的管壁摩擦产生。通道内扬声器盆架后至扬声器磁铁前面的由外套管限定的空间构成的声顺元件C_A，是一只两端口的元件，且通常其输入口、输出口的面积不同，从这一意义上看，C_A空间与一只声变量器元件空间相同，即C_A内隐含着一只声变量器。

但在C_A所在的空间内，裸露着磁铁和扬声器盆架根部连接处这样一些不平坦表面，当声波通过此一区域时，会在这些地方产生反射，消耗声能，并且由于C_A空间狭窄，反射会对振动体形成较强干扰，影响扬声器振动，引起振动体纸盆振动及辐射传递过程的失真及声能损失，在这一方面上，C_A与声变量器又不同。并且由于C_A对《一种扬声器系统》降低频率没有任何积极意义，在等效电路中，它还使线路复杂，不便于分析。传声套管通道内声顺元件C_A所在空间中的不平坦表面对传递声波的阻挡反射，直接影响了中低频辐射的效率和声音的保真度，中频的幅频特性变得不平坦。

因此，后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中，通过增加第一内套管，在第一内套管以及外套管间，构建了一个光滑的环形空间形成环形管声变量器，取代了《一种扬声器系统》声顺元件C_A，相比于《一种扬声器系统》中的传声套管通道，由于精密环形管复合通道内部光华，没有反射面造成的失真和能量损失，可极大地改善扬声器系统输出的中低频的幅频特性，使得幅频特性更平滑。后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中的更大的辐射开口从更本上保证了精密环形管通道内空气不可压缩，体积速度没有变化，因此一定条件下可忽略环形空间的声顺值。这样在类比线路图中彻底消除了《一种扬声器系统》中声顺元件C_A的影响，类比线路变得更简洁、明确。 精密环形管复合通道内部结构规整，其中的主要参数可设计的很精确，有利于工业标准化生产。

通常的声变量器是在一个进出口面积不同的中空管中形成，本发明中精密环形管复合通道中的声变量器是由两只管之间的环形空间构成，不同于一般的构成方法。

3、完善《一种扬声器系统》中传声套管通道中其他几种主要结构的声质量元件的形成方法，精密环形管复合通道扬声器系统结构变化多，用法更灵活。

《一种扬声器系统》中，当构成传声通道的声管形状为向外扩张的圆台状时，沿通道方向的环形面积将产生变化，此时内外套管间的声质量元件将不复存在。为了使得此时环形管通道内仍存在声质量元件，必须在通道内部沿通道方向，重新构造出截面积形同的空间，作为声质量元件。

仍以后向精密环形管复合通道为例。此时后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中的环形管声质量元件的基本构成方式是由第二内套管和外套管之间形成一段截面积均匀、相同的直圆环状空气通道。为了其它需要，也可是圆台形状的环形管通道，但这种结构空间内截面积各处不同，不能直接形成一个声质量元件。因此，在精密环形管复合通道扬声器系统中，还进一步扩充、完善了当通道为一个圆台状环形管通道，乃至该圆台状环形管通道的台面进一步扩张使得通道的内外管壁展开至平面位置，变为内外两个平面圆板，即圆台状环形管通道变为两个平面圆板间的通道时，通道间声质量元件的形成方式。上述的这些变化保证了精密环形管复合通道形状和应用更灵活多样。

为此，本发明后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，通过在后向环形管通道内增加走向与传声方向一致的若干组后向阻挡件，每组后向阻挡件为实心体或者为封闭体，在相邻两组后向阻挡件之间构成新的传声通道，并使每个传声通道沿其走向具有一致的横截面积，即使圆台状声管有不同的向外扩张角度，在两管之间所形成的环形空间内，都可以简单、灵活地构造出声质量元件，以满足降低频率的要求。由于精密环形管复合通道组的形状取决于各个精密环形管复合通道的形状，因此精密环形管复合通道组中各通道单元声质量元件，就由各精密环形管复合通道的声质量的构造确定。

同样，当圆台状环形管通道变为两个平面圆板间的通道时，在两个圆板之间也可以用这种方法重新构造声质量元件。

采取这些措施后，扩充、完善了通道内声质量元件的其他几种主要构成方式，从根本上保证了通道中始终有声质量元件存在，这就保证了精密环形管复合通道结构扬声器系统的降低力谐振频率的作用，并使通道形状选择更加灵活、自由，使其结构有更广泛的适应性。

尤其是后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，能同时利用前后两个方向上的环形管通道或通道组中的声质量，最大程度地提高声质量元件等效作用在扬声器上的同振质量，进一步降低扬声器的低频谐振频率。

4、有前向精密环形管复合通道组的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，进一步扩大了系统的功能

众所周知，当声音通过细声管时，细声管内的声波可以看成是平面波。在内外套管之间增加中间套管，形成精密环形管复合通道组，相邻中间套管之间以及外套管与相邻中间套管之间形成的环形管通道单元，甚至其中任意一组环形管通道单元的横截面积都变得更小，扬声器辐射出的声波通过这些变得更细窄的环形管通道单元时，这些精密环形管复合通道单元内的声波，可以看成是平面波。

当安装在扬声器前面对外辐射声音的精密环形管复合通道组中的环形中间通道单元的后端，尽量接近扬声器振动体振幅最大时与振动体表面的对应位置，则扬声器圆形振动体辐射出的声波，通过各前向通道单元向外辐射，圆形振动体表面辐射出的有方向性的声波，被这些细窄的前向通道单元所保持，控制各前向通道单元总的环形面积与扬声器某一频率范围内的等效振动面积相等，并使得各精密环形管复合通道单元中前后的面积不变化，以及使各精密环形管复合通道单元尽量与辐射声波的路径一致，则各精密环形管复合通道单元内通过的振动体辐射出的声波的波振面基本不变，类似于中空管中通过平面波，这尤其可提高扬声器的中频辐射效率。

安装在扬声器前面对外辐射声音的精密环形管复合通道组，还能够扩展扬声器重放声音的声场，改善扬声器系统辐射声音的指向性和前腔效应。

通常，扬声器辐射的声音是有方向性的，此即所谓的扬声器指向性，它由扬声器的设计原理、结构和其本身的特性决定。前向精密环形管复合通道组扬声器系统中，扬声器振动面所辐射出的声音，通过各环形管口辐射出，因此，通过调整环形管辐射通道中的出口的直径大小及方向，可以改变纸盆扬声器辐射声音的方向，影响其指向性，调节其辐射声波的声场宽窄。

前腔效应通常发生在中低频扬声器正面锥形盆前面一小段范围，安装在扬声器前面对外辐射声音的精密环形管复合通道或通道组内的圆锥形隔挡件，分割并阻挡住了扬声器锥形纸盆面上各处辐射的中低频声波在前腔形成干涉作用的途径，因此极大改善前腔效应。 

5、可以将一只后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，直接当做一只简易的没有箱体的音箱使用。设想将精密环形管复合通道组合式扬声器系统的后向环形空间加大，后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统类似于倒相箱结构的扬声器系统，此时若将前向精密环形管复合通道或通道组用于提高中频辐射效率，将后向精密环形管复合通道或通道组用于提高低频辐射效率，是一只简易的、更高效的中、低频扬声器系统。

6、在环形管通道中或通道出口处增加阻尼材料，用以灵活调节后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统的阻尼。

《一种扬声器系统》中的阻尼情况，取决于扬声器的阻尼、声通道的影响和箱体内的空气三个主要方面，调节起来不甚方便，这限制了扬声器的选用范围。为了更灵活地利用已有高低阻尼值扬声器，本发明可在环形管通道内或其出口端，或某些环形管通道单元内或其出口端增加阻尼材料，用以必要时调节系统的阻尼。

附图说明：

图1是单后向精密环形管复合通道+前向精密环形管复合通道的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统。

图2是单后向精密环形管复合通道+前向精密环形管复合通道组的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例进一步描述本发明。

如图1所示，本发明包括纸盆扬声器1，所述纸盆扬声器1包括带有辐射口的盆架1-1和与盆架1-1相连接的振动纸盆1-2，盆架1-1与振动纸盆1-2同轴；所述盆架1-1的后端安装有圆形磁铁1-3，盆架1-1与圆形磁铁1-3同轴；还包括前端安装在圆形磁铁1-3的外圆周上且与圆形磁铁1-3同轴的第二内套管2，还包括与第二内套管2同轴的外套管3，外套管3的前端口密闭安装在盆架1-1上，盆架辐射口位于外套管3的内部；第二内套管2的外壁与外套管3的内壁之间形成环形管通道4；所述盆架1-1的盆架侧壁前端带有外翻边；还包括后端安装在所述外翻边上且与振动纸盆1-2同轴的前外套管7，在所述前外套管7内部设置有与前外套管7同轴的前内套管8；所述前内套管8与前外套管7互相固定连接；前内套管8的外壁与前外套管7的内壁之间形成前向环形管通道6。所述圆形磁铁1-3与振动纸盆1-2同轴。

还包括一段以振动体纸盆1-2轴线O为中心轴的圆台状的第一内套管5，第一内套管5的前端口密闭连接在盆架1-1的后端根部至盆架辐射口后边沿之间，第一内套管5后端与第二内套管2前端相对齐连接，在第一内套管5前端安装处与第二内套管2之间形成平滑的圆台状过渡面；第一内套管5与第二内套管2之间为光滑过渡。第一内套管5还可以用膏质物涂抹平滑到相应的位置，凝固后形成。

过振动体纸盆1-2的轴线O的立平剖面与第二内套管2一侧外壁之间的相交线为L1，所述剖面与L1同一侧的外套管3内壁的相交线为L2。L1与L2可互相平行。

外套管3与第一内套管5之间为环形空间10，环形空间10与所述环形管通道4共同构成用于辐射传递扬声器背向的声波的精密环形管复合通道。

L1、L2与轴线O之间的夹角为α,α的角度范围为0°≤α≤90°，当α1＜α≤90°时，在环形管通道4内安装有走向与环形管通道4一致的若干组后向阻挡件，后向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻后向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。后向阻挡件可为楔形板。

α1的确定方式如下：当α＜α1时，环形管通道4在前后走向上横截面积基本一致，环形管通道4基本可以作为声质量元件。

α=90°时，第一内套管5、外套管3和第二内套管2均为环形平板状或者外套管3和第二内套管2均为环形平板状。

所述的辐射口的总面积占盆架1-1侧壁总面积的比例在保证结构强度的前提下尽量大，比如不小于80%。

盆架1-1的形式还可以是：它的侧壁贴合安装在外套管3的内壁上，所述盆架1-1的底盘与侧壁之间连接有若干支撑筋，相邻支撑筋之间为辐射口。

环形管通道4出口处可安装有阻尼层。

还包括一段以振动体纸盆1-2轴线O为中心轴的隔挡件9，隔挡件9的后端位于振动纸盆1-2最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件9的前端与前内套管8后端相对齐连接，隔挡件9的外壁为平滑面；隔挡件9与前内套管8之间为光滑过渡。所述隔挡件9可为圆锥状，它的圆锥端位于振动纸盆1-2最大振幅处的前方并且靠近该最大振幅处。

过所述的轴线O的剖面与前内套管8一侧外壁之间的相交线为L3，所述剖面与前外套管7内壁之间的与L3同一侧的相交线为L4，L3与L4可互相平行。

L3、L4与轴线O之间的夹角为α，α的角度范围为0°≤α≤90°，当α1＜α≤90°时，在前向环形管通道6内安装有走向与前向环形管通道6一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。α1的确定方式如下：当α＜α1时，第二环形管通道4前后横截面积基本一致，前向环形管通道6基本可以作为声质量元件。

α=90°时，前内套管8与前外套管7为环形平板状。

外套管7与隔挡件9之间为环形空间11；所述前向环形管通道6和所述环形空间11的长度均小于或等于该管通道内通过的扬声器系统的低频谐振声波波长的1/10。

前外套管7与隔挡件9之间为环形空间11，环形空间11与所述前向环形管通道6共同构成用于辐射传递扬声器前向的声波的前向精密环形管复合通道。

前向环形管通道6出口处可安装有阻尼层。

如图2所示，本发明还可以包括位于所述前外套管7与前内套管8之间的至少一根前向中间套管14，前向中间套管14与振动纸盆1-2同轴；前向中间套管14的后端尽量靠近与振动纸盆1-2前向对应位置的最大振幅处；所述前向中间套管14、前外套管8和前内套管7通过互相固定连接；前向中间套管14、前外套管8和前内套管7之间形成至少两个前向环形通道单元6-1。

过所述轴线O的剖面与前内套管8一侧外壁之间的相交线为L3，所述剖面与前外套管7内壁之间的与L3同一侧的相交线为L4；所述剖面与前向中间套管14的内壁以及外壁之间的与L3同一侧的相交线分别为L7、L8；L3、L4 、L7 、L8可互相平行。

L3、L4、L7与轴线O之间的夹角为β，β的角度范围为0°≤β≤90°，当β1＜β≤90°时，在前向环形管通道单元6-1内安装有走向与前向环形管通道单元6-1一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。β1的确定方式如下：当β＜β1时，第二环形管通道4前后横截面积基本一致，前向环形通道单元6-1基本可以作为声质量元件。

阻隔件9外周的前向中间套管14、前内套管8和前外套管7之间为环形空间11；环形空间11以及所述前向环形通道单元6-1的长度均小于或等于扬声器系统的低频谐振声波波长的1/10。

L3、L4、L7、L8与轴线O之间的夹角β=90°，前向中间套管14、前内套管8和外套管7为环形平板状。

后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统的相关计算：

以后向精密环形管复合通道扬声器系统为例。后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中，扬声器振动体背向辐射出的声波通过扬声器盆架上的环形辐射开口输出，进入后向环形空间并经后向环形管通道的出口端输出到通道外，因此通道内的空气成为扬声器的一部分，任一时刻，通道内的空气成为振动体的最直接的负载。由于后向精密环形管复合通道狭短，当扬声器工作于低频时，振动体产生的声压于声质量元件所在通道内得以维持一段时间，因此通道内声压升高，此时通道内的空气负载对扬声器振动体的反作用加强，后向精密环形管复合通道扬声器系统产生了更有力的声辐射。

精密环形管复合通道，是由一些相对于所要重放低音波长长度而言的短管构成。设计时，通常环形空间通道的进出口的横截面积不同，环形管通道进出口的横截面积相同，此时的后向精密环形管复合通道扬声器系统，当扬声器工作于低频时，后向环形空间通道构成环形管声变量器元件，后向环形管通道构成环形管声质量元件。

此处的环形管声变量器有两个作用，一、声变量器能够通过其变比改变声其两端的力阻抗，即变换声质量元件作用于扬声器上的力阻抗，二、通过声变量器的变比放大作用，将声质量元件的声质量等效增加到扬声器一端，增加扬声器总的等效质量，这能降低扬声器的低频力谐振频率，提高扬声器低频辐射效率。相对于《一种扬声器系统》而言，由于用这种光滑的环形管通道作声变量器，极大减少了声波通过其内部的能量损失，使得这种结构的声变量器能做得很精密，这也是本发明精密环形管复合通道扬声器系统名称中精密两字的含义。

后向精密环形管复合通道扬声器系统中，当扬声器工作于低频时，因通道是声质量元件，其通道内的空气是不被压缩的，因此环形管声变量器元件和环形管声质量元件有相同的体积速度，扬声器辐射声波可无阻碍、无损耗通过第一通道后，并经通道传递到通道外的空气中，但这种声质量仅在扬声器工作于低频时才存在，一旦扬声器脱离低频进入中频区域工作，这个声质量也就消失，可见扬声器振动体能正常轻松地有低音区转向高音区工作。

后向精密环形管复合通道扬声器系统中，由于后向环形空间与后向环形管通道有相同的摩擦系数，后向精密环形管复合通道内的声能损失被等效成一个共同的声损耗元件R_A2（管内空气运动与管壁的粘滞摩擦形成）。可见后向精密环形管复合通道扬声器系统，其辐射传声通道是一个包含声变量器、声质量元件M_A2、声损耗元件R_A2的复合声结构。           

在导纳型类比等效线路中，环形管声变量器元件和环形管声质量元件有相同的体积速度以及声变量器两端的力阻抗变换作用，体现为两个元件的并联关系和声变量器的变比，声变量器的变比S₂/S₁，反映了这个接在扬声器和声质量元件之间的声变量器的力阻抗变换作用，也将进一步增加通道中的声质量等效作用在扬声器振动体上的同振质量。 

后向精密环形管复合通道扬声器系统的有关计算如下：  

设外套管为面积为S₁的圆直管，同时S₁也是扬声器低频时的有效振动体面积。通道为圆环状直通道，面积为S₂，长度为了L₂。则面积为S₂的通道中空气的质量.M_MA0= S₂*L₂*ρ₀，声质量M_A0=M_MA0/ S₂ ² =ρ₀ L₂/ S₂ ，可见通道的空气质量、声质量都与该通道的长度成正比即，而其内的声质量与S₂面积成反比，其空气质量与S₂面积成正比，这就是环形管声质量元件的特点，这意味着一个较小截面积的环形管通道内的声质量较大。

M_A0归一化到扬声器的S₁面的等效质量为（S₁/S₂）²M_A0，其中S₁/S₂为环形管声变量器的变比。 通常S₁大于S₂时更容易保证通道中低频时存在声质量元件，因此应用中使S₁大于S₂，此时（S₁/S₂）²M_A0大于M_A0。即，经环形空间声变量器变换到扬声器振动体上的通道的等效声质量大大提高了。

在仅考虑后向精密环形管复合通道影响而不考虑前向精密环形管复合通道影响的情况下，由扬声器系统低频谐振公式ω0＝可知，此时后向精密环形管复合通道内电动扬声器总等效质量Ｍ_M包括锥盆等效质量、音圈等效质量、振动体正面同振质量、背面同振质量及后向环形管声质量元件的声质量的等效值（S₁/S₂）²M_A0，根据振动体在声管中辐射的特点，整个声管内包含扬声器背向的同振质量Ｍ_MR2，实际应用中，精密环形管复合通道是一只短通道，因此只要后向环形管声质量通道的声质量的M_A2的等效质量（S₁/S₂）²M_A0大于扬声器振动体背向的同振质量M_MR2，后向精密环形管复合通道扬声器系统的总的等效Ｍ_M将增加。此时原扬声器背向的同振质量Ｍ_MR2包含在（S₁/S₂）²M_A0内，即此时，后向精密环形管复合通道扬声器系统的总等效振动质量Ｍ_M=Ｍ₁+Ｍ₂+Ｍ_MR1+（S₁/S₂）²M_A0，大于没有精密环形套管时扬声器的总等效振动质量Ｍ_M=Ｍ₁+Ｍ₂+Ｍ_MR1+Ｍ_MR2，可见，后向精密环形管复合通道扬声器系统中因增加了一个（S₁/S₂）²M_A0值，使扬声器的低频谐振频率ω₀变小，系统产生了更低的力的谐振频率，能辐射出更低频的声音。这种用法时，后向精密环形管复合通道组种的情况，与后向精密环形管复合通道中原理相同。

后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统中，声波在前向精密环形管复合通道中的辐射传递，与声波在后向精密环形管复合通道中的辐射传递的工作原理相同。因此，上述计算方法和结论不仅适用于后向精密环形管复合通道扬声器系统，同样适用于前向精密环形管复合通道扬声器系统，即，前向精密环形管复合通道内的环形管通道构成的声质量元件，同样可以使扬声器增加一个（S₁/S₂）²M_A0值，这也能使得使扬声器的低频谐振频率ω₀变小，系统产生更低的力的谐振频率，能辐射出更低频的声音。这种用法时，前向精密环形管复合通道组中的情况，与前向精密环形管复合通道中原理相同。

Claims (10)

1.后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，包括纸盆扬声器（1），所述纸盆扬声器（1）包括带有辐射口的盆架（1-1）和与盆架（1-1）相连接的振动体纸盆（1-2），盆架（1-1）与振动体纸盆（1-2）同轴；所述盆架（1-1）的后端安装有圆形磁铁（1-3），盆架（1-1）与圆形磁铁（1-3）同轴；还包括前端安装在圆形磁铁（1-3）的外圆周上且与圆形磁铁（1-3）同轴的第二内套管（2），还包括与第二内套管（2）同轴的外套管（3），外套管（3）的前端口密闭安装在盆架（1-1）上，盆架辐射口位于外套管（3）的内部；第二内套管（2）的外壁与外套管（3）的内壁之间形成后向环形管通道（4）；其特征在于：所述盆架（1-1）的盆架侧壁前端带有外翻边；还包括后端安装在所述外翻边上且与振动体纸盆（1-2）同轴的前外套管（7），在所述前外套管（7）内部设置有与前外套管（7）同轴的前内套管（8）；所述前内套管（8）与前外套管（7）互相固定连接；前内套管（8）的外壁与前外套管（7）的内壁之间形成前向环形管通道（6）。

2.根据权利要求1所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括一段以振动体纸盆（1-2）轴线O为中心轴的圆台状的第一内套管（5），第一内套管（5）的前端口密闭连接在盆架（1-1）的后端根部至盆架辐射口后边沿之间，第一内套管（5）后端与第二内套管（2）前端相对齐连接，在第一内套管（5）前端安装处与第二内套管（2）之间形成平滑的圆台状过渡面；第一内套管（5）与第二内套管（2）之间为光滑过渡。

3.根据权利要求1所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：在后向环形管通道（4）内安装有走向与后向环形管通道（4）一致的若干组后向阻挡件，后向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻后向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

4.根据权利要求1或2或3所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：在前向环形管通道（6）内安装有走向与前向环形管通道（6）一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

5.根据权利要求1或2或3所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括位于所述前外套管（7）与前内套管（8）之间的至少一根前向中间套管（14），前向中间套管（14）与振动体纸盆（1-2）同轴；前向中间套管（14）的后端尽量靠近与振动体纸盆（1-2）前向对应位置的最大振幅处；所述前向中间套管（14）、前外套管（8）和前内套管（7）互相固定连接；前向中间套管（14）、前外套管（8）和前内套管（7）之间形成至少两个前向环形通道单元（6-1）。

6.根据权利要求5所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：在前向环形管通道单元（6-1）内安装有走向与前向环形管通道单元（6-1）一致的若干组前向阻挡件，前向阻挡件内为为实心体或者为封闭体，相邻前向阻挡件之间为传声通道，每个传声通道沿其传声方向具有一致的横截面积。

7.根据权利要求1或2或3所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括一段以振动体纸盆（1-2）轴线O为中心轴的隔挡件（9），隔挡件（9）的后端位于振动体纸盆（1-2）最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件（9）的前端与前内套管（8）后端相对齐连接，隔挡件（9）的外壁为平滑面；隔挡件（9）与前内套管（8）之间为光滑过渡。

8.根据权利要求4所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括一段以振动体纸盆（1-2）轴线O为中心轴的隔挡件（9），隔挡件（9）的后端位于振动体纸盆（1-2）最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件（9）的前端与前内套管（8）后端相对齐连接，隔挡件（9）的外壁为平滑面；隔挡件（9）与前内套管（8）之间为光滑过渡。

9.根据权利要求5所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括一段以振动体纸盆（1-2）轴线O为中心轴的隔挡件（9），隔挡件（9）的后端位于振动体纸盆（1-2）最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件（9）的前端与前内套管（8）后端相对齐连接，隔挡件（9）的外壁为平滑面；隔挡件（9）与前内套管（8）之间为光滑过渡。

10.根据权利要求6所述的后向为单通道的前后向精密环形管复合通道组合式扬声器系统，其特征在于：还包括一段以振动体纸盆（1-2）轴线O为中心轴的隔挡件（9），隔挡件（9）的后端位于振动体纸盆（1-2）最大振幅处的前方并且尽量靠近该最大振幅处；隔挡件（9）的前端与前内套管（8）后端相对齐连接，隔挡件（9）的外壁为平滑面；隔挡件（9）与前内套管（8）之间为光滑过渡。