CN103392348A - 声号筒增益管理 - Google Patents

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Abstract

一种具有增益渐变的号筒扬声器。该号筒扬声器包括声号筒。该声号筒包括用于确定该声号筒的水平扩散角的侧壁，用于确定该声号筒的垂直扩散角的顶壁和底壁，以及通过具有段的衍射槽耦合到该声号筒的多个声学驱动器。该段中的每一段以短于号筒扬声器的操作范围的最高频率的波长的一半与相邻段分开。该号筒扬声器进一步包括用于将音频信号传送到多个声学驱动器的电路，该电路包括第一信号衰减元件，其电耦合音频信号输入元件和该声学驱动器中的第一声学驱动器。

Description

声号筒增益管理
技术领域
本发明描述了具有增益渐变(gain shading)的号筒扬声器。
发明内容
在本发明的一个方面，号筒扬声器包括声号筒。该声号筒包括：侧壁，用来确定该声号筒的水平扩散角；顶壁和底壁，用来确定该声号筒的垂直扩散角；多个声学驱动器，通过具有段的衍射槽耦合到该声号筒，该段中的每一段以短于号筒扬声器的操作范围的最高频率的波长的一半与相邻段分开；以及电路，用来将音频信号传送到多个声学驱动器。该电路包括第一信号衰减元件，其电耦合音频信号输入元件和该声学驱动器中的第一声学驱动器。该电路可以进一步包括第二信号衰减元件，其耦合声学信号输入元件和该声学驱动器中的第二声学驱动器。该电路可以被配置成使得该信号衰减元件电耦合音频信号输入元件和该声学驱动器中的第二声学驱动器。该声学可以进一步包括第二信号衰减元件，其耦合该声学信号输入元件以及该声学驱动器中的第三声学驱动器和第四声学驱动器。该电路可以包括单放大器。该电路可以包括降压变压器。该降压变压器可以包括多于两个的分接头。每个该多个声学驱动器可以是可备选地耦合到每个该多个分接头。该段中的每一段可以以短于0.81cm与相邻段分开。
在本发明的另一方面，声学系统包括声号筒。该声号筒包括被连接以形成单口的侧壁以及顶壁和底壁；多个声学驱动器，通过各自的声导管声学地耦合到该声号筒，每个声导管具有入口端和出口端。耦合该出口端以形成单衍射槽。该声学系统进一步包括用于将音频信号提供到多个声学驱动器的电路。该电路包括信号衰减器，其耦合信号输入元件和该声学驱动器中的至少一个声学驱动器。该单衍射槽可以是分段的衍射槽。该多个伸长端可以沿弧线对齐。该信号衰减器可以包括降压变压器。该电路可以包括旁路该信号衰减器的路径。该电路可以包括第二信号衰减器，其耦合该信号输入元件和该声学驱动器中的第二声学驱动器。该第一信号衰减器和该第二信号衰减器可以被合并在单变压器中。该单变压器可以包括多个分接头，使得该第一信号衰减器和该第二信号衰减器的衰减是可选的。该电路可以被配置成使得提供到该声学驱动器中的第二声学驱动器的音频信号的幅度与提供到该声学驱动器中的第三声学驱动器的音频信号的幅度大致上相同。
在本发明的第三方面，声号筒扬声器包括声号筒；多个声学驱动器，声学地耦合到该声号筒；以及电路，用于将音频信号源耦合到该多个声号筒。该电路包括用于对提供到该声学驱动器中的至少一个声学驱动器的该音频信号进行衰减的降压变压器。该降压变压器可以包括多个分接头，使得应用到每个该多个声学驱动器的衰减量可以是可调节的。每个分接头可以是可耦合到每个声学驱动器的。
当结合下面的附图阅读时，其它特征、目的和益处从下面的详细描述中将变得显而易见，其中：
附图说明
图1A是声号筒的图解侧视图、顶视图和前视图；
图1B是具有组装在单外壳中的两个号筒扬声器的现有技术布置的前视图；
图2是用于在号筒扬声器内使用的声学组件的前倾斜等距视图；
图3是包括声学驱动器、声导管和号筒侧壁的组件的后倾斜等距视图；
图4是图3的组件的俯视图；
图5是进一步包括顶外壳壁和底外壳壁的图3和图4的组件的倾斜等距前视图；
图6是具有低音模块的图5的组件的前倾斜等距视图；
图7是在中等尺寸的场所中的号筒扬声器的图解视图；
图8是一个解决提供足够但不过量的SPL到位于自号筒扬声器系统显著不同的距离的位置的问题的现有技术方法的图解视图；
图9-图11是号筒扬声器系统的图解视图；
图12是具有多个分接头的降压变压器的电气图；
图13和图14是号筒组件的俯视图；以及
图15和图16是声学组件的前倾斜等距视图。
具体实施方式
虽然附图的若干视图的元件可以作为框图中的分立元件进行显示和描述并且可以称为“电路”，但是除非另有所指，否则元件可以作为模拟电路、数字电路或执行软件指令的一个或多个微处理器中的一个或其组合来实施。
本发明描述了一种号筒扬声器。如在此使用的“号筒扬声器”包括一个或多个声学驱动器(典型地为压缩驱动器)，其典型地通过衍射槽将压力波辐射进声号筒。号筒具有侧壁以及顶壁和底壁(或者等同物，如果在如下面图1的坐标系中所示的X-Z平面中号筒在横截面上具有非矩形的形状)并且声学地加载声学驱动器。顶壁和底壁控制在宽频率范围上的垂直指向性(即，在如下面图1的坐标系中所示的Y-Z平面中的扩散)。声学驱动器可以以直线形式布置并且可以称为“线阵列”。线阵列可以直接地或者通过导管声学地耦合到衍射槽。如下面将进行描述的，有时两个或更多号筒扬声器可以组装在单外壳中。
线阵列可以或可以不声学地耦合到号筒。不耦合到号筒的直线阵列的垂直扩散角大致上为零，使得主要通过线阵列的长度、线阵列的曲线或等价于线阵列的曲线的时延来确定不声学地耦合到号筒的线阵列的垂直扩散。主要通过号筒的扩散角上壁和下壁来确定号筒的垂直扩散角。
图1A是号筒扬声器10的图解视图。在下面的阐释中，将会使用坐标系。打算辐射的方向(由箭头28指示)沿着Y轴方向。X轴相对于图1的朝向上的扬声器是水平的，且垂直于Y轴，并且Z轴是垂直的且垂直于由Y轴和X轴所限定的平面。
多个(在本示例中为四个)声学驱动器12在号筒喉端13通过声导管16声学地耦合到号筒。导管出口端(即，导管的声学地耦合到号筒的那端)可以直接机械地耦合到号筒。备选地，导管的出口端可以组合成歧管，其声学地耦合到号筒。导管的出口端可以在相对于前视图和侧视图的垂直方向上伸长。声导管的伸长的出口开口或歧管的出口可以在号筒处在伸长的方向上对齐以形成衍射槽。衍射槽可以是分段的，其没有以长于感兴趣的最高频率的波长的一半与相邻的部分分开的段。在一个实现方式中，段以不长于16kHz(具有大约2.15cm的相应波长)的3/8(0.375)波长与相邻的段分开，从而段以不长于0.375×2.15＝0.81cm(约0.3英寸)分开。号筒包括号筒侧壁18A和18B，以及顶壁20A和底壁20B。为了显示侧壁18A和18B的细节，顶壁20A和底壁20B在顶视图中未示出。侧壁18A和18B向外展开。在一些实现方式中，壁可以线性地向外展开。在其它实现方式(例如图1的实现方式)中，侧壁18A和18B可以具有两个平面部分，第一平面部分21A和21B以一个比率线性地向外展开，且第二平面部分23A和23B以不同的比率线性地向外展开。在其它实现方式中，号筒壁可以具有不同的几何形状。例如，壁可以线性地展开或者根据连续曲线(例如指数曲线或圆锥曲线)向外弯曲。此外，侧壁可以非对称地向外展开。顶壁20A和底壁20B可以分别以角φ从口17向下和向上展开，使得垂直扩散角为2φ。号筒可以被部分地包围在外壳22中(仅在侧视图中以虚线示出)。由于下面将要描述的原因，顶壁24A和底壁24B可以是彼此不平行的，并且分别与号筒的顶20A和底20B是不平行的。外壳22可以具有侧壁或后壁，但其与本申请关系不大而在附图中未示出。
在操作中，声学驱动器将电能转换为声能，声能被传导到号筒。声能在号筒喉端13进入号筒，且以受控的和可预测的辐射图在口17处离开号筒，其具有由角φ确定的垂直扩散角(即，在图1的坐标系的Y-Z平面中的扩散角)以及由侧壁18A和18B的展开确定的水平扩散角(即，在图1的坐标系的X-Y平面中的扩散角)。
如上所述，有时两个或更多号筒扬声器被组装到单外壳中。图1B示出了组装在单外壳11中的两个号筒扬声器10-1和10-2的前视图。每个号筒扬声器10-1和10-2分别包括声学地耦合到衍射槽14-1和14-2的多个声学驱动器。号筒扬声器10-1具有号筒，该号筒分别具有顶壁20A-1和底壁20B-1以及侧壁18A-1和18B-1。号筒扬声器10-2具有号筒，该号筒分别具有顶壁20A-2和底壁20B-2以及侧壁18A-1和18B-1。
图2示出了声学组件的前倾斜等距视图，其用于在根据美国专利申请12/898,947(在此通过引用被结合进来)的号筒扬声器中使用。该组件包括六个模块，每个模块包括声学驱动器12A-12F，其在声导管的一端声学地耦合到声导管16A-16F。声导管的另一端是大致上平面伸长的开口。该伸长的开口沿弧线在伸长的方向上对齐，以形成分段的衍射槽14。
图3和图4分别示出了具有号筒侧壁18A和18B的根据图2的声学驱动器和声导管组件的后倾斜等距视图和俯视图。在该组件中，号筒侧壁18A和18B不是平面的并且具有一定的曲率。为了示出侧壁18A和18B，在该视图中不示出顶壁和底壁。在附图中，侧壁18A和18B示出为在X-Y平面中对称地展开。在一些实现方式中，侧壁可以在X-Y平面中非对称地展开。一些声学驱动器和一些声导管在图3中是不可见的。
图5示出了图3和图4的组件的倾斜等距前视图，其具有顶外壳壁24A和底外壳壁24B(其在此配置中亦是顶号筒壁和底号筒壁；在其它配置中，顶外壳壁和底外壳壁可以与顶号筒壁和底号筒壁分开)，使顶外壳壁24A和底外壳壁24B成角度以提供40度的垂直扩散角。在图5中，龙骨56的前缘70的曲线是可见的。顶壁24A和底壁24B可以机械地紧固到龙骨56的端部。外壳22不具有侧面或背面，并且不论垂直扩散角如何，相同部件可以用于顶壁24A和底壁24B。号筒侧壁18A和18B可以通过机械紧固到龙骨56并且通过将侧壁的顶缘和底缘插入到顶24A和底24B中的槽74中来固定就位。龙骨还起到声学组件的安装点的作用，使得伸长的开口(之前视图的114)沿弧线固定就位以形成分段的衍射槽。
图5的组件使得能够提供这样的号筒扬声器，其具有广泛的垂直扩散角和水平扩散角，许多部件对所有垂直扩散角和水平扩散角而言是标准的，并且具有制造过程的最小变化。例如，顶壁24A、底壁24B、声学驱动器、声导管和低音模块可以全部是标准的。仅龙骨56、侧支架57以及号筒侧壁18A和18B需要是变化的以改变垂直扩散角。水平扩散角可以通过改变槽74的朝向而变化。不论垂直扩散角或水平扩散角如何，用于所有号筒扬声器的组装过程大致上是相同的。
图6示出了图5的具有低音模块80A和80B的组件。低音模块80A和80B可以包括安装在具有端口84的低音外壳82中的标称的25.4cm(10英寸)低音扬声器驱动器86。低音模块可以机械地紧固到侧支架57，侧支架57可以机械地紧固到顶壁24A和底壁24B。将在下文对元件60、62、64、65和66进行解释。
图2-图6的号筒扬声器的操作和配置的进一步细节可以在美国专利申请12/898,947中找到。
图7是在中等尺寸的场所(例如体育竞技场，其包括多个聆听位置，这些位置具有自号筒扬声器100逐渐增大的距离)中的号筒扬声器的图解视图。距离号筒扬声器最远的就坐位置212比最近的就坐位置210显著地更加远离号筒扬声器(在这种情况下约为4倍，但在实际的实现方式中则远大于4倍)。
在图7的情况下，在所有聆听位置提供足够但又不过量的声压级(SPL)可能是困难的。在诸如试图近似于点源的许多号筒扬声器之类的扬声器的情况下，声压级(SPL)随大约自点声源的距离的平方而下降。如果在位置212有足够的SPL，则在位置210可能有过量的SPL。如果在位置210有合适的SPL，则在位置212的SPL可能是不足的。
图8是一个解决提供足够但不过量的SPL到位于自号筒扬声器系统显著不同的距离的位置的问题的现有技术方法的图解视图。图8的号筒扬声器系统包括两个号筒扬声器100-1和100-2，其被配置和定位成使得聆听位置212接收主要来自号筒扬声器100-1的辐射并且使得聆听位置210接收主要来自号筒扬声器100-2的辐射。在一些示例中，如图1B中所示，两个号筒可以装在单外壳中。增益G1(足以提供所期望的SPL到就坐位置212)被施加到音频信号，且将放大的音频信号通过号筒扬声器100-1转换为声能。增益G2(小于G1且足以提供SPL到就坐位置210)被施加到音频信号，且将放大的音频信号通过号筒扬声器100-2转换为声能。虽然图2的布置可以提供适当量的SPL到每个聆听位置210和212，但其可能在经济上是低效的。图8是图解视图；元件100-1和100-2未必表示实际实现方式的朝向或形状。
图9示出了号筒扬声器系统，其使用单号筒和耦合音频信号源20和号筒扬声器100的单放大器22来提供足够但不过量的SPL到位于自单号筒显著不同的距离的位置。
在第一配置中，号筒100A包括多个模块，每个模块包括声学驱动器12-1...12-n(在该示例中，n＝6)和将相应的压缩驱动器与衍射槽声学地耦合的声导管。音频信号源耦合到放大器22。放大器通过信号衰减器36-1...36-n分别耦合到每一个声学驱动器12-1...12-n。
在操作中，放大器22将来自音频信号源的音频信号放大到这样的幅度，该幅度在距离号筒扬声器最远的位置处导致足够的SPL。到声学驱动器的信号的幅度被衰减以使得朝着最远聆听位置的声能衰减很小或者根本不衰减，而到最近聆听位置的信号被衰减因而其不接收过量的声能。到每一个其它声学驱动器的信号以这样的量(a...n；在该示例中，n＝f)衰减，其导致在位置210的SPL不显著地大于在位置212的SPL。
图10示出了号筒扬声器的另一实施例。在图10的实施例中，放大器和声学驱动器之间有开关，使得用户具有衰减或不衰减到每个声学驱动器的信号的选择。
图11示出了另一实施例。在图11的实施例中，对模块进行分组(在该示例中，两个一组，分为三组)且每组通过信号衰减器耦合到放大器。这向用户提供了较少的灵活性，但需要较少的部件。在图11的一个实现方式中，a＝0dB、b＝1.5dB且c＝3dB。号筒元件如美国专利申请12/898,947中所描述的那样。电压衰减器是降压变压器。
图12示出了降压变压器100，其可以被用于之前附图的电压衰减器36-1...36-n中的一个或多个。降压变压器的次级侧102具有在-1dB、-2.5dB和-4.5dB的分接头。图12的布置允许衰减因数的大量的选择。例如，可以通过在端子104和分接头106之间耦合声学驱动器的引线来获得-1dB；可以通过将声学驱动器的引线耦合到分接头106和108来获得-1.5dB；可以通过在分接头108和110之间耦合声学驱动器的引线来获得-2dB；可以通过在端子104和引线分接头108之间耦合声学驱动器的引线来获得-2.5dB；可以通过在分接头106和110之间耦合声学驱动器的引线来获得-3.5dB；以及可以通过将声学驱动器的引线耦合到端子104和分接头110来获得-4.5dB。在更多且不同的衰减处增加更多分接头可以允许衰减因数的甚至更多的选择。
再次参考图6，在根据美国专利申请12/898,947建立的号筒中，可以在号筒壁18B和低音模块80B的侧壁62之间存在楔形空隙60，以及在低音模块80B的顶壁66和顶外壳壁24A之间存在另一楔形空隙64。可以在号筒壁18A和低音模块80A的侧壁之间以及在低音模块80A的顶壁和顶外壳壁24A之间存在相似的楔形空隙。空隙的确切形状和尺寸可以根据号筒扬声器中的号筒和其它物理结构(例如低音模块)的几何形状而变化。楔形空隙60和64可能具有不期望的副作用，例如在号筒的输出中的窄带损失(或“陷波”)。可以通过用吸声材料(例如开孔泡沫)填满空隙来减少窄带损失。
图13示出了图6的组件的俯视图，其移去顶外壳壁24B以示出内部细节并且省略一些元件以避免附图中的杂乱。在图13中，大致上符合空隙60的形状的吸声材料(诸如开孔泡沫)的三维楔形件68被置于空隙60中。
图14示出了与图13的俯视图类似的俯视图，其具有用于减少窄带损失的另一配置。在图14的配置中，存在隔绝空隙60(即，将空隙60与号筒外壳内体积的其它部分以及与号筒组件的外部分开)但不填充空隙的诸如闭孔泡沫之类的材料的第一大体平面的前部结构70或“障板”。在一个示例中，前部结构70是约50mm厚的闭孔泡沫。
图15是图14的组件的前倾斜视图。
图16是图15的组件的前倾斜等距视图，其具有第一大体平面的前部结构70以及具有隔绝空隙64(即，将空隙与号筒外壳内体积的其它部分以及与号筒组件的外部分开)但不填充空隙的闭孔泡沫的第二大体平面的前部结构72或“障板”。在一个示例中，前部结构72是约50mm厚的闭孔泡沫。在图15的一个实现方式中，号筒扬声器的输出比具有开孔泡沫的图13的配置高2dB到3dB。
可以对在此公开的具体装置和技术进行多种使用和变更而不背离本发明概念。因此，本发明应被理解为包括每个新特征和在此公开的特征的新组合，并且仅被所附权利要求的精神和范围所限制。

Claims (21)

1.一种号筒扬声器，包括
声号筒，包括：
侧壁，用于确定所述声号筒的水平扩散角；
顶壁和底壁，用于确定所述声号筒的垂直扩散角；
多个声学驱动器，通过具有段的衍射槽耦合到所述声号筒，所述段中的每一段以短于所述号筒扬声器的操作范围的最高频率的波长的一半与相邻段分开；
电路，用于将音频信号传送到所述多个声学驱动器，所述电路包括第一信号衰减元件，所述第一信号衰减元件电耦合音频信号输入元件和所述声学驱动器中的第一声学驱动器。
2.如权利要求1所述的号筒扬声器，所述电路进一步包括第二信号衰减元件，所述第二信号衰减元件耦合所述声学信号输入元件和所述声学驱动器中的第二声学驱动器。
3.如权利要求1所述的号筒扬声器，所述电路被配置成使得所述信号衰减元件电耦合所述音频信号输入元件和所述声学驱动器中的第二声学驱动器。
4.如权利要求3所述的声号筒，进一步包括第二信号衰减元件，所述第二信号衰减元件耦合所述声学信号输入元件以及所述声学驱动器中的第三声学驱动器和第四声学驱动器。
5.如权利要求1所述的声号筒，其中所述电路包括单放大器。
6.如权利要求1所述的号筒扬声器，其中所述电路包括降压变压器。
7.如权利要求6所述的号筒扬声器，其中所述降压变压器包括多个多于两个的分接头。
8.如权利要求7所述的号筒扬声器，其中每个所述多个声学驱动器是可备选地耦合到每个所述多个分接头的。
9.如权利要求1所述的号筒扬声器，其中每个所述段以短于0.81cm与所述相邻段分开。
10.一种声学系统，包括：
声号筒，包括被连接以形成单口的侧壁以及顶壁和底壁；
多个声学驱动器，通过各自的声导管声学地耦合到所述声号筒，每个所述声导管具有入口端和出口端，其中耦合所述出口端以形成单衍射槽；
电路，用于将音频信号提供到所述多个声学驱动器，所述电路包括信号衰减器，所述信号衰减器耦合信号输入元件和所述声学驱动器中的至少一个声学驱动器。
11.如权利要求10所述的声学系统，其中所述单衍射槽是分段的衍射槽。
12.如权利要求12所述的声学系统，其中所述多个伸长端沿弧线对齐。
13.如权利要求10所述的声学系统，其中所述信号衰减器包括降压变压器。
14.如权利要求10所述的声学系统，所述电路包括旁路所述信号衰减器的路径。
15.如权利要求10所述的声学系统，所述电路包括第二信号衰减器，所述第二信号衰减器耦合所述信号输入元件和所述声学驱动器中的第二声学驱动器。
16.如权利要求15所述的声学系统，其中所述第一信号衰减器和所述第二信号衰减器被合并在单变压器中。
17.如权利要求16所述的声学系统，其中所述单变压器包括多个分接头以使得所述第一信号衰减器和所述第二信号衰减器的衰减是可选的。
18.如权利要求10所述的声学系统，其中所述电路被配置成使得提供到所述声学驱动器中的所述第二声学驱动器的所述音频信号的幅度与提供到所述声学驱动器中的第三声学驱动器的所述音频信号的幅度大致上相同。
19.一种声号筒扬声器，包括：
声号筒；
多个声学驱动器，声学地耦合到所述声号筒；
电路，用于将音频信号源耦合到所述多个声号筒，所述电路包括用于对提供到所述声学驱动器中的至少一个声学驱动器的所述音频信号进行衰减的降压变压器。
20.如权利要求19所述的声号筒，所述降压变压器包括多个分接头，使得应用到每个所述多个声学驱动器的衰减量是可调节的。
21.如权利要求20所述的声号筒，其中每个所述分接头是可耦合到每个所述声学驱动器的。
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