CN104144376B - 用于消除频率响应下降的扩音器 - Google Patents

Abstract

在至少一个实施方案中，提供一种扬声器系统。所述扬声器系统包括具有前端、后端和第一换能器的扬声器外壳。所述前端经布置以面向收听区域。所述后端经布置以安装到安装表面。所述第一换能器被定位在所述扬声器外壳内以面向所述安装表面，使得所述第一扩音器将声能从所述后端传输到所述安装表面以防止所述传输声能导致的频率响应下降。

Description

用于消除频率响应下降的扩音器

技术领域

本文中公开的实施方案一般来说涉及能够安装在表面上以便消除因与所述表面相互作用而导致的特征频率响应下降。

技术背景

具有高体积置换的入墙式超低音扩音器在Prenta等人的美国公开No.2010/0266149(“‘149公开”)中公开。‘149公开公开了扬声器系统包括安装在墙段中的至少一对有源换能器。所述有源换能器可安装在至少一个外壳中。每一有源换能器具有声音辐射表面。每一有源换能器还基本上垂直于所述墙段的表面来安装，其中声音辐射表面基本上彼此平行。声音辐射表面可面向彼此或背对彼此。入墙式扬声器系统还可包括一对或一对以上无源辐射器以从有源换能器所产生的声压来产生声音。所述墙段中的扬声器对可垂直或水平地安装在墙内，其中扬声器对之间的空间处的开口处有狭槽或通风口。

发明内容

在至少一个实施方案中，提供一种扬声器系统。所述扬声器系统包括具有前端、后端和第一换能器的扬声器外壳。所述前端经布置以面向收听区域。所述后端经布置以安装到安装表面。所述第一换能器位于所述扬声器外壳内以面向所述安装表面，使得所述第一扩音器将声能从所述后端传输向所述安装表面以防止所传输声能导致的频率响应下降。

在至少另一实施方案中，提供一种扬声器系统。所述扬声器系统包括具有前端、后端和第一换能器的扬声器外壳。所述前端经布置以面向收听区域。所述后端经布置以安装到安装表面。所述第一换能器位于所述扬声器外壳内以直接面向所述安装表面，使得所述第一扩音器将声能从所述后端直接传输到所述安装表面中以防止所传输声能导致的频率响应下降。

在至少另一实施方案中，提供一种扬声器系统。所述扬声器系统包括具有前端、后端和第一换能器的扬声器外壳。所述前端经布置以面向收听区域。所述后端经布置以安装到安装表面。所述换能器位于所述扬声器外壳内以将声能从所述后端直接传输到所述安装表面中以防止所传输声能导致的频率响应下降。

附图说明

本公开的实施方案是在所附权利要求书中具体地指出。然而，通过参考以下结合附图所作的详细描述，将更显而易见且将最好地理解各种实施方案的其他特征，在附图中：

图1描绘了安装在墙上的常规扩音器系统；

图2描绘了根据一个实施方案的扩音器系统；

图3描绘了根据一个实施方案的扩音器系统的后侧；

图4描绘了根据一个实施方案的扩音器系统的仰视图；

图5描绘了根据另一实施方案的包括可安装盖的扩音器系统的透视图；

图6描绘了图5的扩音器系统在安装在表面上时的另一透视图；

图7描绘了根据一个实施方案的用于操作扩音器系统的框图；

图8描绘了壁装式环绕声扩音器的经测量低音扩音器响应的一个实例；

图9描绘了根据一个实施方案的扩音器系统的经测量频率响应的一个实例；以及

图10描绘了根据一个实施方案的包括滤波器的扩音器系统的经测量频率响应的另一实例。

具体实施方式

按照要求，在本文中公开了详细实施方案；然而，将理解，所公开的实施方案只是本公开的示例，而本公开可以体现为各种替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸示或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的特定结构和功能细节不被理解为限制性的，而是仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用本公开的主题的代表性依据。

图1描绘了安装在墙12上的常规扩音器系统10。系统10包括外壳14和位于外壳14内的扬声器(或换能器)16。扬声器16背对墙12(或与墙12对置)，以将声能30以低频率传输到房间20中的收听或观测点18(或房间20中的收听区域18)。虽然一般来说希望换能器16远离墙12来传输声能，但扩音器系统10在低频率下展现出全向声辐射特性。因而，从扬声器16传输的声能30与墙12相互作用。

举例来说，在低频率下，声能30以换能器16为中心进行辐射且接触到墙12。反射声能32从墙12反射走且行进到收听点18。这个状况说明了反射声能32行进了较长距离(或较长路径)，这样会使反射声能32到达焦点18的时间相对于声能30到达焦点18的时间发生延迟。在这种情况中，反射声能32的到达时间(其延迟了)可能会干扰声能30，从而在频率中产生在收听点18处观测到的干扰下降。

在声能30的直达波(例如，从换能器16传播到收听点18时的声能)与反射声能32之间的路径长度差等于一半波长的频率下，在收听点18处出现了强相消干扰下降。对于表面(例如，墙壁或天花板)安装式扬声器(例如，垂直或水平安装的扬声器)，下降发生的典型频率范围是在200Hz与600Hz之间。下降发生的频率范围大体上取决于外壳14和换能器16的特性。一般来说，在20Hz与2KHz之间的频率下操作的换能器16可因上述原因而展现出频率下降。随着系统10中所用的换能器16的频率增加，后墙(或表面)反射干扰不再是个问题，因为换能器16的方向性导致从墙12反射较少声能。

图2描绘了根据一个实施方案的扩音器系统50。扩音器系统50包括扬声器外壳52和第一扬声器(或换能器)54。外壳52形成了用于将第一换能器54支撑到垂直或水平表面55(或“安装表面”)上的壳体。所述垂直表面可以是(例如)墙或门。所述水平表面可以是(例如)地板或天花板。在一个实例中，扩音器系统50可为在住宅或商业机构中采用的环绕声系统的一部分。

一般来说，第一换能器54可在20Hz与20KHz之间的工作频率范围下传输声能。在这种情况中，第一换能器54可被布置成全音域扩音器(例如，对于20Hz与200KHz之间的频率)、低音扩音器(例如，对于约20Hz与250Hz之间的频率)或中音驱动器(例如，对于约250Hz与2KHz之间的频率)。第一换能器54包括膜片(或柔性圆锥体)56和绕带(surround)(或悬边)58。膜片56大体上经布置以通过快速振动而产生声(或听得见的)波。绕带58允许膜片移动，且绕带58附接到驱动器(未图示)。

可任选地设置盖60以与外壳52介接，从而安装到表面55上。盖60包括第一侧62和第二侧64。第二侧64大体上经布置以安装到表面55。通过将第二侧64安装到表面55，这个状况说明了第一换能器54面向第一侧62且因此与第一换能器54对置的表面55(例如，墙壁、地板或天花板)面向收听区域(或房间)20。在这种情况中，第一换能器54的后面(例如，膜片56的后面和绕带58的后面)面对外壳52且面对收听区域18。

通过将第一换能器54定位成面向表面55，膜片56将声能传输到盖60中且反过来说传输到表面55中。在这种情况中，第一换能器54和表面55对于收听区域18内的各位置来说变成了几乎重合的源，由此消除了结合图1所述的频率下降。在一个实例中，第一换能器54可位于与表面55相距0.5英寸和1.5英寸的范围内。盖60的厚度(和/或盖60与第一换能器54之间形成的任何间隙)可经布置而指示第一换能器54与表面55之间的所希望距离。在这种情况中，用户可简单地将盖60连接到表面55且随后将外壳52连接到盖60，以确保第一换能器54与表面55之间的距离是适当的以减轻频率响应下降。

盖60可包括第一多个啮合装置66a到66n。在一个实例中，第一多个啮合装置66a到66n可布置成凸形销。外壳52可包括第二多个啮合装置68a到68n，用于与第一多个啮合装置66a到66n介接，使得盖60被固定到外壳52且盖60将外壳52支撑到垂直表面55上。在一个实例中，第二多个啮合装置68a到68n可为凹形开口，用于收纳盖60的凸形销。将认识到，第一多个啮合装置66a到66n可由凹形开口形成，且第二多个啮合装置68a到68n可由凸形销形成。

扩展装置(或扩散器)70可位于盖60的第二侧62上。扩展装置70可增强减轻频率下降的能力。扩展装置70可通过(除了减少声反射之外还)保证声能从膜片56前面平稳地转移到外壳52周围来增强声能传输的频率响应。

将认识到，可移除盖60在系统50中的使用，且外壳52可直接连接到表面55。在这种情况中，第一多个啮合装置66a到66n可位于表面55上且可与外壳52的对应的第二多个啮合装置68a到68n介接，使得将外壳52支撑到表面55上。支座72可连接到外壳52的底侧74，用于在不使用盖60的情况下将外壳52支撑到表面55上。举例来说，支架(未图示)可与平台(未图示)一起提供以由支座72收纳，从而将外壳52支撑到表面55上。当所述支架插入到支座72中时，外壳52可由所述支架和平台支撑。可将外壳52、支架和平台放置成离表面55尽可能地近，其中第一换能器54经布置以直接面对表面55。

外壳52包括前端81和后端83。在盖60连接到外壳52的情况中，第一换能器54位于外壳52内以从后端83直接面对盖60，使得第一换能器54将声能直接传输到盖60中(且随后传输到表面55)。在外壳52连接到表面55的情况中，第一换能器54位于外壳52内且从后端83面向外且面对表面55以将声能直接传输到表面55中。

图3描绘了根据一个实施方案的外壳52的前端81。系统50进一步包括第二换能器82和第三换能器84。如所示，第二换能器82和第三换能器84大体上布置在外壳52内，以沿着与第一换能器54传输音频信号(或从外壳52的前端81传输声能)的方向大体上相反的方向来传输音频信号(或声能)。举例来说，第二换能器82和/或第三换能器84将声能直接传输到收听区域18中或远离表面55来传输声能。

第二换能器82和第三换能器84中的至少一个可被布置为用于在250Hz和2KHz的工作频率下传输声能的中音扬声器。在这种情况中，第一换能器54可因此为在约20Hz与500Hz之间的工作频率下传输声能的低音扩音器。在另一实例中，第二换能器82和/或第三换能器84中的至少一个可被布置为在2KHz与20KHz之间的工作频率下传输声能的高音扬声器。在这种情况中，第一换能器54可为中音扬声器。将认识到，第二换能器82和第三换能器84可各自为中音扬声器和高音扬声器或其组合。

如图2到图3中大体所示，外壳52包括多个面板88a到88n。外壳52的此类面板88a到88n可支撑第一换能器54、第二换能器82和第三换能器84。举例来说，面板88a可支撑第一换能器54，使得第一换能器54经定向以将声能传输到盖60中(或到表面55中)(参见图1)。面板88c可支撑第二换能器82。面板88n可支撑第三换能器84。

面板88a经定位，使得它平行于表面55延伸，以使第一换能器54能够将声能直接传输到表面55中。面板88c和88n可经移置而与表面55成任何角度，使得第二换能器82和第三换能器84大体上背对表面55以使第二换能器82和第三换能器84能够将声能直接传输到收听区域18中。第二换能器82和第三换能器84可布置在外壳52(或面板88a到88n上)，使得第二换能器82和第三换能器84相对于彼此对称(或居中)，如图3所示。

图4描绘了根据一个实施方案的扩音器系统50的仰视图90。如所图示，盖60连接到外壳52。在这种情况中，第一多个啮合装置66a到66n与第二多个啮合装置68a到68n啮合以将盖60连接到外壳52。

图5描绘了根据另一实施方案的包括可安装盖60’的扩音器系统50’的透视图。盖60’将外壳52连接到表面55。盖60’包括用于与表面55上的啮合装置(未图示)介接的至少一个第一安装装置91。外壳52安装到表面55，以使第一换能器54能够将声能直接传输到盖60’中(即，且传输到墙或其他垂直表面中)。60’可由钢、塑料、木材等制成。

盖60’还可包括用于连接到外壳52的啮合装置。举例来说，盖60’可焊接或经由粘合剂附接到外壳52，以便将外壳52支撑到表面55上。盖60’包括与第一换能器54隔开一距离的第一部分92。第一换能器54与第一部分92(例如，与表面55)之间的距离可在0.5英寸与1.5英寸之内。一般来说，第一部分92大体上经布置以与第一换能器54相距一距离，使得第一换能器54放置在远离墙(或表面55)适当距离处以减轻频率响应下降。

盖60’进一步包括第二部分94和第三部分96。第二部分94和第三部分96与第一部分92协作以将外壳52支撑到表面55上。第二部分94和第三部分96中的每一个界定了使声能能够通过的多个通路98。一般来说，此类通路98使来自第一换能器54的声能能够以外壳52为中心进行传播。

图6描绘了图5的扩音器系统50’在安装在表面55上时的另一透视图。如所示，扩音器系统50’安装在表面55(例如，墙)上。将认识到，所述表面还可以是门或用以支撑扩音器系统的任何其他垂直表面。将进一步认识到，在用户想要以此方式安装或布置扩音器系统50’的情况中，表面55还可包括水平或垂直表面，例如一机构的地板或天花板。这可适用于(例如)音乐会环境，此时扩音器系统50’用作监视器且位于地板上以将音频信号传输给开音乐会的成员或使经布置的扬声器向观众输出音频信号。

扩音器系统50’进一步包括如结合图2到图4的扩音器系统50所指出的第二换能器82和/或第三换能器84。扩音器系统50’可进一步包括可位于外壳52内或位于外壳52周围的滤波器101。滤波器101可为电滤波器且可位于放大器或数字信号处理器(未图示)内。或者，滤波器101可由声腔形成为外壳52(或壁装式设备)的部分。还将认识到，滤波器101可与图2到图4的扩音器系统50结合使用。将在下文更详细地论述滤波器101的相关性。

图7描绘了根据一个实施方案的用于操作扩音器系统50、50’的设备100。设备100包括控制器(或数字信号处理器(DSP))104、分频网络106和外壳52。一般来说，控制器104被配置来将处于对应频率的音频信号传输到分频网络106。在一个实例中，如果音频信号的对应频率低于2KHz，那么在第一换能器54被布置为低音扩音器的情况中，分频网络106使处于此频率的音频信号能够传递到第一换能器54。

第一换能器54可接着输出频率低于2KHz的音频信号。如上所述，第一换能器54经布置，使得将音频信号直接传输到表面55中。对于在分频网络106处接收到的高于2KHz的任何音频信号，分频网络106接着将所述音频信号转移到第二换能器82和/或第三换能器84。在这种情况中，第二换能器82和/或第三换能器84可布置为高音扬声器以传输频率高于2KHz的音频信号。

如先前所论述，通过对第一换能器54进行布置以将声能直接输出到表面55中，这个状况可移除在预定频率以下进行传输的音频信号的频率响应下降。然而，这个状况还可导致关于从第一换能器54输出的声能的通常在700Hz与1200Hz之间的频率响应峰值。所述频率响应峰值一般来说是由于膜片56与在膜片56、外壳52和墙(和/或托架)之间形成的空腔(未图示)之间的相互作用的结果而导致。此峰值显现在扩音器系统50、50’的轴上响应和声功率两者上，由此使得能够经由适当滤波对其进行移除。一般来说，轴上响应是在扩音器的辐射主轴上观测到的频率响应。扩音器的声功率是在扩音器周围的球面上的点处测得的多个频率响应测量值的加权平均。声功率指示将声能的空间辐射特性考虑在内的扩音器总声能。

采用滤波器101来移除此类频率响应峰值。将认识到，滤波器101可以是采用线圈、电阻器等的无源滤波器或者是使用电路或数字信号处理建置到控制器104中的有源陷波滤波器。分频网络106可位于外壳52内或可位于控制器104内。

可想到，可提供一种用于对第一换能器54定位的方法，使得第一换能器54位于外壳52内以便面向盖60和/或表面55且用于将声能直接传输到盖60中且随后传输到表面55中或用于将声能直接传输到表面55中以防止与所传输的声能相关联的频率响应下降。另外，还可提供用于移除因为第一换能器54将声能传输到表面55中(如本文中所公开)而导致的频率增加的方法。

图8描绘了常规壁装式环绕声扩音器(例如，扬声器远离墙或其他表面来传输声能)的经测量低音扩音器响应的一个实例。一般来说，图8描绘了在370Hz下展现出10dB响应下降的常规壁装式环绕声配置。波形120指示轴上频率响应(例如，直接响应)。波形122指示常规扩音器系统中的经测量声功率。波形122大体上是以所有角度从音频信号传输到收听区域18中的所有能量的平均值。波形124对应于轴上频率响应(例如，波形120)与经测量声功率(例如，波形122)之间的差异。如130处大体上所示，常规壁装式环绕声扩音器展现出了大的频率响应下降。

图9描绘了根据一个实施方案的扩音器系统50、50’的经测量频率响应的一个实例。图9还描绘了波形120’、122’和124’。此类波形120’、122’和124’大体上分别表示扩音器系统50、50’的轴上频率响应、经测量声功率以及轴上频率响应与经测量声功率之间的差异。如130’处大体上所示，当第一换能器54被配置来将声能传输向表面55时，展现出频率响应峰值。

图10描绘了根据一个实施方案的包括滤波器101的扩音器系统50、50’的经测量频率响应的另一实例。波形120”、122”和124”大体上分别表示在采用滤波器101来对如图9中所展现的频率响应峰值进行滤波时扩音器系统50、50’的轴上频率响应、经测量声功率以及轴上频率响应与经测量声功率之间的差异。如130”处大体上所示，所述频率响应大体上是平滑的，这说明了频率峰值的消去。这个状况说明了来自声能的能量大体上均匀地分散到收听区域18中，这进一步说明了扩音器系统50、50’的性能提高。

虽然上文描述了示例性实施方案，但这些实施方案并不意欲描述本公开的所有可能形式。而是，本说明书中所使用的词语是描述性而非限制性词语，且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出各种改变。另外，所陈述的各种实施方案的特征可经组合以形成额外实施方案。

Claims (17)

1.一种扬声器系统，其包括：

扬声器外壳，其包括：

用于面向收听区域的前端；

用于安装到安装表面的后端；

第一换能器，其被定位在所述扬声器外壳内以面向所述安装表面，使得所述第一换能器将声能从所述后端传输到所述安装表面以防止传输的所述声能导致的频率响应下降；以及

用于安装到所述扬声器外壳的所述后端的盖，使得所述第一换能器面向所述盖和所述安装表面，

其中所述盖界定多个通路，所述多个通路使所述声能能够通过且大体上朝向所述安装表面传递，使得所述声能绕着所述扬声器外壳进行传播，并且

其中所述盖包括厚度，所述厚度指示为了防止所述传输声能导致的所述频率响应下降而对所述第一换能器进行定位使之与所述安装表面相距的预定距离。

2.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述盖包括第一多个啮合装置，并且所述扬声器外壳包括第二多个啮合装置，所述第二多个啮合装置被定位在所述后端上用于啮合所述第一多个啮合装置。

3.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述盖包括被定位在其内侧上以面对所述第一换能器的扩散器。

4.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述第一换能器被配置来在20Hz与250Hz之间的第一工作频率范围和250Hz与2KHz之间的第二工作频率范围中的一个下传输所述声能。

5.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述第一换能器大体上被定位在与所述安装表面相距0.5英寸与1.5英寸之间的范围内。

6.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述安装表面包括墙壁、天花板和地板中的一个。

7.如权利要求1所述的扬声器系统，其中所述扬声器外壳进一步包括被定位在所述扬声器外壳内以面向所述收听区域的至少一个第二换能器。

8.如权利要求7所述的扬声器系统，其中所述第一换能器被配置来在第一工作频率下将所述声能传输到所述安装表面中，且所述至少一个第二换能器被配置来在第二工作频率下将所述声能传输到所述收听区域，所述第一工作频率不同于所述第二工作频率。

9.如权利要求1所述的扬声器系统，其进一步包括用于移除频率峰值的滤波器，所述频率峰值与所述第一换能器将所述声能传输到所述安装表面相关。

10.一种扬声器系统，其包括：

扬声器外壳，其包括：

用于面向收听区域的前端；

用于安装到安装表面的后端；

第一换能器，其被定位在所述扬声器外壳内以面向所述安装表面，使得所述第一换能器将声能从所述后端传输到所述安装表面以防止传输的所述声能导致的频率响应下降；以及

用于安装到所述扬声器外壳的所述后端的盖，使得所述第一换能器面向所述盖和所述安装表面，

其中所述盖界定多个通路，所述多个通路使所述声能能够通过且大体上朝向所述安装表面传递，使得所述声能绕着所述扬声器外壳进行传播，并且

其中所述盖包括厚度，所述厚度指示为了防止所述传输声能导致的所述频率响应下降而对所述第一换能器进行定位使之与所述安装表面相距的预定距离。

11.如权利要求10所述的扬声器系统，其中所述第一换能器被配置来在20Hz与250Hz之间的第一工作频率范围和250Hz与2KHz之间的第二工作频率范围中的一个下传输所述声能。

12.如权利要求10所述的扬声器系统，其中所述第一换能器大体上被定位在与所述安装表面相距0.5英寸与1.5英寸之间的范围内。

13.如权利要求10所述的扬声器系统，其中所述安装表面包括墙壁、天花板和地板中的一个。

14.如权利要求10所述的扬声器系统，其中所述扬声器外壳进一步包括被定位在所述外壳内以面向所述收听区域的至少一个第二换能器。

15.如权利要求14所述的扬声器系统，其中所述第一换能器被配置来在第一工作频率下将所述声能传输到所述安装表面中，且所述至少一个第二换能器被配置来在第二工作频率下将所述声能传输到所述收听区域中，所述第一工作频率不同于所述第二工作频率。

16.如权利要求10所述的扬声器系统，其包括用于移除频率峰值的滤波器，所述频率峰值与所述第一换能器将所述声能传输到所述安装表面相关。

17.一种扬声器系统，其包括：

扬声器外壳，其包括：

用于面向收听区域的前端；

用于安装到安装表面的后端；

换能器，其被定位在所述扬声器外壳内以将声能从所述后端传输到所述安装表面以防止传输的所述声能导致的频率响应下降；以及

用于安装到所述扬声器外壳的所述后端的盖，使得第一换能器面向所述盖和所述安装表面，

其中所述盖界定多个通路，所述多个通路使所述声能能够通过且大体上朝向所述安装表面传递，使得所述声能绕着所述扬声器外壳进行传播，并且

其中所述盖包括厚度，所述厚度指示为了防止所述传输声能导致的所述频率响应下降而对所述第一换能器进行定位使之与所述安装表面相距的预定距离。