CN105101017A - 具有气密气室的扬声器和被动辐射器的悬边 - Google Patents

Abstract

一种沿圆周分布的多个气密性气室阻尼的悬边，多个气密性弹性隔断形成多个气密性气室，可以很好地阻尼抑制振动部件的横向不规则运动，同时弹性隔断又起到支撑梁的作用，也可以改善支撑和阻尼的效果，而重力方向优先分布的隔断与气密气室可以更好的减少重力引致的非对称性和失真，获得良好的声音重放。

Description

具有气密气室的扬声器和被动辐射器的悬边

技术领域：一种悬边(英文surround，也称“边”，是振膜、振动板等振动部件与支架等固定部分的柔性连接悬挂部件，通常用橡胶等材料制成，故俗称“橡胶边”)的改进设计，可以用作扬声器和被动辐射器振膜的悬挂支撑系统。也可以用于其它振动部件与固定部件的柔性气密连接。

背景技术：随着小型可携带音响系统的普及，小型音箱的设计日益普遍，研究日多，而为了小型化，被动辐射器式设计成为首选。相关研究可以参考US7,568,552，US6,658129，US6,658,129等Litovsky和Sahyoun等的发明。其中Sahyoun提出了双悬边方案，见附图1。是为了解决单悬边时，辐射器上下运动时上半周与下半周受到悬边不同的弹性力的非线性问题。而Philips提出的方案是多个密闭的气室环来提供额外的气压阻尼来改善辐射器振动的阻尼，进而改善音质，如附图2所示。而Bose公司的Litovsky提出了支撑梁的方案来改善辐射器的支撑及阻尼，抑制分割振动，见附图3。这些研究都是为了改善辐射器的支撑和阻尼，其根本原因就在于，由于音箱小型化，但又要能够发出较低的低频声波，目前的设计普遍采用的是如附图4所示的只用悬边支撑的平板辐射器，很少用传统的扬声器型，同时具有弹波和悬边支撑的(见附图5)被动辐射器了。并且为了延伸低频的响应，辐射器的调谐频率很低，因而辐射器的质量较大，如此一来，辐射器的支撑控制单用悬边悬挂支撑就很困难了，辐射器的不规则运动或摇摆wobble较为明显，低音重放效果一般。因此大质量辐射器仅用悬边支撑控制就成为一个技术难点，同时也是目前研究的一个热点。

发明内容：根据试验分析，发现Litovsky的支撑梁式设计有一定的改善支撑的效果，但并不理想。而且其所述的rockingmode，应该是指辐射器的不规则横向运动，也即Sayhoun所说的Wobble摇摆。而不是Litovsky认为的辐射器的振动板的分割振动。原因是辐射器仅仅工作在低频段。即使是小型音箱，辐射器的调谐频率也仅是300赫兹或以下，而辐射器仅在调谐频率附近工作，因而远低于辐射器振动板的分割振动发生的频段。所谓的rockingmode“摇滚模式”，应该就是下面Sayhoun所述的wobble“摇摆”运动，即振动板因策动力不对称、重力和悬边非对称、非线性等因素引起的不规则横向运动。而Philips的气室环或车胎式设计可以提供很好的空气阻尼效果，但改善支撑的技术效果还有待加强。理由如下：辐射器的理想运动是在受音箱内气压的控制下，在垂直于辐射器平面的垂直方向往复运动，此为垂向运动。而受到重力和悬边的弹性非线性等因素的影响，辐射器在垂向运动同时，会附加一些横向的不规则运动，也即Litovsky称Rockingmode“摇滚模式”，而Sahyoun称为wobble即“摇摆”。在philips的方案里，当辐射器向一侧横向移动时，此侧悬边被压缩，对侧的悬边部分被拉伸，气室的体积总的来说没有显著的变化，使得气室内的气压没有变化，而且整个气室中具有相同的气压，气室气压对辐射器周缘施加的横向的力是各向同性的，也即是互相抵消的。也就是说环状车胎型气室悬边，即Philips的方案，没有明显的对辐射器横向摇摆运动的气室抑制作用，也即无明显的横向支撑改善效果。Sayhoun的方案也与此相同，没有明显的横向定芯的气室支撑阻尼改善的效果。

针对目前技术的不足，本发明设计出一个新的，同时具有空气阻尼改善音质(Philips和Sayhoun方案的技术效果)，又具有更有效的横向支撑定芯效果的(优于Litovsky方案技术效果)的气室悬边的设计方案。此方案是把两个悬边反向贴合在一起，而且在贴合后形成的环状空气柱里，存在若干个气密的分割隔断，这些隔断一方面起到与Litovsky方案的支撑梁相仿的，横向支撑梁的作用。即辐射器振动板发生“摇摆”运动，产生横向位移趋势时，这些隔断受到压迫或拉伸，其弹性力抑制阻尼所谓的“摇摆”运动趋势。

同时，由于悬边内部的空气被隔断为若干个独立的气密性气室，譬如四个或五个气室。这样当振动板向一个气室方向横向移动时，该气室被挤压，内部压强加大，对振动板就产生了横向反作用力。与此同时，与该气室对侧的气室，受到的是拉伸，内部压强降低，对振动板也产生了横向反作用力。这样两侧的气室的横向反作用力相加产生了一个合力，是与振动板的运动趋势相反的反作用力，使得振动板的横向运动受到抑制阻尼。

如上所述，一方面是弹性材料(采用与悬边相同或不同的弹性材料)制成的气密隔断，产生对振动板横向运动的阻尼抑制；另一方面是因各个独立气密气室因受到挤压拉伸，引致内部气压增大或降低，产生横向运动的反作用力，产生对振动板横向运动的阻尼抑制。两种阻尼抑制效果的叠加作用下，振动板的横向运动，也即rockingmode或wobble，得到了非常好的抑制阻尼，也就减少了失真，辐射器的低音重放效果也大为改善。

同时由于振动板传递到悬边上的声波，依然受到气室内空气的阻尼，philips和sayhoun方案的空气阻尼改善音质的技术效果仍然存在，并且由于各个气室是气密的，各自独立的，阻尼效果更好。

同时，由于上下两片悬边是相同的且是反向贴合的，这样合成的悬边具有良好的上下形状对称性，也就改善了使用单悬边时，由于形状上下不对称产生的非线性问题。

进一步改进方案，为了进一步加大气室对横向运动的抑制效果，就需要加大横向位移导致气室内气压变化的比率，实际上就是加大辐射器振动板横向位移引起的气室体积变化的比率。为此，进一步改进方案为，在气室的横切断面上，气室的横向宽度小于垂向的高度。设横向位移为1，气室的横向宽度原来为a，位移后是(a-1)，垂向高度为h，气室的初始体积V∝a*h，受挤压后变为∝(a-1)*h。则因横向位移引致的气室体积的变化率近似为：

ΔV/V＝[(a*h)-(a-1)*h]/(a*h)

＝1/a

可见减少气室的横向宽度，可以有效地提高体积变化率，进而提高气压变化率，产生更大的反作用力，得到更好的支撑效果。同时气室间的隔断的横向尺度也减小了，横向位移对隔断的压缩拉伸产生的反作用力也会随之加大，也同时更好的阻尼抑制横向位移。但单单减小宽度，会减小最大振幅，因而同时增加气室的高度h，使得(a+h)不变，从而保证足够的振幅。也即采用横向宽度小于垂向高度的悬边的形状，可以在保证足够的最大振幅的同时，获得更好的气室阻尼抑制效果。而常见的悬边设计是近似半圆形的，就是说a＝h。

进一步改进的方案，为了进一步改善辐射器受重力影响产生的非线性，根据辐射器通常安装方式是垂直安装，即辐射器的辐射方向是水平方向，而重力方向是沿着振动板和悬边的圆的直径方向的实际情况下。辐射器振动板质量很大，在重力作用下振动板会下垂，使得下部的悬边受到压缩，上部悬边受到拉伸，因而产生非对称、非线性。本发明的进一步改进方案是，把辐射器悬边可以划分为上、下、左右四个部分。在重力作用下，上部悬边受到拉伸较大，下部悬边受到较大压缩，而左右两部分受影响较小。因此，在悬边上下两部分设置较多的隔断和气室，可以加大对重力的支撑，减少辐射器因此产生的非线性，获得更好的声音重放效果。

进一步改进方案，气室内的空气可以用任何气体或流体取代，譬如用氮气填充等。

同时，本发明的设计的悬边，可以是被动辐射器的悬边，也可以是主动的，即普通扬声器的悬边。同时悬边的形状也可以是常见的其它形状：如跑道形、椭圆形和矩形等形状。同时，本设计也可以简单的移用在任何需要对振动板或振动部件的不规则运动进行阻尼抑制的场合。本发明设计的多气室悬边可以由两条相互反向贴合的普通悬边加隔断制成，也可以直接由模具制成带隔断的悬边，再进行反向贴合制成，也可以由特殊模具直接浇筑制成。

附图说明

图1是Sayhoun的US6,044,925专利的附图7，编号已经改用本专利的编号，1是在上下两个反向贴合的悬边3.1和3.2之间形成的气室，5是振动板，7是支架或音箱箱壁。

图2是PhilipsUS6,658,129专利的附图2，编号已改变。由5.1和5.2构成了振动部分，即振动板和附加振动质量，有多条相互反贴的悬边3.1、3.2、3.3、3.4与振动质量5.2一起形成了两个1.1和1.2环形气室，7是支架，T方向是振动板5理想纵向运动的轴向。

图3是Litovsky的US7,568,552专利的附图3A和3B，编号有改变。3为悬边，5是振动板，6是支撑梁，7是箱壁或支架。

图4是目前普遍采用的单用悬边支撑的平板被动辐射器的示意。3是悬边，5是振动板。

图5是传统的扬声器型被动辐射器的示意。3是悬边，4是弹波，5是振动部分锥盆。

图6是本发明的基本方案的示意图。上面是顶视图，中间是AA剖面图，下面是BB剖面图。由两条反向贴合的边3.1和3.2形成本发明的多气密气室的悬边，其中3.1和3.2是上下两条互相反置的悬边，以胶完全气密贴和在一起，而且在形成的环状气环内，有四个气密隔断2.1、2.2、2.3和2.4，形成四个与外界隔绝的气密性气室1.1、1.2、1.3和1.4，且各气室互相之间也是气密的。

图7是气室纵向剖面的局部放大图，即图6的中间AA剖面图的局部放大，由3.1和3.2两条悬边形成的气室1具有横向的宽度a和纵向的高度h。

图8是为了抵消重力影响设计的非均布的多气室悬边的示意图，可见在图6基本方案的基础上，为了抵消重力影响，增加隔断2.3和2.6，并且形成了六个气密性气室1.1、1.2、1.3、1.4、1.5和1.6。G方向为重力方向。

图9是本发明的多气密气室悬边用于平板型辐射器的示意，1是气室，3.1和3.2是反向贴合的两条悬边，5是平板振动板。

具体实施方式

实施例1

参考附图6，由两条普通的橡胶边3.1和3.2反向贴合在一起，即两条边的内外接触部位完全胶合，而且在形成的环状空气柱中，均布着四个橡胶材料制成的隔断2.1、2.2、2.3和2.4，隔断与上下橡胶边3.1、3.2的接触面以柔性胶水气密性胶合，形成四个相互隔绝与外界也隔绝的气密性气室1.1、1.2、1.3和1.4。本设计的气密性多气室悬边使用在被动辐射器或主动式扬声器上时，例如如图8那样胶合上平板振动板时，如果振动部件如振动板5有横向运动趋势时，首先是各个隔断2会受到拉伸或挤压，产生弹性反作用力，抑制阻尼振动板的横向运动趋势。同时，振动板的横向运动会挤压或拉伸各个气室，譬如振动板向图5中1.3气室方向向下运动时，气室1.3受到挤压，气压加大，产生向上的阻尼力；同时气室1.1受到拉伸，内部气压降低，产生向上的阻尼力，两个气室的阻尼力相加合成一个向上的阻尼力，与各个隔断产生的阻尼力一起，很好得阻尼抑制振动板向下的运动。如果没有各个隔断，则形成一个环状气室，无论振动板如何横向运动，环状气室内各处气压相同，对振动板不会产生气室阻尼力。同时又无各个隔断产生的弹性反作用力，因而振动板的横向运动受到少很多的阻尼抑制。本例中，隔断起到了与Litovsky的支撑梁(图3中的6)相同的横向支撑作用，同时又起到各气室间的气密隔断作用，一举两得，获得良好的对振动板不规则运动的阻尼抑制，降低失真的技术效果，获得良好声音重放。当然，本例设计的多气密气室悬边也可以用在普通扬声器上，一样可以获得上述良好的阻尼效果，并且也可以用在任何振动部件的柔性悬挂连接上，都可以获得良好的对横向不规则运动的阻尼效果。

同时。本设计采用两条橡胶边相互反贴，一样解决了使用单悬边时，上下形状不对称带来的非线性问题，与图1和图2的技术效果相同，可见本设计在保持与Sayhoun和Philips前述专利设计相同的技术效果的同时，又获得了极佳的对不规则运动的阻尼抑制效果。

实施例2

参考附图7，为了或更佳的对横向运动的阻尼抑制效果，进一步设计为气室的形状为宽度小于高度的形状。如图7中所示，气室具有横向(径向)的宽度a和纵向的高度h，对于常见的半圆形悬边来说，构成的气室具有a＝h。为了获得更大的阻尼效果，加大气室内气压对横向挤压拉伸的敏感性，实际上就是加大辐射器振动板横向位移引起的气室体积变化的比率。设定宽度a小于高度h。假设振动板的横向位移为1，气室受到挤压后的横向宽度变为(a-1)，气室的原来体积V∝a*h，受挤压后变为∝(a-1)*h。则因横向位移引致的气室体积的变化率近似为：

ΔV/V＝[(a*h)-(a-1)*h]/(a*h)

＝1/a

可见减少气室的横向宽度，可以有效地提高体积变化率，进而提高气压变化，产生更大的反作用力，得到更好的支撑效果。同时气室间的隔断的横向尺度也减小了，横向位移对隔断的压缩拉伸产生的反作用力也会随之加大，也同时更好的阻尼抑制横向位移。但单单减小宽度，会减小最大振幅(最大振幅正比于(a+h))，因而，采用横向宽度小于垂向高度(即减小a的同时加大h，使得(a+h)不变，最大振幅不变)的悬边的形状，可以在保证足够的最大振幅的同时，获得更好的气室阻尼抑制效果。

实施例3

为了减小重力对辐射器的影响，进一步改进方案如图8所示。图中重力方向为方向G，因而振动板受重力作用有向下坠的趋势，会挤压下部的悬边而拉伸上部的悬边，引致非线性或不对称性，使得振动板在发声时会附加不规则运动，带来失真。为此，如图8所示，在重力作用方向上，安排了额外的支撑，包括额外的隔断和气室。相比于实施例1或图6的四个均布的隔断和气室设计方案，承受重力的隔断增为六个(实施例1或图6的设计方案为四个)，承受重力的气室增为四个1.1、1.3、1.4和1.6(实施例1或图6的设计方案为两个1.1和1.3)，因此，受重力影响产生的辐射器振动板向下的位移大为减少，从而改善了对称性，降低了失真。

虽然以上实施例是以圆形悬边为例的，但显然本发明的设计可以用在任何非圆形的悬边的设计中，如跑道形，椭圆形和矩形的悬边上。

Claims (6)

1.一种用于扬声器或被动辐射器的悬边，由上下两条相互反向贴合的普通悬边构成，其特征在于，在两条悬边内部的空间，分布着不少于二个气密性隔断，将内部空间分割成两个或两个以上的气密性气室，气密性气室与悬边外的空气及各气室相互间都是气密的。

2.根据权利要求1所述的悬边，其特征还在于，所述的气密性气室的横断截面的形状是横向宽度小于纵向高度。

3.根据权利要求1所述的悬边，其特征还在于，所述的隔断与气密性气室的分布为非均匀分布，而是与重力方向相关，在重力作用的上下方向，隔断和气密性气室的数目大于垂直于重力的左右方向上的隔断和气密性气室的数目，重力方向优先分布的隔断和气密性气室，可以加强对振动板重力方向的支撑。

4.根据权利要求1所述的悬边，其特征还在于，气密性隔断不少于四个，形成不少于四个气密性气室。

5.根据权利要求1所述的悬边，其特征还在于，各气密性气室可以填充氮气或其它气体或流体。

6.根据权利要求1所述的悬边，其特征还在于，悬边的形状可以是圆形、跑道形、椭圆形或矩形。