CN106210971B - 无源声学辐射器模块 - Google Patents

Abstract

低成本/高效率无源辐射器模块部件包括：端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，其中端口联通到所述声学外壳之外并且一个或多个无源辐射器对被对称地定向及支撑在端口腔体的相对侧壁上，每个侧壁具有预定或调谐的质量分布、刚性的声学辐射膜片表面、以及分开的内和外悬架，其被配置为抑制致使每对响应于源自声学外壳内的有源声学辐射器的可变声压脉冲而对称地惯性振动的膜片摆动。不同的可变声压脉冲可以在端口腔体内部和外部被检测；从外部连接到端口腔体的压缩号角可以被号角加载调谐以实现期望的效果。

Description

无源声学辐射器模块

相关申请的交叉引用

本申请是Joseph Y.Sahyoun的、在2015年5月28日递交的美国临时专利申请序列号为62/167,713的继续部分申请，其题为：“无源声学辐射器模块”。

技术领域

本发明通常涉及包含低音扬声器或超低音扬声器和无源声学辐射器元件的全频扬声器、低音扬声器和超低音扬声器声学外壳，该无源声学辐射元件具有从200Hz到低于可听水平(10Hz)范围的谐振频率，并且特别涉及在扬声器外壳中的一个或多个号角(horn)加载模块中的质量加载、对称放置的无源辐射器元件，用来提供来自任何低音扬声器外壳的改进和增强的可听的感至肺腑的低频输出。

背景技术

由例如为低音扬声器的有源声学辐射器驱动的端口声学外壳提供了比由相似的有源声学辐射器驱动的密封声学外壳更大(更大的幅度)的输出声音，因为在端口内移动的空气质量在驱动低音扬声器的调谐或谐振频率处提供了更大的声压级(SPL)。然而，在不同于调谐频率的输出声频率处，端口外壳的配置致使由低音扬声器产生的SPL的部分的消除。这是由于在由低音扬声器的和其移动的空气质量生成的频率与在端口和其移动的质量内呈现的声频率之间的声音频率的相移，这是由于在声发生器(低音扬声器)的表面处最高与扬声器外壳外部的环境SPL的SPL梯度。低音扬声器通常具有窄带宽滤波以实现在30Hz与80Hz之间的范围中最大的SPL。

无源辐射器已经在低音扬声器和超低音扬声器外壳中使用许多 年，主要用来改进由低音扬声器和超低音扬声器声学外壳生成的低频的数量和质量。从设计或分析的观点来看，无源辐射器的行为就像声学外壳中的端口一样被建模，其提供等效于端口中的空气质量的惯性质量以促进在谐振频率范围中驱动外壳的有源辐射器(低音扬声器)的响应，并且在谐振频率范围以上及以下的相位运行。

以无源辐射器加强的低音扬声器和超低音扬声器声学外壳的现有设计并未考虑到弹簧阻力不顺应，即入动能(Kin)对出动能(Kout)。例如，在声学外壳内的空气体积(分子的数量)被固定并且壁的容积失真(或限制)致使所含的空气质量基本上用作弹性空气弹簧，其耦合有源低音扬声器和在外壳内安装的无源辐射器。为了从无源辐射器获得功，作为驱动辐射器的低音扬声器进进出出弹性地振动(产生在封闭外壳内的局部体积变化)，其压缩声学外壳内的空气(弹簧)，并继而产生压力来以通常比驱动辐射器的频率更低的振动频率进进出出弹性地驱动无源辐射器的可形变部分(表面)，无源辐射器的较低频率随着压力波行进穿过外壳内的空气(弹簧)而可被分布到无源辐射器的惯性质量的运动的时延。在声学外壳内外的声压级(SPL)在以下项的移动元件的振动运动时得以最大化：有源低音扬声器进进出出地移动并且无源辐射器在同时进进出出地移动，即协调地移动。因为空气被困在声学外壳中，无源辐射器的进进出出的振动冲击有源低音扬声器的音圈相对于顶板的中心，并且当进进出出的冲程的弹簧常量不同时发生调谐失真。此外，虽然无源辐射器对有源低音扬声器的空气压力振动惯性地做出反应，它们在较低频率处振动。

在其美国专利号6,044,925(Sahyoun)、6,460,651(Sahyoun)、6,626,263(Sahyoun)、7,318,496(Sahyoun)、7,360,626(Sahyoun)和8,204,269(Sahyoun)中，申请人Sahyoun教导了针对有源和无源声学辐射器系统的对称加载的悬挂系统的必要性和优点，该系统描述为对称加载的音频无源系统或SLAPS。

本文的发明人的现有公开辨识出能够由人耳检测到的普通音频 频谱，其范围从25Hz至12kHz。在20与25Hz之间的过渡是亚可听/可听的，如果无源辐射器被调谐至低于20Hz，那么在包含这样的无源辐射器的无源调谐的外壳中固有的相移(群延迟)将在可听以下。此外，当使用具有某声顺值(compliance value)无源辐射器时，在无源和有源辐射器中的移动的元件可以在相外180°振动，使得在无源和有源辐射器中的结合的移动元件的质量生成可能对听众感至肺腑的振动。声顺或Cms是以米每牛所测量的。Cms是由扬声器的机械悬架施加的力。其仅仅是其刚度的测量结果。考虑到刚度(Cms)连同Q参数(相关于在达到谐振频率时换能器的悬架的控制)导致由汽车制造商在将车于载客舒适与竞赛精确之间进行协调时做出的类型的主观决定。想象音频信号的峰和谷像道路的表面，那么考虑理想的扬声器悬架就像可以以战斗机的速度穿过最摇摆地形而具有赛车的精确度和灵敏度的汽车悬架。这相当具有挑战性，因为着眼于任一学科往往对其他的造成不良影响。例如，在谐波处低音吉他的“E音符”的调谐频率大约是41.2Hz。取决于收听者离该源多远，他或她将本能地感受来自具有41.2Hz的基础源频率的源的低至15Hz的调谐频率。这种亚可听机械振动的生成有效地将收听者带到中央舞台，这提供了可听频率与很可能由人类身体的皮肤和其他神经末端检测器(感应器)检测到的低于可听频率的低频振动的良好调和的结合的感受。

此外，妥协在声学系统中的无源辐射器的同步和理想的谐振频率产生的主要因素是群延迟，即，系统的频率/时间响应。较慢的无源辐射器响应使得声学腔体的低音响应浑浊。综上，源自本文的发明人的现有技术教导了声学系统包括可以被调谐到低于可听频率的单个无源辐射器，以用于将群延迟响应移位到低于人类听觉门限以下的频率范围。

然而，在两个或更多无源辐射器被共同的有源或共同的单耳驱动有源辐射器所驱动的声学外壳中，其他参数有效地排除真正的低音音频响应。特别地，用两个或更多无源辐射器安装无源辐射器模 块将声学外壳的内体积与“位于声学外壳内部的具有到声学外壳的外部的开口的腔体”声学地耦合，即，如在Chick等人的美国专利号7,133,533以及Chick等人的美国专利号8,031,896以及Litovsky等人的8,594,358中教导的端口腔体并不易于被调谐以提供比亚可听感应的振动的微妙调和小得多的可接受的可听低音响应。

特别地，无源辐射器从不具有相同的声顺值，它们也不经历在声学外壳中相同的环境负载，因此它们具有不同的谐振频率，一个用于每个无源辐射器并且一个用于有源驱动辐射器。在具有多个共同驱动的无源辐射器的声学系统中的频率对阻抗的音频扫频产生多于一个的阻抗峰值，一个用于有源驱动辐射器(普通)并且一个用于每个无源辐射器。当绘制SPL对频率图时，这样的系统也具有附加的阻抗峰值。相移通常在两个峰之间的谷中。这些相移并不能被校正并且进一步劣化有这样的系统生成的任何低音响应/声音的质量。此外，如由Chick等人和Litovsky等人所教导的那样使得将声能耦合到位于声学外壳内部的共同腔体中的在声学外壳内安装的共同驱动的无源辐射器的响应去耦是几乎不可能的。在这样的系统中既在共同声学外壳内也在致使无源辐射器的表面摆动的端口腔体内发展出微小声压不稳定，因为辐射器更接近于嘴(输出端口)的部分经历比远离该嘴(输出端口)的部分更大的力，导致有效地劣化低音响应的相划分。(也见相应引用的Chick等人和Litovsky等人专利的说明书中的讨论，参照本文描述的图3A、3B和图4。)被表面上设计来隔离将声能耦合到共同的端口腔体中的两个或更多共同驱动的无源辐射器的响应的挡板和屏障结构趋向于引起该挡板和屏障结构所特有的频率排列。最终，看来被Chick等人和Litovsky等人所忽略的一点是在这样的声学外壳内的端口腔体固有地耦合将声振动辐射到端口腔体中的驱动的无缘辐射器的响应。

现有技术的声学外壳，其采用具有在一侧上的声学外壳与由穿过向密封声学外壳外部的大气压开口的嘴的通道连接的空间之间密封且联通的振动表面的一个或多个无源辐射器，该声学外壳将围绕 与该嘴的中心轴呈90度的轴线摆动。这样的摆动生成了可听到的变形以及无源辐射器的冲程(幅度)的潜在减小。摆动是可见到的，并且在无源辐射器的刚性部分具有固定重心的所有的现有技术中是普遍的；这在锥或辐射表面的中间。

发明内容

根据本发明的实施例可以被使用在具有有源辐射表面的

任何密封外壳中。仅通过安装根据本发明的模块到一个壁中，有源辐射表面将载荷空气弹簧，其在之后推在无源辐射器表面上。此外，根据本发明的实施例允许有源模块与外壳间隔开并且内部地嵌入(埋入)外壳以内并且使用模块的管道来将压力波从无源辐射器传输及引导到外壳的一个壁中的开口至环绕外壳的大气压。该模块还可以作为改型而被用在家庭音频中。用户可以使用顶板梁之间的空间以在顶板(或底板)中安装根据本发明的模块。低音扬声器将随后也被安装在顶板或底板梁之间，使得其在由顶板或底板梁至少部分地限界的封闭扬声器外壳空间中使用压力波驱动无源辐射器。根据本发明的方法提供了安装有源驱动器以使得无源辐射器在相同模块上并且随后将模块配合在壳的顶板或底板梁之间。该安装方法允许户主从本会是浪费的空间中享受增强的低音声效。

根据本发明的实施例是本文的发明人利用无源辐射器的在先工作的延续。

低成本/高效率无源辐射器模块部件包括：端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，其中端口联通到所述声学外壳之外并且一个或多个大致全等的无源辐射器对被对称地定向及支撑在端口腔体的相对侧壁上，每个侧壁具有预定质量分布、刚性的声学辐射膜片表面、以及分开的内悬架和外悬架，其被配置用于抑制致使每对响应于由声学外壳内的有源声学辐射器辐射的可变声压脉冲而对称地惯性振动的摆动以用于辐射不同的可变声压脉冲进进出出端口腔体。

高效率无源辐射器模块部件的另一实施例包括：号角结构，具有声学外壳内部的喉段以及联通到声学外壳之外的嘴段；以及一个或多个大致全等的无源辐射器对被对称地定向及支撑在号角结构的相对侧壁上，每个侧壁具有预定质量分布，其致使每对响应于由声学外壳内的有源声学辐射器辐射的可变声压脉冲而对称地惯性振动的摆动以用于辐射不同的可变声压脉冲进进出出端口腔体。

低成本/高效率无源辐射器模块部件包括号角加载技术，其可以被添加到允许终端用户基于他们的应用和需要改变在一个或多个无源辐射器中移动的质量的重心的大小和位置的任何声学外壳。根据本发明的系统可以具有在与号角加载的通道联通(发射穿过)的一个或多个无源辐射器的移动表面之间的空气质量，该号角加载的通道合成低音并且甚至进一步降低谐振频率。

在使用对称悬架且不使用与大气压联通的非对称无源辐射器的号角加载的模块中，从青睐更接近于(更短的距离)与大气压联通的声学通路的部分的无源辐射器的振动表面区域的一半(部分)的非线性声压差发出摆动。这样的摆动导致声学失真以及无源辐射器的有用Xmax的减小。通过添加惯性质量IM到无源辐射器的刚性声学辐射膜片，该质量被定位为将移动膜片的重心在沿着与大气压联通的声学通道向着嘴开放到大气的轴线的方向上偏移某预定距离，例如接近于嘴的无源辐射器面(振动表面)的半侧在嘴处等于1/2的惯性空气质量加载IAML/2，使得重心的位置从辐射膜片的振动表面的几何中心偏移，使得重心的这种偏移作用以均衡由仅在与嘴联通的无源辐射器的一个横向方向(侧向)上来去移动的空气质量所产生的偏移加载，由此抑制由仅在一个横向方向上来去的空气质量加载产生的横向致使的摆动。

在另一实施例中，无源辐射器模块部件具有管状(例如圆柱体)配置，其具有密封管的末端的半球端盖以减小生成的气流中的扰流。当安装在声学外壳中时，具有管的无源辐射器模块部件将基于该模块的扩展/折叠壁(一个或多个无源振动表面)而在管内辐射声音至 声学外壳的外部。此外，穿过声学外壳，管具有其内部表面在两端处开放到大气并密封管延伸穿过的声学外壳中的开口且具有其外部表面暴露到声学外壳的密封空间，管状配置(布置)可以被使用。这样的管状配置无源辐射器布置可以代替具有封闭一端的标准开放端的管状端口，或者穿过管被密封在声学密封的外壳与大气压之间，其通过移动在管的侧部上的部分弧圆柱体形匹配表面而辐射声音，使得移动部分弧圆柱体形匹配表面的悬架的弯曲几何减幅无源辐射器的声学辐射表面的摆动。管状无源辐射器模块部件可以具有六面体形状。

无源辐射器模块部件的另一特征在于其允许在两个或更多辐射表面之间的隔离平面以辅助减轻由于在(声学外壳/模块)中的后波反射造成的频率相位划分。

特别是，无源辐射器在顺应或环境负载上绝不相同。在共同的声学外壳中的每个无源声学辐射器固有地具有不同的谐振频率。具有一个辐射表面、低音扬声器的扬声器盒具有一个极，当具有两个辐射表面时具有两个极，单个辐射表面具有三个极。音频扫频描绘频率对阻抗，产生了阻抗峰值，其相互关联于驱动有源声学辐射器(普通)以及一个有源声学辐射器针对在外壳中的每个无源辐射器。这样的系统具有在峰值之间产生相移的附加的极(辐射表面或方向)，其妥协了系统的频率响应的质量。这样的相移不是可校正的。因此，在两个或更多辐射表面之间添加隔离平面减小了该动作反应效果。

描述的高效率无源辐射器模块部件的另一优点在于具有不同质量的无源辐射器是可能的，其在机械振动的系统中可能是有用的，但通常与本文实现及讨论的改进的音质和幅度一致。

附图说明

图1和图1A示出了现有技术的透视图和剖面图，其中前射声学外壳110(扬声器)具有在声学换能器113的相对侧面上排气的两个 对称的前端口(排气口)111。

图2A至2C示出了回溯到1989年的声学扬声器系统116的透视图、前视图和顶截面图，其具有射到(驱动)有两个号角加载的扬声器119和119'共同的外壳中的两个低音扬声器117、117'。

图3A和图3B示出了现有技术的扬声器系统的实施例的前视图和横截面视图，其具有驱动有两个无源声学辐射器(PAR)127和127'的共同声学外壳的两个有源低音扬声器125和125'，该无源声学辐射器悬挂在外壳内并以号角加载的配置被定向。

图3C示出了反转的(上下颠倒)的全频扬声器配置的剖面图，其在声学面板外壳上具有位于两个中频扬声器之间的高音扬声器以向外辐射到听众(在该图中面向读者)。

图4A是针对无源声学辐射器模块(PARM)135的设计的俯视图，该PARM适用于安装在包括对称地定向且在端口腔体143的相对侧壁上支撑的一对无源辐射器的声学外壳中，每个无源辐射器具有外柔性围绕物137和内柔性围绕物141以及刚性锥体139，以用于在端口腔体的内部和外部辐射与无源辐射器的冲程和直径成比例的不同的可变声压脉冲。

图4B是PARM 135的前视图。

图4C是图4B沿着平面切割线A-A的剖视图。

图4D示出了在吸气期间(振动周期的部分)从其平衡的中间位置(PARM)偏移的无源声学辐射器模块配置。

图4E和4F相应地呈现了PARM 135的顶和底的半组件的分解图。

图4G是PARM的顶或底组装过程的分解透视图，其在组装时与另一个相同且镜像。

图4H、4I、4J和4K示出了针对无源声学辐射器模块(PARM)的设计的外端部、横截面侧部、外侧部以及横截面的不同透视图。

图5示出了具有包括开放嘴/端口151的腔体壁155的PARM。

图5A和图5B示出了图5的PARM的中央横截面A-A，其具有 两个相同的辐射表面，每个由单个悬架所悬挂。

图6示出了无源辐射器模块的平面图，其具有沿着PARM的中轴的在或接近端口/嘴开口处的等于1/2空气质量加载偏移物的偏移调谐质量160。

图6A是图6在线A-A处沿着中轴的暴露出偏移质量160和160A的截面图。

图6B示出了当在PARM中利用调谐质量时非摆动线性冲程(虚线152')。

图7是PARM的平面图，示出了具有用于安装偏移物的各种可能位置的调谐质量160，该偏移物用于向前调节无源辐射器的质心以模仿当被声学外壳中的有源声学辐射器扬声器驱动时遇到的空气质量加载。

图7A是跨A-A的示出质量160、160A的侧视横截面视图。

图8示出了具有相对的(通过声学外壳)辐射对称号角加载端口/嘴的PARM。

图8A是沿着图8的B-B的示出了连接环173的横截面视图。

图9是图示了图8中的PARM的部件以及用于将图8中的PARM放置在声学外壳中的组装步骤的横截面视图。

图10是示出了声学外壳180的部分看穿透视图。

图11是具有开放到声学外壳的外部并且在声学外壳的外部辐射的开放嘴的管状PARM的侧视图。

图11A示出了沿着图11中示出的PARM的A-A的剖面图。

图11B是图11的管状PARM的前视图。

图12是示出了在其中定位有图11的PARM的声学外壳的横截面视图。

图13和图13A示出了具有相对端口/嘴的管状PARM。图13A示出了允许图示端口模块198A到外壳中的组装方法的声学外壳的横截面。

图14图示了具有对称加载的两个开放嘴的管状PARM。

图15示出了矩形(或正方形)无源辐射器的横截面，图15A是具有图14的辐射器的前视透视图的3D模块视图。图15B是图15的模块的顶视图，示出了具有矩形悬挂表面的号角加载的无源辐射器。

图16是由外壳壁环绕及间隔开的密封扬声器外壳的横向截面透视图。

图17示出了在图16中所示的扬声器箱的阻抗对频率响应绘图249。

图18是声学外壳251、有源扬声器250、开放端辐射嘴255、256、无源辐射器表面254、无源辐射器表面252和单独平面253的横截面透视图。

具体实施方式

图1和图1A示出了现有技术的透视图和剖面图，其中前射声学外壳110(扬声器)具有在声学换能器113的相对侧面上排气的两个对称的前端口(排气口)111。声学换能器113声学地增压该外壳。端口111的面积和长度确定及建立移动空气质量，即空气体积乘以空气密度，当由声学换能器113生成的声压脉冲驱动时将外壳110调谐至期望频率。这样的端口调谐的问题在于其允许嗓音(歌手的嗓音(高频声压级)将通过该端口、有源辐射器支撑孔泄漏，并将听起来像不理想的回音)通过端口111泄漏。在超低音扬声器应用中，嗓音泄漏导致失真。该现有技术的配置的另一缺点是尺寸。被调谐用于低频(例如20Hz)的外壳需要三英尺长的端口与1立方英尺的声学外壳体积结合(配置)在一起。

图2A至2C示出了回溯到1989年的声学扬声器系统116的透视图、前视图和顶截面图，其具有射到(驱动)有两个号角加载的扬声器119和119'共同的外壳中的两个低音扬声器117、117'。号角加载的扬声器具有略微不同的调谐频率，因为低音扬声器117和117'以及号角加载的扬声器119和119'两者均对外壳内的声压环境做出 反应，因为它们不同地加载且导致两个不同的谐振频率，一个针对低音扬声器对117和117'，一个针对号角加载的对119和119'。具有安装在对称号角加载设计配置121(图2C)中的有源扬声器对119和119'的声学扬声器系统116的配置也允许生成更低的谐振频率。特别是，通过悬挂具有排除由于加载偏移物造成的摆动的内悬架和外悬架的有源扬声器对允许与两个前低音扬声器117和117'显著不同的谐振频率(见美国专利6044925)。

图3A和图3B示出了现有技术的扬声器系统的实施例的前视图和横截面视图，其具有驱动有两个无源声学辐射器(PAR)127、127'的共同声学外壳的两个有源低音扬声器125、125'，该无源声学辐射器悬挂在外壳内并以号角加载的配置被定向。有源低音扬声器和PAR两者被对称地加载。基于PAR的质量与声学外壳的空气质量的比率，有源低音扬声器125、125'驱动在外壳中的声学空气弹簧，以将能量传递至PAR127、127'。图3B示出了切过图3A的中心线的截面A-A。外壳的左侧被镜像到右侧。在它们的谐振频率处，PAR将具有长冲程，致使穿过从外壳的背部延伸到号角开口的前嘴的PAR的中心线的大摆动。

图3C示出了反转的(上下颠倒)的全频扬声器配置的剖面图，其在声学面板外壳上具有位于两个中频扬声器之间的高音扬声器以向外辐射到听众(在该图中面向读者)。低音扬声器132驱动在与两个PAR 131、133耦合的面板外壳后面的单独的声学外壳，由于前声压的增大(从辐射器沿其中轴传导离开的声压)，该单独声学外壳产生较低谐波。

图4A是无源声学辐射器模块(PARM)135的平面图，该PARM适用于安装在包括对称地定向且在端口腔体143的相对侧壁上支撑的一对无源辐射器的声学外壳中，每个无源辐射器具有外柔性围绕物137和内柔性围绕物141以及刚性锥体139，以用于在端口腔体的内部和外部辐射与无源辐射器的冲程和直径成比例的不同的可变声压脉冲。端口结构支撑叶片143'提供了结构性支撑以及跨端口开口 (腔体)143的间隙的空气引导。图4B是PARM 135的前视图。

图4C是图4B沿着切割线A-A的截面图。内围绕物141具有被切除(没有)以优化顺应和排气的开口截面136(图4B)，其排除了外围绕物结构与内围绕物结构之间的差别空气增压。开口截面136必须环绕围绕物141的周界是对称的且等距间隔开的。外围绕物137和内围绕物141被紧固及悬挂到的模块的外框壁144的厚度、中央刚性锥体139建立在外围绕物137与内围绕物141之间的限定的外周安装间隔(间隙)。

图4D示出了在吸气期间(振动周期的部分)从其平衡的中间位置(PARM)偏移的无源声学辐射器模块配置。

图4E和4F相应地呈现了PARM 135的顶和底的半组件的分解图。每个包括配合塑料框结构135'，当连接时形成PARM并且一起形成端口/腔体143或到外部的嘴开口。由较厚的外框壁144建立的在外围绕物137与内围绕物141之间的外周安装间隙被选择来减小摇摆和摆动。在顶组件和底组件两者中，八个塑料肋部139b最初在框架壁144与刚性锥体结构139之间桥接以在组装期间保持锥体结构139置中。一旦外围绕物137被紧固在刚性锥体结构139与外框架壁144之间，肋部139b被移除。

如在图4C、4F和4G中所示，刚性锥体139包括加强肋部和中央凹部145以用于容纳调谐质量(未示出)。如配置的，通过到外壳中切割槽开口并且将PARM插入到外壳中并且紧固被关闭该槽的PARM的开放嘴/端口143的外周唇框架锚固的、延伸到外壳中的模块，PARM可以被放置在声学外壳(扬声器外壳)以内。基本上相同(通常差异很小以被认为在这样的设备的制造规范中是可忽略的)的调谐质量被紧固到锥体结构139的每个中央凹部145内以用于调谐PARM来产生期望的频率。在相应的无源辐射器的各自锥体结构139上的不同调谐质量将在两个不同频率处调谐它们。(不推荐)

图4G是PARM的顶或底组装的分解透视图，其在组装时与另一个相同且镜像。外围绕物137具有被耦合到刚性锥体结构139的 内环唇以及被耦合到顶侧外框架壁144的外环唇。一旦耦合，桥接肋部144被移除。类似地，内围绕物141具有被耦合到刚性锥体结构139的内环唇以及被耦合到底侧外框架壁144的外环唇。每个组件可在刚性锥体结构139的中央凹部145中具有添加的质量以用于容纳调谐质量以获得期望的调谐频率。通常顶无源声学辐射器和底无源声学辐射器组件被调谐至相同频率。

图4H、4I、4J和4K示出了无源声学辐射器模块(PARM)的外端部、横截面侧部、外侧部以及横截面的透视图。图4K是图4J的线B-B处所取的截面透视图。薄型分段支架(本领域中已知的同心波波纹的悬架)141'在外框架开口的内边缘与刚性锥体139的外边缘之间连接。在支架141'中没有分段处允许空气穿过支架平面，使得刚性锥体仅被外围绕物137密封。如可以在图4I中所见，在无源辐射器的表面处的支架悬挂结构的使用减小或排除了两个无源辐射器的任何部件彼此跨腔体定位的机会，这将在操作中向着彼此的方向的最大幅度行进期间具有机械干扰(或触摸)。

图5示出了具有包括开放嘴/端口151的腔体壁155的PARM。存在两个附加的相同圆形开口，其中无源辐射器元件由柔性环形悬架152紧固以用于顶辐射器(具有预定质量的刚性圆盘153)，该无源辐射器由腔体壁155中的(上)圆形开口内的柔性悬架152所悬挂，从而提供具有预定质量的无源辐射器。最终，开放嘴/端口151具有可变横截面区域154，其构造和形状可以在设计上被改变或调谐以提供和调节号角加载。(下)第二圆形开口具有连接到其的悬架152A的外直径，悬架152A的内直径连接到盘153A的外直径；该组件产生了本文中称为底无源辐射器“A”的悬挂的质量。

图5A和图5B示出了图5的PARM的中央横截面A-A，其具有两个相同的辐射表面，每个由单个悬架所悬挂。在PARM腔体内的惯性空气阻力随着空气在腔体内进进出出地移动而增大。在吸气和呼气期间，悬挂的刚性锥体结构的无源辐射器冲程趋向于更接近PARM的开放端口/嘴151，如在图5B中由虚线152A'所示。该摆动 不仅导致频率失真，也导致要被处理的可听见的风噪声。有多种方式来试图消除该摆动以便于增大输出幅度和控制(减小)失真。

图6示出了无源辐射器模块的平面图，其具有沿着PARM的中轴的在或接近端口/嘴开口处的等于1/2空气质量加载偏移物的偏移调谐质量160。

图6A是图6在线A-A处沿着中轴的暴露出偏移质量160和160A的截面图。

图6B示出了当在PARM中利用调谐质量时非摆动线性冲程(虚线152')。

图6、6A、6B示出了每个移动质量具有一个悬架的PARM。在该设计中未调谐的平面的移动无源辐射器元件在长冲程期间摆动。然而相对于PARM的嘴轴线置中的紧固调谐质量160可以减小(衰减)摆动。因为具有两个辐射表面，每个具有从无源辐射器153的刚性盘的质心偏移的调谐质量。这些质量至少部分地消除在辐射表面的前部分上加载的差异空气质量，减慢了前部分的运动。在该实施例中，围绕物被倒转，减小了PARM的厚度。该设计示出了集成的开放嘴154，提供了号角加载以用于增强低频增益。

图7是PARM的平面图，示出了具有用于安装偏移物的各种可能位置的调谐质量160，该偏移物用于向前调节无源辐射器的质心以模仿当被声学外壳中的有源声学辐射器扬声器驱动时遇到的空气质量加载。调谐质量160常规在各个偏移位置处被紧固到无源辐射器的平面刚性盘上，例如，通过从调谐质量160的中心偏置的螺母和螺栓161。偏移位置166、166A、166B通过简单地围绕螺栓161旋转调谐质量160并旋紧螺母而被完成。

图7A是示出了质量160、160A的跨A-A的侧截面图；161、161A是紧固偏移调谐质量以减小由空气质量通过PARM的嘴的吸入/呼出导致的PARM的被驱动的无源辐射器的摆动的安装螺栓。声学设计者还可以从中央位置偏移地定位调谐质量以减轻由其他因素导致的摆动，例如当PARM被角度地安装时的重力。重力是影响移动质量 的休止位置以及PARM的相应无源辐射器的惯性加载的因素。

图8示出了PARM，其具有相对的(通过声学外壳)辐射对称号角加载端口/嘴170、170A(开放号角加载嘴170；对称的号角加载的开放嘴170A)；刚性平面盘171、171A；以及用于盘171的柔性悬架172。

图8A是沿着图8的B-B的示出了连接环173的横截面视图。该模块表示被对称加载的以及具有两个相同嘴(开口)170、170A的两个无源辐射器。这些将辐射从无源辐射器谐振的声波。由于对称性，无源辐射器将不会摆动。左嘴170将在无源模块被围绕右嘴170A定位的螺栓安装之后被粘合，示出了具有用于将两个部件粘合在一起的L连接环173。

图9是示出了PARM的部件以及用于将图8的PARM放置在声学外壳中的组装步骤的横截面示图。

图10是示出了针对两个扬声器和安装在外壳180中的PARM 181的部分看穿透视图。在该声学布置中，PARM辐射低单声道频率，而一对安装的有源声学辐射器(扬声器)辐射全频立体声产生的声音，通常被称为2.1系统。(数字2表示立体声的两个扬声器并且0.1表示超低音范围)

图11是包括向声学外壳的外部开放及辐射的开放嘴190的管状PARM的侧视图，其具有在声学外壳内浸没的封闭的后端191、一个辐射无源辐射器的柔性围绕物192、PARM的无源辐射器的刚性中央辐射面板193、以及针对PARM的安装凸缘194。

图11A示出了PARM的沿着图11中所示的PARM的A-A的剖面图，包括弯曲辐射面板表面193、悬挂该弯曲辐射面板表面193的弯曲柔性围绕物192。

图11B是图11的包括开放嘴190和安装凸缘194的管状PARM。

图12是示出了其中定位有图11的PARM的声学外壳的横截面示图，其具有管状无源模块201、可以从声学外壳204内的被设计为辐射声音的有源扬声器203辐射外壳的声压级的开放嘴190。大多数 如今在市场上存在的开孔的外壳经由槽端口(矩形开口)或通过圆管被调谐。管在家庭音频全拼声学系统中更为普遍。具有预定长度和直径的管将具有端口调谐，其涉及等于端口体积的箱体积和空气质量。当调谐一立方英寸的箱至30Hz时，所需的端口长度显著超过一立方英尺的箱的尺寸。该设计提供了相同的大小但质量增加以获得相同的结果，同时占据较小的体积。该设计示出了管状模块设计的实施方式。驱动声学扬声器203增压及减压外壳，导致无源辐射器的壁移进移出。设计目的是使PARM在所选的感兴趣的频率处的相位声学地辐射。不像常规圆形端口，该设计具有封闭的背部，提供了抵靠管的壁推动的内部压力，致使PARM的开放端口/嘴的空气移进移出。图13和图13A示出了具有相对的端口/嘴(通过外壳)的管状PARM，其具有被紧固到声学外壳的相对壁的两个安装凸缘194、194A以用于在外壳内安装PARM，并包括开放嘴凸缘190A、开放端管部分2 190B以及无源辐射器部分1 194C。这些相对的嘴允许空气移进移出该端口。该方法允许对称的加载但并不解决摆动的问题。抗摆动调谐质量是必要的以稳定每个辐射表面。

图13A示出了图示端口模块198A到外壳中的组装方法的声学外壳的横截面。第一无源辐射器部分1 194C被安装到外壳中，其后开放端管部分2 194B通过将安装凸缘190A粘合到开放端管部分2190B而被安装在相对的表面上，因而导致具有两个相对嘴的PARM。

图14图示了具有对称加载的两个开放嘴的管状PARM。振动元件(膜片)，例如224，面向外部压力有相同的阻力，因此没有摆动并且不需要提供抗摆动质量。该设计优化了对称以便于最小化摆动。管状PARM具有相对的端口/嘴221、222(通过外壳)，其具有被紧固到声学外壳的相对壁以用于在外壳内安装PARM的两个安装凸缘(围绕嘴)。这些相对的嘴允许空气移进移出PARM的管状主体。开放嘴221、222在管状主体端部件的末端处。至少在一端，端部件被连接在配合线225处。配合线225图示了连接节点，沿着其在内管与外管(端部件)之间的连接与凸缘延伸，该凸缘在包含多个辐 射刚性表面(例如224)和扬声器223的外壳220以内连接。

图15示出了矩形(或正方形)无源辐射器的截面图，其包括矩形辐射表面232、辐射矩形表面231、将由矩形辐射表面产生的压力与冲击矩形辐射表面232的表面隔离的表面(内壁)230、由安装凸缘环绕的开放嘴233。图15A是图14的辐射器的前透视图。图15B是图15的模块的顶视图，示出了具有矩形悬挂表面的号角加载的无源辐射器。在图14、14A和14B中所示的无源模块具有矩形辐射表面，其相对于相似横向限定尺寸的圆形辐射面积增大辐射面积23％。此外，该设计提供了两个辐射膜片之间的分开的表面(壁)，使得将没有相移。该设计的另一优点是能够使用号角加载作为辐射频率调谐工具以改进低频声音(频率延伸)。

图16是由外壳壁环绕及间隔开的密封扬声器外壳的横向截面透视图。有源扬声器243被示出为安装在立方体状密封的扬声器外壳的前表面中。无源辐射器240、241、142被安装在密封扬声器外壳的两侧和一个后壁中。该结构的前面的开放嘴排气口244、245提供了来自密封扬声器外壳的外表面和外部外壳壁的内表面的端口。

图17示出了在图16中所示的扬声器箱的阻抗对频率响应绘图249。阻抗峰值246、247被识别为相应地源自无源辐射器240、242(基本相同)以及无源辐射器241。阻抗峰值248能够归因于有源扬声器243。图16中所示的布置示出了三个无源辐射器240、241、242，其辐射到具有两个开放端嘴244、245的通道类型端口中。该设计提供了大规模的大表面积。源自无源辐射器241的声压级，在该实例中其可以被识别为抵靠大多数正在移动的环绕表面的后波。由于压力改变，不仅在该配置中的无源辐射器被空气弹簧载荷(移位)。该无源辐射器的配置趋向于减小由有源扬声器243生成且因而导致较小锥体失真的后波反射。

绘图249展示了阻抗峰值246、247在不同频率值处被检测的事实。图16的设计需要如以下的调谐：第一，质量应当被添加到无源辐射器240、242的振动元件以移除摆动。这可以如之前所述地被完 成。第二，调谐质量应当被添加到无源辐射器241的振动元件，使得其阻抗峰值频率247移动低至246。这可以通过向辐射表面的中间添加质量而被完成。不需要向241添加抗摆动质量。

图18是声学外壳251、有源扬声器250、开放端辐射嘴255、256、无源辐射器表面254、无源辐射器表面252和单独平面253的横截面透视图。

图18示出了外壳251的截面，其具有辐射和加载相应地具有内表面254和外表面252的无源模块的扬声器250。这些表面从彼此通过分隔平面253隔离开，该分隔平面隔离或阻挡由制造中的非一致性生成的相移以及产生摆动的一侧声压加载。抗摆动质量的使用是必要的以稳定无源辐射元件的振动表面。图18中所示的布置的进一步的优点是无源加载模块的倾斜的“L”形。在该配置中，安装在面向有源扬声器250的后面的内表面254中的无源辐射器元件直接地接收、衰减和直接反射从有源扬声器250的后面接收到的声压。该布置减小了在其他配置中发生的声压波必须弹开及在侧表面成角度反射的频率相位失真。

虽然本发明已经相对于特定实施例进行了描述，本领域技术人员将认识到可以做出形式和细节的改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (29)

1.一种无源声学辐射器模块，包括：

端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，以接收来自空气弹簧的正负压力，所述端口腔体结构除具有喉段的号角结构外是闭合的，所述喉段具有联通到所述声学外壳之外的嘴段，所述喉段提供压力阻力，从而在所述喉段内外创建不同的可变声压，所述端口腔体结构具有多个壁以及在所述多个壁中的开口，

其中，所述开口被配置为被定位在接纳所述声学外壳中的开口的模块中并被密封到所述模块，其中所述模块待被操作，并且被固定到具有预定质量分布的辐射器的至少两个基本匹配的对称声学辐射表面被悬挂在所述多个壁的至少两个壁中，使得所述至少两个辐射表面的振动致使通过所述开口的声压级变化。

2.根据权利要求1所述的无源声学辐射器模块，进一步包括：

摆动降低调谐质量，被固定到所述至少两个声学辐射表面中的每一个声学辐射表面，其中被固定到所述至少两个声学辐射表面的每一个声学辐射表面的所述摆动降低调谐质量中的每一个摆动降低调谐质量的重心从所述至少两个辐射表面的几何中心向声学辐射器模块的开口偏移预定距离。

3.根据权利要求1所述的无源声学辐射器模块，其中在所述开口的最小收缩区域与所述辐射表面之间的空间定义号角加载的体积。

4.根据权利要求2所述的无源声学辐射器模块，其中在所述开口的最小收缩区域与所述辐射表面之间的空间定义号角加载的体积。

5.一种无源声学辐射器模块部件，包括：

端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，以接收来自空气弹簧的正负压力，所述端口腔体结构包括具有喉段的号角结构，所述喉段具有联通到所述声学外壳之外的嘴段，所述喉段提供压力阻力，从而在所述喉段内外创建不同的可变声压，所述端口腔体结构具有由多个壁和嘴开口环绕的内空间，

其中辐射表面使用悬挂围绕物布置从所述多个壁中的至少一个壁被悬挂。

6.根据权利要求5所述的无源声学辐射器模块部件，其中所述悬挂围绕物布置的所述辐射表面具有在沿着所述辐射表面的辐射轴线的方向上分开的悬挂位置。

7.根据权利要求6所述的无源声学辐射器模块部件，其中声音辐射系统包括在其中安装的所述无源声学辐射器模块部件。

8.根据权利要求5所述的无源声学辐射器模块部件，其中所述悬挂围绕物布置包括比外悬架更接近于所述声学辐射器模块部件的中心的内悬架，其中所述内悬架由薄外形材料制成。

9.根据权利要求8所述的无源声学辐射器模块部件，其中所述内悬架的所述薄外形材料包括支架，所述支架被配置作为从中心发出的一系列同心波形式，其中所述支架的虚像包络的侧表面基本上是平面的。

10.根据权利要求8所述的无源声学辐射器模块部件，进一步包括第二辐射表面，所述第二辐射表面使用第二悬挂围绕物布置从所述多个壁中的所述至少一个壁中的第二壁被悬挂，所述第二壁被定位在所述辐射表面的对面并对称于所述辐射表面。

11.根据权利要求10所述的无源声学辐射器模块部件，其中所述辐射表面和所述第二辐射表面均被固定到辐射器，其中摆动降低调谐质量被固定到所述辐射表面和所述第二辐射表面的所述辐射器中的每个辐射器，其中被固定到所述辐射表面和所述第二辐射表面的所述辐射器中的每个辐射器的每个所述摆动降低调谐质量的重心从所述辐射表面和所述第二辐射表面的几何中心向声学辐射器模块部件的所述嘴开口偏移预定距离。

12.根据权利要求10所述的无源声学辐射器模块部件，进一步包括具有有源声学辐射器的声学外壳，其中所述声学外壳包含利用与所述声学外壳的外部联通的所述嘴开口而被固定到辐射器的所述辐射表面和所述第二辐射表面，其中被固定到辐射器的所述辐射表面和所述第二辐射表面是基本上匹配的成对无源辐射器，所述成对无源辐射器被对称地定向到并被支撑在端口腔体的相对侧壁上，每个无源辐射器具有预定质量分布，所述预定质量分布在被所述声学外壳内的所述有源声学辐射器辐射时致使所述成对无源辐射器响应于声压脉冲而对称地振动。

13.根据权利要求5所述的无源声学辐射器模块部件，包括：

其中所述端口腔体结构除具有喉段的号角结构外是闭合的，所述喉段具有联通到所述声学外壳之外的嘴段。

14.根据权利要求13所述的无源声学辐射器模块部件，其中所述辐射表面使用双悬挂围绕物布置从所述多个壁中的至少一个壁被悬挂。

15.一种能够安装在声学外壳中的无源辐射器模块，包括：

端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，以接收来自空气弹簧的正负压力，所述端口腔体结构除具有喉段的号角结构外是闭合的，所述喉段具有联通到所述声学外壳之外的嘴段，所述喉段提供压力阻力，从而在所述喉段内外创建不同的可变声压，所述端口腔体结构具有由多个壁和嘴开口环绕的内空间，

其中辐射表面使用悬挂围绕物布置从所述多个壁中的至少一个壁被悬挂；

有源声学辐射器，能够在所述声学外壳内辐射可变声压脉冲以用于提高声学输出，包括结合的：

在其中具有腔体的壁结构，所述壁结构具有悬挂在柔性围绕物内的预定质量的辐射器壁，

由此，

所述辐射器壁被致使来响应于由在所述声学外壳内的所述有源声学辐射器辐射的可变声压脉冲而振动。

16.根据权利要求15所述的无源辐射器模块，其中所述壁结构具有两个辐射器壁，每个辐射器壁悬挂在柔性围绕物内并且每个辐射器壁具有预定质量。

17.根据权利要求16所述的无源辐射器模块，进一步包括：

刚性分区，所述刚性分区将所述壁结构中的所述腔体对称地分为两个隔离的腔体，每个隔离的腔体具有所述两个辐射器壁中的一个辐射器壁，所述一个辐射器壁被配置为防止由所述两个辐射器壁中的一个辐射器壁辐射的不同可变压力脉冲影响跨所述腔体的所述两个辐射器壁中的另一个辐射器壁的振动。

18.根据权利要求17所述的无源辐射器模块，其中每个隔离的腔体具有号角加载的段，以用于将不同辐射的可变压力脉冲传播到所述声学外壳的外部。

19.根据权利要求16所述的无源辐射器模块，其中所述腔体被包含在延伸到所述声学外壳中的管状结构内，所述管状结构具有在所述声学外壳内的封闭半球端以及开放端，所述开放端适用于被安装在、密封到并且联通穿过所述声学外壳的壁。

20.根据权利要求19所述的无源辐射器模块，其中所述管状结构是圆柱体的。

21.根据权利要求15所述的无源辐射器模块，其中所述壁结构具有大致相同质量的两个匹配的辐射器壁，对称地定向并悬挂在所述腔体的相对壁上的柔性围绕物内。

22.根据权利要求21所述的无源辐射器模块，进一步包括：

刚性分区，所述刚性分区将所述壁结构中的所述腔体对称地分为两个隔离的腔体，每个隔离的腔体具有所述两个辐射器壁中的一个辐射器壁，所述一个辐射器壁被配置为防止由所述两个辐射器壁中的一个辐射器壁辐射的不同可变压力脉冲影响跨所述腔体的所述两个辐射器壁中的另一个辐射器壁的振动。

23.根据权利要求22所述的无源辐射器模块，其中每个隔离的腔体具有号角加载的段，以用于将不同辐射的可变压力脉冲传播到所述声学外壳的外部。

24.根据权利要求21所述的无源辐射器模块，其中所述腔体被包含在延伸到所述声学外壳中的管状结构内，所述管状结构具有在所述声学外壳内的封闭半球端以及开放端，所述开放端适用于被安装在、密封到并且联通穿过所述声学外壳的壁。

25.根据权利要求24所述的无源辐射器模块，其中所述管状结构是圆柱体的。

26.根据权利要求15所述的无源辐射器模块，其中所述腔体具有号角加载的段。

27.根据权利要求15所述的无源辐射器模块，其中所述腔体被包含在延伸到所述声学外壳中的管状结构内，所述管状结构具有在所述声学外壳内的封闭半球端以及开放端，所述开放端适用于被安装在、密封到并且联通穿过所述声学外壳的壁。

28.根据权利要求27所述的无源辐射器模块，其中所述管状结构是圆柱体的。

29.一种无源声学辐射器模块部件，包括：

端口腔体结构，适用于放置在声学外壳内部，以接收来自空气弹簧的正负压力，所述端口腔体结构除开放到外部的号角结构外是闭合的，所述号角结构具有喉段，所述喉段提供压力阻力，从而在所述喉段内外创建不同的可变声压，所述端口腔体结构具有由多个壁和嘴开口环绕的内空间，

其中辐射表面使用悬挂围绕物布置从所述多个壁中的至少一个壁被悬挂。