CN107027087A - 一种多曲面空间音箱造形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多曲面空间音箱造形方法，以卡西尼卵形线第三分支为音箱端面基本造形，并以此端面为截面任意垂直延伸，形成多曲面立体造形空间或双份多曲面立体造形空间。所述端面包括多曲面空间音箱端面和双份多曲面空间端面。所述的多曲面立体造形空间和双份多曲面立体造形空间制成的多曲面空间造形音箱，包括橫置式多曲面空间音箱和竖置式多曲面空间音箱。本发明消除了音箱声学驻波产生根源，较大程度地减少了因驻波产生的音染，提高了箱体形状的物理刚度及抗力，对音箱音质及其声学性能亦有更高的品质保证。

Description

一种多曲面空间音箱造形方法

技术领域

本发明涉及音箱领域，具体是一种多曲面空间音箱造形方法。

背景技术

对于音箱而言，空气容室的大小与形状都对音箱谐振性能与品质有着较大的影响。从箱体声学空间造形看，自1924年出现的背腔开口式音箱始至今，当前无论是密闭式音箱、倒相式音箱、迷宫式音箱或带通式音箱的箱体空间造形绝大多数采用长方体方式，即将音箱内的六个平面相向对称组成长方体形状的声学空间，该类声学空间造形存在的主要缺陷如下：

第一，长方体空间由六个相向对称平面组成，这六个对称平面是产生驻波的根源之一。由扬声器单元振膜背部发声的一些较低频率会在长方体空间相向对称的平面之间形成声波两列传播方向相反、振动方向相同、振幅相同、频率也相同的平面简谐波叠加及驻波。

第二，长方体空间有12条棱8个顶点，面与面结合处即棱部位有90度夹角边12条，三面结合处即顶点位置有直角三角形8个，该8个顶点即直角三角形与12条棱形即90度夹角边也为声波两列传播方向相反、振动方向相同、振幅相同、频率也相同的平面简谐波叠加提供了物理条件，当扬声器背部在箱体内发声时，会在长方体棱角两边之间与三角形内产生声波传播方向相反、振动方向相同、振幅相同、频率也相同的平面简谐波叠加现象，也就是驻波现象，并且该驻波能量比前述平面与平面之间的驻波能量要大得多。

第三，因为12条棱与8个顶点的结构方式，长方体空间越大，产生驻波频率越低，长方体空间越小，产生驻波频率越高。所以无论空间大小，长方体空间都会产生驻波。

第四，长方体空间在相同材质条件下各面形成的应力不同，其中较长4面的应力大于较短2面，尤其是较长4面的腰部应力最大，箱体的该部位也是应力集中部分，即应力最大部位，它往往会因扬声器背部声波带动空气膨胀收缩的力量驱动而弯曲变形，这种弯曲变形既是应力集中反映，也是箱体刚性减弱而至。在长方体空间音箱中，六个平面中有2个面（通常是上面与下面）较短，4个面（通常是侧面）较长，该4个较长面的腰部既是箱体抗力最弱的部位即应力集中部位，同时也是空气张缩力最大的部位，最大空气张缩力与最弱箱体抗力相加，其结果使箱体该部位应力倍增，受该部位应力作用影响，箱体所有部分都会振动，而箱体振动的频率并非扬声器单元振动频率，是箱体及其材料的固有频率，对这种现象也可叫做箱体自振，自振频率也就是箱体自振波，这个箱体的自振波会造成音箱的声染色，即将箱体固有频率声波叠加在音乐信号频率里。

第五，某少数梯形立方体音箱造形空间或三角形立方体音箱造形空间，它们在一定程度上可能会减除箱体平行面对称产生的驻波，但却未消除大于或小于90度的直角边（棱边）与三角形（顶点）等产生的驻波。某些三角形立方体音箱造形空间因夹角或锐角三角形产生的驻波能量甚至大过矩形（包括长方体）空间。

任何音箱箱体，一旦有驻波或自振波产生，均可视为性能与品质存在严重缺陷。因为驻波与自振波是音乐重放中额外的声波，是音乐节目源信号中没有的声波，也可看成是一种脱离音乐信号控制的声波，这种驻波与自振波不仅会以一种能量方式参与箱体空间的流体力学变化而影响扬声器振膜的正常运动，从而干扰扬声器振膜的正常发声形成声染色，也在开口箱（倒相式、迷宫式、带通式等）条件下以驻波叠加与自振波叠加的较大能量破坏音箱正常谐振时不同频率的能量平衡，致使谐振效果出现声拖尾或声染色的现象，声染色、声拖尾现象使音乐声波含混不清，对于重放音乐而言等于改变了乐音的泛音列（谐波秩序），降低了音箱声学信噪比，从而将对人体有某些健康作用的乐音声波特性改变成对人体健康有损坏作用的噪音特性，进而破坏或降低了音箱的谐振纯净性能和音乐重放保真度的质量。

上述现象在当前音箱设计制造中比比皆是，甚至国内外音箱设计软件均是以长方体空间造形数据为计算模型的，尤其是用中密度板（MDF）设计制造的长方体音箱占有市场绝大多数，这种材质由于其颗粒纤维分布均匀且密度较低，材料应力较大，其长方体腰部最易变形，其箱体自振波与驻波都较其他密度较高的长方体音箱要多得多。这无疑对音箱高保真技术的发展是一种巨大的障碍，而且对人类健康是一种不小的潜在威胁，噪音是有损人体健康的，所以这种现象必须加以改正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多曲面空间音箱造形方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多曲面空间音箱造形方法，以卡西尼卵形线第三分支为音箱端面基本造形，以此端面为截面任意垂直延伸，形成多曲面立体造形空间或双份多曲面立体造形空间。

作为本发明进一步的方案：所述端面包括多曲面空间音箱端面和双份多曲面空间端面。

作为本发明再进一步的方案：所述多曲面空间音箱端面的中部有两个凹进的细腰部分为多曲面空间音箱端面的侧凹进曲线，多曲面空间音箱端面的两个凸出圆弧部分为多曲面空间音箱端面的侧凸出曲线，将多曲面空间音箱端面进行任意垂直延伸得到多曲面空间立面，即得到多曲面造形空间的形状，沿多曲面空间音箱端面的侧凹进曲线垂直延伸方向立面为多曲面空间立面的侧凹进面，沿多曲面空间音箱端面的侧凸出曲线垂直延伸方向立面为多曲面空间立面的侧凸出面，所述多曲面立体造形空间包括两个侧凹进面、两个侧凸出面与两个多曲面空间端面。

作为本发明再进一步的方案：所述双份多曲面空间端面中凹进曲线部分为双份多曲面空间端面的凹进曲线，双份多曲面空间端面中凸出曲线部分为双份多曲面空间端面的凸出曲线，将双份多曲面空间端面的凹进曲线、凸出曲线作任意垂直延伸构成双份多曲面立体造形空间，双份多曲面立体造形空间包括四个凹进曲面、四个凸出曲面与两个双份多曲面空间端面。

作为本发明再进一步的方案：所述的多曲面立体造形空间和双份多曲面立体造形空间制成的多曲面空间造形音箱，包括橫置式多曲面空间音箱和竖置式多曲面空间音箱，所述橫置式多曲面空间音箱将扬声器单元装置于多曲面立体造形空间和双份多曲面立体造形空间的端面；所述竖置式多曲面空间音箱将扬声器单元装置于多曲面立体造形空间和双份多曲面立体造形空间的侧面。

作为本发明再进一步的方案：将多曲面空间端面与多曲面空间立面组成的多曲面立体造形空间嵌入音箱箱壳里，再将扬声器单元装置于多曲面空间端面同一方向。

作为本发明再进一步的方案：将双份多曲线面空间端面与凹进曲面、凸出曲面组成的双份多曲面立体造形空间嵌入音箱箱壳里，再将扬声器单元装置于双份多曲线面空间端面同一方向。

作为本发明再进一步的方案：将多曲面空间端面与多曲面空间立面组成的多曲面立体造形空间嵌入音箱箱壳里面，再将扬声器单元装置于侧凹进曲面同一方向。

作为本发明再进一步的方案：将多曲面空间端面与多曲面空间立面组成的多曲面立体造形空间嵌入音箱箱壳里面，再将扬声器单元装置于多曲面空间侧凸出曲面同一方向。

作为本发明再进一步的方案：将双份多曲面空间端面与凹进曲面、凸出曲面组成的双份多曲面立体空间嵌入音箱箱壳里面，再将扬声器单元装置于多曲面空间侧面的同一方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）由于本发明的空间形状改变了现有音箱绝大多数长方体空间，使音箱内部形状去除了现有长方体音箱空间存在的12个棱角边与8个三角形，同时也去除了现有长方体音箱空间中6个平面完全相向对称结构，仅保留了两个平面相向对称，基本上消除了音箱声学驻波产生根源，较大程度地减少了因驻波产生的音染，较现有长方体空间造形音箱以及三角形立体空间造形音箱等具有更纯净的发声品质，从而提高了音箱及扬声器系统的性能。

（2）由于本发明基本上消除了音箱声学驻波产生根源，大大降低了箱体内部因驻波产生的干扰能量，为扬声器振膜运动从其背部提供了更正常的气流条件，即大大减少了箱体内部气流运动对扬声器振膜的负面干扰，较现有长方体或三角立体形空间造形音箱更利于扬声器振膜正常运动，对音箱音质及其声学性能亦有更好的保证。

（3）由于本发明是一个多曲面空间造形，从形状力学角度，一方面提高了箱体结构的刚度及提高了箱体内部抗力，另一方面则减少了箱体结构的应力，尤其是减少了诸如长方体空间类型音箱腰部的应力，在同等材质条件下，采用本发明方法箱体自振的抑制能力远远高于长方体空间音箱及其三角立方体空间音箱。这在降低或减少箱振杂音方面优势突出，能更好保证音箱性能与品质。

附图说明

图1为多曲面空间音箱造形方法中的卡西尼卵形线结构示意图。

图2为多曲面空间音箱造形方法中卡西尼卵形线第三分支的结构示意图。

图3为多曲面空间音箱造形方法中多曲面空间端面图。

图4为多曲面空间音箱造形方法中多曲面立体造形空间的结构示意图。

图5为多曲面空间音箱造形方法中双份多曲面空间端面图。

图6为多曲面空间音箱造形方法中双份多曲面立体造形空间的结构示意图。

图7为多曲面空间音箱造形方法中橫置式多曲面空间音箱的结构示意图。

图8为多曲面空间音箱造形方法中橫置式双份多曲面空间音箱的结构示意图。

图9为多曲面空间音箱造形方法中竖置式多曲面空间音箱的结构示意图。

图10为多曲面空间音箱造形方法中竖置式多曲面空间音箱另一种实施例的结构示意图。

图11为多曲面空间音箱造形方法中竖置式双份多曲面空间音箱的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，一种多曲面空间音箱造形方法，包括取自卡西尼卵形线的第三分支曲线组成端面垂直延伸为多曲面空间音箱造形方法与取自卡西尼卵形线的第三分支曲线进行双份（Double）叠加的多曲面音箱造形方法。如图1-2所示，首先采自卡西尼卵形线分支，即c<a<c√2时的曲线，即图象是一条没有自交点的光滑曲线，曲线中部有凹进的细腰。所述卡西尼卵形线是由到两个定点（焦点）距离之积为常数的所有那些点组成的图形，其分支图形为：设两定点为A,B,AB=2c,动点M满足MA×MB=a²(a>0为定值）；

当a<c时，图象分为两支，随着a的减小而分别向A,C收缩；

当a=c时的分支，成8形自相交叉，称为双纽线；

当c<a<c√2时，图象是一条没有自交点的光滑曲线，曲线中部有凹进的细腰；

当a=c√2时，与前种情况一样，但曲线中部变平；

当a>c√2时，曲线中部凸起。

如图3-4所示，本发明将卡西尼卵形线第三分支图形作适当调整，形成一个近似卡西尼卵形线第三分支的多曲线平面，所述多曲线平面是指该平面由两条向内对称弯曲的弧线与两条向外对称弯曲的弧线构成。所述多曲线平面为多曲面空间音箱端面1，多曲面空间音箱端面1的中部有两个凹进的细腰部分为多曲空间音箱端面1的侧凹进曲线101，多曲面空间音箱端面1的两个凸出圆弧部分为多曲面空间音箱端面1的侧凸出曲线102，将多曲面空间音箱端面1进行任意垂直延伸得到多曲面空间立面2，多曲面空间音箱端面1与多曲面空间立面2结构在一起便获得一个本发明多曲面造形空间A的形状，沿多曲面空间音箱端面1的侧凹进曲线101垂直延伸方向的立面为多曲面空间立面2的侧凹进面202，沿多曲面空间音箱端面1的侧凸出曲线102垂直延伸方向的立面为多曲面空间立面2的侧凸出面201。本发明以卡西尼卵形线第三分支为端面基本造形，以端面为截面任意垂直延伸构成立体，形成多曲面立体造形空间A，所述多曲面立体造形空间A共有四个曲面：两个侧凹进面202与两个侧凸出面201。

以上述多曲面空间为基础，把上述多曲面立体造形空间A再进行端面双份叠加处理，即双份多曲面立体造形空间B，如图5-6所示，双份多曲面空间端面10中凹进曲线部分为双份多曲面空间端面10的凹进曲线11，双份多曲线面空间端面10中凸出曲线部分为双份多曲面空间端面10的凸出曲线12，将双份多曲面空间端面10的凹进曲线11、凸出曲线12作任意垂直延伸便构成双份多曲面立体造形空间B；双份多曲面立体造形空间B包括八个曲面：即四个凹进曲面15与四个凸出曲面13。

一种利用上述多曲面立体造形空间A和双份多曲面立体造形空间B制成的多曲面音箱，包括橫置式多曲面空间音箱和竖置式多曲面空间音箱。

如图7-8所示，所述橫置式多曲面空间音箱将扬声器单元4装置于多曲面立体造形空间A和双份多曲面立体造形空间B的端面，如图7所示，将多曲面空间端面1与多曲面空间立面2组成的多曲面立体造形空间A嵌入音箱箱壳3里，再将扬声器单元4装置于多曲面空间端面1同一方向；如图8所示，将双份多曲线面空间端面10与凹进曲面15、凸出曲面13组成的双份多曲面立体造形空间B嵌入音箱箱壳3里，再将扬声器单元4装置于双份多曲线面空间端面10同一方向。

所述竖置式多曲面空间音箱将扬声器单元4装置于多曲面立体造形空间A和双份多曲面立体造形空间B的侧面。如图9所示，将多曲面空间端面1与多曲面空间立面2组成的多曲面立体造形空间A嵌入音箱箱壳3里面，再将扬声器单元4装置于侧凹进曲面202同一方向；如图10所示，将多曲面空间端面1与多曲面空间立面2组成的多曲面立体造形空间A嵌入音箱箱壳3里面，再将扬声器单元4装置于多曲面空间侧凸出曲面201同一方向；图中C是双份多曲面空间音箱竖置式方法，即将双份多曲面空间端面10与凹进曲面15、凸出曲面13组成的双份多曲面立体空间嵌入音箱箱壳3里面，再将扬声器单元4装置于多曲面空间侧面15的同一方向。

所述多曲面空间音箱包括扬声器4、面板9-2、背板9-3与腔体9-1，将上述部件紧密装配在一起就完成了本发明的制作，其制造方法如下：

（1）挤压成形

挤压成形主要是针对箱体材料采用金属材质或塑料材质的方法，即按照挤出或拉伸型材工艺要求，开具本发明形状的模具，利用模具挤压或拉伸出与本发明空间造形符合的型材，然后根据需要对型材进行裁切，得到本发明需要形状的腔体9-1。

（2）浇注成形

浇注造形主要是针对箱体材料采用金属或环氧树脂类材质的方法，按照翻砂工艺要求或环氧树脂类的人造石工艺要求，开具本发明形状的模具，然后将金属液体或环氧树脂调配的液体注入模具，待模具里的材料干透后脱模而成得到本发明需要的腔体9-1。

（3）接缝成形

接缝成形主要是针对木、竹合成材质侧方法。一种方法是将竹或木的合成材料若干块中间铣出本发明形状，然后将这多块的叠加拼接起来得到本发明需要的腔体9-1；另一种方法是两块或四块竹或木合成材料，拼接成本发明需要的腔体9-1。

本发明具有以下优势：

（1）由于本发明的空间形状改变了现有绝大多数矩形尤其是长方体音箱空间，使音箱内部结构去除了现有矩形音箱（包括长方形）空间存在的12个棱角边与8个顶点三角形，同时也去除了现有矩形尤其是长方体音箱空间中6个平面相向对称的形状，基本上消除了音箱声学驻波产生根源，较大程度地减少了因驻波产生的音染，较现有矩形（包括长方体）空间造形音箱以及三角形空间造形音箱等具有更纯净的低音发声品质，从而提高了音箱及扬声器系统的性能。

（2）由于本发明基本上消除了音箱声学驻波产生根源，大大降低了箱体内部因驻波产生的干扰能量，为扬声器振膜运动从其背部提供了更正常的气流条件，即大大减少了箱体驻波与自振波影响内部气流运动对扬声器振膜的负面干扰，较现有矩形尤其是长方体或三角形空间造形音箱更利于扬声器振膜正常运动，对音箱音质及其声学性能亦有更好的保证。

（3）由于本发明是一个多曲面空间造形，从形状力学角度，一方面提高了箱体结构的刚度及提高了箱体内部抗力，另一方面则减少了箱体结构的应力，尤其是减少了长方体空间音箱的腰部应力，在同等材质条件下，采用本发明方法箱体自振的抑制能力远远高于矩形及其长方体空间音箱及其三角形空间音箱，尤其远远高于长方体空间音箱。这在降低减少箱振杂音方面优势突出，能更好保证音箱性能与品质。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.根据权利要求1所述的多曲面空间音箱造形方法，其特征在于，所述端面包括多曲面空间音箱端面（1）和双份多曲面空间端面（10）。

2.根据权利要求2所述的多曲面空间音箱造形方法，其特征在于，所述多曲面空间音箱端面（1）的中部有两个凹进的细腰部分为多曲面空间音箱端面（1）的侧凹进曲线（101），多曲面空间音箱端面（1）的两个凸出圆弧部分为多曲面空间音箱端面（1）的侧凸出曲线（102），将多曲面空间音箱端面（1）进行任意垂直延伸得到多曲面空间立面（2），即得到多曲面造形空间（A）的形状，沿多曲面空间音箱端面（1）的侧凹进曲线（101）垂直延伸方向立面为多曲面空间立面（2）的侧凹进面（202），沿多曲面空间音箱端面（1）的侧凸出曲线（102）垂直延伸方向立面为多曲面空间立面（2）的侧凸出面（201），所述多曲面立体造形空间（A）包括两个侧凹进面（202）、两个侧凸出面（201）与两个多曲面空间音箱端面（1）。

3.根据权利要求2所述的多曲面空间音箱造形方法，其特征在于，所述双份多曲面空间端面（10）中凹进曲线部分为双份多曲面空间端面（10）的凹进曲线（11），双份多曲线面空间端面（10）中凸出曲线部分为双份多曲面空间端面（10）的凸出曲线（12），将双份多曲面空间端面（10）的凹进曲线（11）、凸出曲线（12）作任意垂直延伸构成双份多曲面立体造形空间（B），双份多曲面立体造形空间（B）包括四个凹进曲面（15）、四个凸出曲面（13）与两个双份多曲面空间端面（10）。

4.一种利用上述权利要求1-4所述的多曲面立体造形空间和双份多曲面立体造形空间制成的多曲面空间造形音箱，其特征在于，包括橫置式多曲面空间音箱和竖置式多曲面空间音箱，所述橫置式多曲面空间音箱将扬声器单元（4）装置于多曲面立体造形空间（A）和双份多曲面立体造形空间（B）的端面；所述竖置式多曲面空间音箱将扬声器单元（4）装置于多曲面立体造形空间（A）和双份多曲面立体造形空间（B）的侧面。

5.根据权利要求5所述的多曲面空间造形音箱，其特征在于，将多曲面空间端面（1）与多曲面空间立面（2）组成的多曲面立体造形空间（A）嵌入音箱箱壳（3）里，再将扬声器单元（4）装置于多曲面空间端面（1）同一方向。

6.根据权利要求5所述的多曲面空间造形音箱，其特征在于，将双份多曲面空间端面（10）与凹进曲面（15）、凸出曲面（13）组成的双份多曲面立体造形空间（B）嵌入音箱箱壳（3）里，再将扬声器单元（4）装置于双份多曲线面空间端面（10）同一方向。

7.根据权利要求5所述的多曲面空间造形音箱，其特征在于，将多曲面空间端面（1）与多曲面空间立面（2）组成的多曲面立体造形空间（A）嵌入音箱箱壳（3）里面，再将扬声器单元（4）装置于侧凹进曲面（202）同一方向。

8.根据权利要求5所述的多曲面空间造形音箱，其特征在于，将多曲面空间端面（1）与多曲面空间立面（2）组成的多曲面立体造形空间（A）嵌入音箱箱壳（3）里面，再将扬声器单元（4）装置于多曲面空间侧凸出曲面（201）同一方向。

9.根据权利要求5所述的多曲面空间造形音箱，其特征在于，将双份多曲面空间端面（10）与凹进曲面（15）、凸出曲面（13）组成的双份多曲面立体空间嵌入音箱箱壳（3）里面，再将扬声器单元（4）装置于多曲面空间侧面（15）的同一方向。