CN107409253B - 具有安装在无源辐射器膜片上的有源驱动器的声学设备 - Google Patents

Abstract

一种平衡声学设备包括壳体，其限定声室；第一无源辐射器膜片，其具有有源驱动器组件；以及第二无源辐射器膜片，其具有被横向偏置的多个有源驱动器组件。第一无源辐射器组件的移动质量基本上等于第二无源辐射器膜片的移动质量。第二无源辐射器膜片中的有源驱动器组件的横向偏离量消除了它们与第一无源辐射器膜片的有源驱动器组件在壳体内的干涉。有利地，允许两个无源辐射器膜片之间的距离较小，因此壳体可以较小。

Description

具有安装在无源辐射器膜片上的有源驱动器的声学设备

背景技术

本公开涉及包括有源驱动器和无源辐射器两者的声学辐射设备，其中有源驱动器和无源辐射器的位置和特性被选择以减少耦合至声学结构中的不需要的振动并且减小设备尺寸。

发明内容

在一个方面中，一种声学设备包括第一无源辐射器膜片，其被设置在声学壳体(acoustic enclosure)的第一壁的开口中并且被配置成响应于声室中的压力改变而平行于第一轴移动，该第一轴延伸穿过第一无源辐射器膜片的质心并且与第一壁正交。声学设备还包括第二无源辐射器膜片，其被设置在声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于声室内的压力改变而平行于第二轴移动，该第二轴延伸穿过第二无源辐射器膜片的质心并且与第二壁正交。声学设备还包括第一有源驱动器组件，其设置在第一无源辐射器膜片中的开口中；以及多个第二有源驱动器组件，每个第二有源驱动器组件设置在第二无源辐射器膜片中的开口中。第二有源驱动器组件中的每个有源驱动器组件横向地偏离第二轴。第一无源辐射器组件的移动质量基本上等于第二无源辐射器组件的移动质量。

实施例可以包括以下特征中的一个特征或其任何组合。可以选择第二有源驱动器组件的横向偏离量以避免与第一有源驱动器组件的干涉。第一轴和第二轴可以是平行的或共线的。声学设备还可以包括柔性耦合(compliant coupling)机构，其将第一有源驱动器组件耦合至第二无源辐射器膜片或者耦合至声学壳体的壁中的至少一个壁。第一壁和第二壁可以彼此平行。第一有源驱动器组件的质量可以基本上等于第二有源驱动器组件的质量的总和，并且第一有源辐射器膜片的质量可以与第二有源辐射器膜片的质量相同。

在另一方面中，声学设备包括声学壳体，其具有限定声室(acoustic chamber)的壁；第一无源辐射器膜片，其设置在声学壳体的第一壁的开口中并且被配置成响应于声室中的压力改变而平行于第一轴移动，该第一轴延伸穿过第一无源辐射器膜片的几何中心并且与第一壁正交；以及第二无源辐射器膜片，其设置在声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于声室内的压力改变而平行于第二轴移动，该第二轴延伸穿过第二无源辐射器膜片的几何中心并且与第二壁正交。声学壳体的第一壁和第二壁彼此平行。声学设备还包括第一有源驱动器组件，其设置在第一无源辐射器膜片中的开口中并且在第一轴上具有几何中心；以及多个第二有源驱动器组件，每个第二有源驱动器组件均设置在第二无源辐射器膜片中的开口中。第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件具有几何中心，该几何中心横向地偏离第二轴。第一无源辐射器膜片的移动质量和第一有源驱动器组件的质量的总和基本上等于第二无源辐射器膜片的移动质量与第二有源驱动器组件的质量的总和。

实施例可以包括上述特征和/或以下特征中的一个特征或其任何组合。第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件的横向偏离量可以等于其他第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件的横向偏离量。声学设备还可以包括柔性耦合机构，其将第一有源驱动器组件耦合至第二无源辐射器膜片或者耦合至声学壳体的壁中的至少一个壁。

在另一方面中，声学设备包括声学壳体，其具有限定声室的壁；第一无源辐射器膜片，其设置在声学壳体的第一壁的开口中并且被配置成响应于声室中的压力改变而平行于第一轴移动，该第一轴延伸穿过第一无源辐射器膜片的质心并且与第一壁正交；以及第二无源辐射器膜片，其设置在声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于声室内的压力改变而平行于第二轴移动，该第二轴延伸穿过第二无源辐射器膜片的质心并且与第二壁正交。声学设备还包括第一有源驱动器组件，其固定到第一无源辐射器膜片的表面上的并且被配置成沿平行于第一轴的方向并通过第二无源辐射器膜片中的开口辐射声能；以及多个第二有源驱动器组件，每个有源驱动器组件设置在第二无源辐射器膜片中的开口中。第二有源驱动器组件中的每个有源驱动器组件横向地偏离第二轴并且被配置成沿基本上平行于第一轴的方向辐射声能。第一无源辐射器组件的移动质量基本上等于第二无源辐射器组件的移动质量。

实施例可以包括上述特征和/或以下特征中的一个特征或其任何组合。声学设备还可以包括柔性耦合机构，其在第二无源辐射器膜片中的开口处将第一有源驱动器组件耦合至第二无源辐射器膜片，来自第一有源驱动器组件辐射的声能通过该开口辐射。

通过结合附图参考以下描述可以更好地理解上述特征和其他特征和优点，其中相同的附图标记指示相同的结构元件和特征。附图不一定按比例绘制，而是旨在说明特征和实现方式的原理。

附图说明

图1A至图1C是包括固定到无源辐射器膜片的有源驱动器的声学设备的示例的视图。

图2是包括固定到无源辐射器膜片的有源驱动器的声学设备的另一示例的横截面视图，其中无源辐射器膜片彼此柔性耦合。

图3A和图3B是包括固定到无源辐射器膜片的有源驱动器的声学设备的另一示例的视图，其中无源辐射器组件柔性耦合至声学壳体的壁。

图4是包括固定到无源辐射器膜片的有源驱动器的声学设备的另一示例的横截面视图，其中有源驱动器中的一些有源驱动器与声室声学隔离。

图5是其中所有有源驱动器朝向共同方向并且有源驱动器组件中的一个有源驱动器组件直接安装到无源辐射器膜片的内表面的声学设备的另一示例的横截面视图。

具体实施方式

诸如扬声器系统之类的声学设备可以包括一个或多个无源辐射器换能器。不同于有源扬声器传感器(其可以包括响应于有源换能器接收到电信号而移动的发声膜片)，无源辐射器是非电气设备，其包括发声膜片，其被安装到壳体使得膜片响应于由壳体限定的声学体积的空气压力的变化而移动。在一类实现方式中，具有无源辐射器的壳体还包括有源驱动器，其通过产生声学体积中的空气压力变化来间接地移动无源辐射器。这样，单个电信号可以驱动有源驱动器并且间接地驱动无源辐射器。

已知两个或多个无源辐射器组件可以安装到壳体的壁上，使得无源辐射器组件的膜片提供比单个辐射器膜片更大的有效辐射面积。在这样的设计中，所有无源辐射器膜片可以由有源驱动器产生的空气压力变化来移动。这里，音频换能器的术语“有效辐射面积”被用于标识为了产生声波而移动空气的换能器(或换能器的膜片)的总表面积。

无源辐射器的频率响应、效率、机械共振或其他特性可以是无源辐射器的移动质量的函数。一般而言，增加无源辐射器组件的膜片的移动质量将改变无源辐射器的频率响应。当增强的低频输出是设计目标时，这可能是有利的。

在某些情况下，可能期望限制包含一个或多个无源辐射器组件和有源驱动器的扬声器系统的尺寸或重量。尽管向一个或多个无源辐射器膜片添加质量可以改善扬声器的性能特性，但是这样做可能给扬声器系统增加不期望的重量。

解决这个问题的一种方式是在膜片中的孔或开口处将有源驱动器耦合至无源辐射器膜片。这种耦合产生无源驱动的移动质量，其等于无源辐射器膜片的移动质量和有源驱动器的质量的组合。将有源驱动器耦合至无源辐射器膜片允许增加无源辐射器的移动质量，而不会招致对扬声器增加不必要的重量。

在一个示例中，被设计成用于产生低频输出的扬声器系统可以通过在形成在无源辐射器膜片中的孔处密封“低音扬声器”有源驱动器组件来采用该技术。低音扬声器在扬声器壳体内产生空气压力变化，其产生无源辐射器膜片运动。在这种实现方式中，无源辐射器组件具有总移动质量，其等于无源辐射器膜片的移动质量与有源驱动器组件的质量的总和。声学输出通过无源辐射器膜片的运动和有源驱动器膜片的运动产生，有源驱动器膜片的运动由将电信号应用于有源驱动器而产生。

尽管这样的技术可以减少这种扬声器系统的总体重量，但是它不能解决结合了一个或多个无源辐射器的扬声器中固有的其他问题。例如，无源辐射器膜片的运动向扬声器壳体施加反作用力。在无源辐射器组件的共振频率处或其附近的频率处，这些反作用力可能相对较大并且可能引起壳体的不期望的振动。

本申请通过引用并入于2008年3月27日提交的申请号为12/056,872(现颁布为美国专利第8,189,841号)、于2003年7月21日提交的申请号为10/623,996(现颁布为美国专利第7,133,533号)以及于2013年8月31日提交的申请号为13/600,967的公开内容。这些公开内容部分地涉及将有源驱动器安装到无源辐射器膜片上，以及安装无源辐射器，使得无源辐射器在声学上同相并且在机械上异相振动，从而减少壳体的不希望的振动。

在包括两个无源辐射器的扬声器中，可以将无源辐射器组件安装在壳体的相对的壁中，使得膜片响应于由壳体围合的声学体积的压力变化，产生在声学上同相而在机械上异相的运动。如果两个无源辐射器具有不同的物理特性，则无源辐射器可能不会以相同的方式响应于相同的压力变化。这可能导致每个无源辐射器组件在壳体上施加不同的反作用力。这些不均匀的力可能在壳体中产生不期望的振动。这种无源辐射器在本文中被描述为“不平衡的”。

通过平衡无源辐射器组件以使得两个组件具有等同的物理特性，可以减少或避免这种不期望的影响。通过示例，组件的物理特性可以包括移动质量、有效辐射面积、总悬架柔性或其组合。

在上文所描述的、其中有源驱动器耦合至一个无源辐射器膜片的扬声器中，可以通过将具有相似物理特性的有源驱动器耦合至另一无源辐射器膜片来执行平衡调节。特别地，如果两个无源辐射器具有类似的移动质量和辐射面积，并且两个有源驱动器具有相似的物理质量，则两个有源驱动器/无源辐射器组合将具有相似的移动质量并且因此被适当地平衡。有源驱动器的其他平衡调节可能也是期望的，诸如提供相等的移动质量、柔性、膜片辐射面积、马达力和阻尼。

所描述的布置可能需要大的声学壳体。典型的有源驱动器包括马达，其具有与所生成的马达力有关的某个深度以及耦合至马达的膜片所需的位移。在大多数实现方式中，马达延伸到膜片后面并且进入声室。在两个无源辐射器被安装在壳体的相对侧上并且每个无源辐射器膜片附接有有源驱动器的一些示例中，伸入到壳体中的有源驱动器组件的马达结构可能彼此干涉。这在使用小壳体的扬声器中可能是有问题的，其中无源辐射器膜片辐射面积是其被安装在其中的壳体壁的表面积的大部分(例如，大于面积的40％)。因为有源驱动器组件通常伸入到壳体的内部空腔中，所以小壳体可能无法提供足以使两个有源驱动器组件被安装在壳体的相对壁上的间隙，使得它们的马达结构可以背对背地定位在壳体内而无干涉。

本文中公开的声学设备中的一些声学设备通过用两个或更多个更小的有源驱动器组件替换有源驱动器组件中的至少一个有源驱动器组件来解决这个问题，使得合计的较小的有源驱动器组件具有与单个较大的有源驱动器组件相似的物理特性并且表现出与其类似的声学性能。这意味着耦合至一个无源辐射器膜片的两个或更多个较小的有源驱动器组件具有与单个更大的有源驱动器组件耦合至其他无源辐射器膜片类似的总移动质量、有效辐射面积、总悬架柔性、马达力或其等效组合。因为较小的有源驱动器组件更少地伸入到壳体的内部，所以将单个较大的有源驱动器组件替换为两个或更多个较小的有源驱动器组件可能足以满足小壳体的空间限制，这些有源驱动器组件一起具有与较大的有源驱动器组件的移动质量类似的移动质量。通过将较小的有源驱动器组件定位在横向偏离膜片的中心的位置处，以便不与壳体的相对壁中的较大的有源驱动器组件相干涉，可以获得附加的益处。如本文中所使用的横向偏离量意指到延伸穿过膜片的质心并且通常通过膜片的几何中心的轴的垂直距离。

图1至图5图示了结合了上文所描述的特征的声学设备的示例。所有这些示例通过将一个或多个有源驱动器组件耦合至无源辐射器膜片来增加无源辐射器组件的移动质量。针对每个膜片的有源驱动器组件的总体特性被选择以平衡两个耦合的无源/有源组件，并且有源驱动器组件相对于无源辐射器膜片的轴被横向放置，以减少声学设备的尺寸。

图1A是声学设备1000的一个示例的横截面视图。图1B和图1C分别是声学设备1000的等距顶视图和等距底视图。声学设备1000提供具有声学体积的围合声学空间或声室150。声室150由具有四个侧壁101、顶壁102和底壁104的基本上气密的壳体限定。在一些备选配置中，除了根据大气压波动调整声室150内的空气压力的小的空气泄漏之外，声室150是气密的。

顶壁102包括孔，以容纳包括膜片120的无源辐射器组件。膜片120的周边通过柔性环绕件110机械地耦合至顶壁102，该弹性环绕件110又耦合至被固定到顶壁102的框架114。框架114是刚性结构，其他部件也可以安装在该刚性结构上。环绕件110允许膜片120在轴向上(在附图中，垂直地)移动。在图1A的示例中，无源辐射器膜片120的轴向运动基本上平行于轴线99，其穿过膜片120的质心和几何中心，并且垂直于顶壁102的平面。在图1A中膜片120被示出为平面结构；然而，膜片120是响应于声室150内的空气压力的变化而移动的表面，并且可以采用本领域技术人员已知的任何形状，诸如锥体、具有双曲线横截面的表面或其他已知的弯曲横截面的表面，或者可以具有平坦的圆形表面、矩形表面或椭圆形表面。

膜片120具有两个孔或开口。具有有源驱动器142的有源驱动器组件130被放置在每个孔中，并且通过机构(未示出)通过有源驱动器组件130的框架140被耦合至膜片120。框架140可以是盆架(basket)(未示出)的一部分，其包括其他结构，诸如中心盘(spider)，有源驱动器142的其他部件可以附接到该中心盘上。耦合机构可以包括垫圈、粘合剂珠或另一机构，其在框架140和膜片120之间产生基本上气密且基本上刚性的密封。每个有源驱动器142是响应于所接收的电信号而产生声波的音频换能器，其与响应于声室150内的声压变化而产生声波的每个无源辐射器是可区分的。

类似地，底壁104具有安装无源辐射器组件的孔。无源辐射器组件包括膜片170，其机械地耦合至柔性环绕件112，该柔性环绕件112又耦合至框架118，该框架118被固定到底壁104上。环绕件112允许膜片170在轴向上并且基本上平行于轴线99移动。膜片170可以是任何表面，其响应于声室150内的空气压力变化而轴向移动，并且可以采用本领域技术人员已知的任何形状，诸如锥体、具有双曲线横截面的表面或其他已知的弯曲横截面的表面，或平坦的圆形表面、矩形表面或椭圆形表面。

膜片170具有孔或开口，其中设置有低音扬声器或其他有源驱动器组件164。有源驱动器组件164的框架166刚性地固定到膜片170上，并且密封机构或耦合机构(未示出)可以设置在膜片170和框架166之间。密封机构或耦合机构可以包括垫圈、粘合剂珠或另一机构，其在有源驱动器组件164的框架166和膜片170之间形成基本上气密的密封。

有源驱动器142可以响应于施加到有源驱动器142的第一电音频信号而产生移动膜片120和膜片170的、声室150内的空气压力变化。类似地，有源驱动器160可以响应于施加到有源驱动器160的第二电音频信号而产生移动膜片120和膜片170的、声室150内的空气压力变化。

在图1A所示的示例中，每个有源驱动器142小于有源驱动器160，并且在一些实现方式中，可以在比有源驱动器160的频率范围更高的频率范围内产生输出。在一个配置中，较大的有源驱动器160和两个较小的有源驱动器142接收基本相同的电音频信号。在该示例中，两个较小的有源驱动器142提供与单个有源驱动器基本上相同的功能。

在第二模式中，较大的有源驱动器160和两个较小的有源驱动器142接收基本上相同的位于较低频率的电音频信号，但是在较高频率，两个较小的有源驱动器142接收不同于由较大的有源驱动器160接收的电音频信号的一个或多个电音频信号，并且由较大的有源驱动器160所接收的信号在较高的频率下滚降(rolled off)。

当声学设备包括多个无源辐射器膜片时，无法平衡无源辐射器的移动质量可能会导致振动，其产生不期望的失真(artifact)，诸如嗡嗡声、摇摆运动和/或在产生声音的同时，被安置在表面上的声学设备的“行走”。如将更详细地描述的，可以通过调整每个辐射器的质量或者通过调整每个辐射器的质量分布来执行平衡调节。

本文中所描述的示例和实现方式通过将多个有源驱动器组件130安装在无源辐射器120的膜片中，以使得膜片120和有源驱动器组件130的组合的机械特性平衡膜片170和有源驱动器组件164的类似机械特性，来实现平衡调节。

机械特性可以包括总移动质量、有效质量、质量分布、机械共振、密封或耦合机构的柔性、或其组合。平衡调节可以通过选择每个有源驱动器组件130的质量、每个驱动器组件130相对于膜片120的轴线99的横向位置、或者环绕件的柔性来执行。

无源辐射器移动质量的共振频率和与其相互作用的空气体积的柔性是无源辐射器膜片面积以及无源辐射器的声学体积和移动质量的函数。对于各自耦合至类似的有源驱动器和声学体积的情况，调谐到与面积较小的无源辐射器的共振频率相同的共振频率的面积较大的无源辐射器，具有比较小的无源辐射器更大的移动质量。

如果期望保持声学设备的总重量小于某个值或在一定重量范围内，增加无源辐射器的移动质量可能是有问题的(诸如在便携式扬声器系统中)。在增加无源辐射器膜片辐射面积的有益效果和需要增加移动质量用于维持相同共振频率的缺点之间存在权衡。

在所图示的示例中，有源驱动器组件130被耦合至无源辐射器膜片120。将有源驱动器组件130耦合至无源辐射器膜片120将驱动器组件130的质量添加到膜片120的总移动质量。将驱动器组件130的质量(其已经包含于声学设备1000的总重量)增加到膜片120的质量，减少或消除了必须添加到膜片120以便将无源辐射器组件调谐到特定的低频率的附加质量。

当无源辐射器膜片振动时，移动质量产生力。在仅包括一个无源辐射器组件的扬声器系统中，在无源辐射器组件的共振频率处或附近的频率处,该力可能足够大，以致在壳体中引起不期望的振动。然而，通过使用处于平衡布置的第二无源辐射器组件来配置这样的系统，可以减少或消除这种不期望的影响。如果两个组件具有类似的惯性，则两个组件被认为是平衡的，使得各自引导至壳体的振动趋向于相互抵消。当两个组件被配置成使得它们的膜片具有类似的表面积并且组件具有类似的移动质量时，类似的惯性可能存在。因此，本文中所描述的声学设备示例包括两个无源辐射器组件，每个具有一个或多个有源驱动器组件，其耦合至无源辐射器膜片，其中无源辐射器组件具有类似的辐射表面积和类似的总移动质量。

如图1A所示，顶壁102中的包括两个有源驱动器组件130的无源辐射器组件可以与底壁104中的包括有源驱动器组件164的另一个无源辐射器组件相平衡。有源驱动器组件130和164被选择成使得如果无源辐射器膜片120的有效辐射面积与无源辐射器膜片170的有效辐射面积基本上相同，则膜片120和顶壁102中的有源驱动器组件130的组合移动质量类似于膜片170和底壁104中的有源驱动器组件164的组合移动质量。这种配置确保两个组合的组件具有类似的惯性值并且趋向于抵消机械振动。

在一个一般情况下，如果两个无源辐射器组件的移动质量和有效辐射面积类似，则有源驱动器组件130和有源驱动器组件160被选择成使得有源驱动器组件130的组合质量等于有源驱动器组件164的移动质量。如果不可能紧密匹配，则仍然可以通过向一个或多个无源辐射器膜片120或170添加小质量来实现平衡调节。更一般地，应当指出，两个无源辐射器膜片120和170(无有源驱动器组件)的移动质量不必相等，并且一个无源辐射器膜片中的有源驱动器组件的质量的总和不需要等于另一无源辐射器膜片中的一个或更多个有源驱动器组件的总和。相反，只要膜片及其有源驱动器组件的移动质量的组合与另一膜片及其有源驱动器组件的移动质量的组合相平衡，无源辐射器膜片的质量可以不同，并且每个膜片中的有源驱动器组件质量的总和可以不同。

即使无源辐射器膜片中的有源驱动器组件的质量不相同，那么无源辐射器组件也可以被平衡。在这种情况下，无源辐射器组件的中心与固定到无源辐射器组件的膜片的有源驱动器组件的质心之间的力矩需要使用针对固定在同一个膜片上的一个或多个其他有源驱动器组件类似地定义的力矩进行平衡。对于耦合至膜片的两个有源驱动器组件，如果有源驱动器组件中的一个有源驱动器组件比另一有源驱动器组件更小和更轻，则该较小和较轻的组件应该被横向地定位成比另一有源驱动器组件更远离无源辐射器膜片120的质心和几何中心。当以这种方式适当地定位时，摇摆被阻止。

在另一示例中，有源驱动器组件130包括有源中音驱动器和有源高音驱动器，两者均安装到相同的无源辐射器膜片。在所有有源或无源组件再现低频能量(即，能够以其调谐频率激发无源辐射器组件的能量)的又一示例中，有源驱动器142的声学输出还可以与有源驱动器164的声学输出相平衡。在该示例中，一对有源驱动器142产生与单个有源低音驱动器160相同的内部声压。相比之下，如果一对有源驱动器142没有产生与单个有源驱动器160相同的声学输出，可以通过更改供应给三个有源驱动器142和160中的一个或多个有源驱动器的电音频信号中的一个或多个电音频信号的幅度或其他特性，使两个驱动器142与有源驱动器160相平衡。

在一个示例中，在具有相同的无源辐射器组件的扬声器系统中实现适当的平衡，每个辐射器组件具有相同的辐射面积和相同的移动质量；并且将类似相同的有源驱动器耦合至每个无源辐射器组件。然而，在一些应用中，当设计或成本约束限制这种配置时，当系统包括不同种类的无源辐射器或有源驱动器时，本文中所描述的示例允许实现适当的平衡。

如图1A所示，有源驱动器组件130在位置上被横向偏离，使得有源驱动器组件130不会在物理上与有源驱动器组件164的结构相干涉。在其中壳体必须相对薄(即，膜片120和膜片170之间的距离必须是有限的)的实现方式中，在物理上不可能通过将每个无源辐射器组件耦合至单个居中的有源驱动器组件来调节无源辐射器组件的平衡。

本文中所描述的示例通过在一个无源辐射器组件的膜片120中提供多个较小的有源驱动器组件130来解决这个问题，使得总计的多个有源驱动器组件130具有与有源驱动器组件164相似或相等的移动质量的移动质量，并且使得较小的有源驱动器组件130偏离轴线99。因此，较小的有源驱动器组件130的到声室150中的结构的延伸不会干涉较大的有源驱动器组件164的到声室150中的结构的延伸。

在一些实现方式中，诸如图1A所示的示例，可以根据有源驱动器组件130的相对质量来选择与轴线99的横向偏离距离，但是当较小的有源驱动器组件130具有质量基本上相等的特征时，有源驱动器组件130应当对称地跨越膜片120布置，并且与轴线99等距。这些考虑也适用于其他附图中所示的示例。

图2示出了按照本设计原理的声学设备2000的第二示例的横截面视图，其中声学设备2000的部件与图1A所示的声学设备1000的类似部件具有相同或基本上相同的结构和功能方面。在该示例中，有源驱动器组件264(包括环绕件262和框架266)的有源驱动器或低音扬声器260和其他部件可以具有与图1A的有源驱动器160和有源驱动器组件164不同的尺寸和质量。与图1不同，有源驱动器组件264通过柔性耦合机构280机械耦合至设置在顶壁102中的膜片120，该柔性耦合机构280基本上不约束膜片120平行于轴线99的运动，而是基本上约束沿着其他轴线的运动，诸如边到边运动或摇摆运动。例如，耦合机构可以是软泡沫块。通过减少膜片120和170的不稳定性或摇摆运动，这种柔性耦合机构280可以向无源辐射器两者的操作提供优点。柔性耦合机构280还可以通过减少可能由声学设备2000的部件的机械或声学共振或者可能由不完美的平衡调节所产生的不想要的失真来改善无源辐射器组件的操作。这种不完美可能由于例如质量不平衡、不能利用消除围绕膜片120或170的平面的摇摆运动的柔性环绕件、或者阻止消除壳体共振的设计约束而产生。

柔性耦合机构280还可以减少扬声器2000在无源辐射器组件的共振频率附近的频率处振动或摇摆的倾向，在该组件被声学设备2000的其他部件所加载时。这种倾向可能由不能完全地平衡两个无源辐射器组件产生。

柔性耦合(Compliant coupling)280可以采用扬声器设计领域的技术人员已知的任何形式来柔性地耦合两个移动质量，或将一个移动质量柔性地耦合至固定质量。这种形式可以包括粘合剂、弹簧或另一耦合机构，其将膜片120的移动约束至沿着轴线99的运动。

图3A是按照本设计的原理的声学设备3000的第三示例的横截面视图，其中声学设备3000的部件可以具有与图1A的声学设备1000的类似部件相同或基本上相同的结构和功能方面。

柔性耦合机构381将有源驱动器组件364耦合至两个壳体壁101，使得耦合基本上不是约束膜片370沿着轴线99的运动，而是基本上约束膜片370沿着其他轴线的运动，诸如边到边运动或摇摆运动。可替代地，柔性耦合机构381可以将有源驱动器组件364耦合至声学设备3000的非移动部分。因为有源驱动器组件364相对于组合的无源辐射器组件和有源驱动器组件364的总移动质量具有实质性质量(substantial mass)，并且因为有源驱动器组件364的质心通常从无源辐射器环绕元件312的平面移位，所以声学设备3000以不期望的方式摇摆的倾向增加。如果柔性耦合机构280不存在，该摇摆与图2的声学设备2000将会发生的摇摆相似。

通过限制不期望的离轴运动，柔性耦合机构381可以减少可能由例如无法平衡两个无源辐射器组件而产生的不期望的振动或摇摆运动。在一些实现方式中，不期望的振动或运动可能由不能使用完全消除平行于膜片120的平面的边到边运动的柔性环绕件110、或者由导致不能够消除壳体共振或不能消除在膜片120或370上产生不均匀压力的条件(诸如声室150内的湍流)的设计约束产生。

柔性耦合机构381可以采用扬声器设计领域的技术人员已知的任何形式，其可以柔性地将一个移动质量耦合至固定质量。这种形式可以包括粘合剂、弹簧或另一耦合机构，其将膜片120的运动基本上约束至沿轴线99的运动。在图3A的声学设备中，耦合机构381被示为将有源驱动器组件364附接到壳体的侧壁101的柔性支架。在该示例中，耦合支架381伸入到侧壁101中。

图3B是图3A的声学设备3000的等距视图，其示出了从声学设备3000上方的观察位置看到的声学设备3000的内部部件的相对定位。顶壁102和安装到顶壁102上的部件未示出，以便露出声学设备3000的其他元件，其包括矩形膜片370及其环绕件312。如所图示的，柔性耦合机构381包括附接到有源驱动器组件364的环形结构。在其他示例中，柔性耦合机构可以采用不同的形状，或者可以在不同的点处或借助于一个或多个不同形状的附接结构附接到有源驱动器组件364。例如，诸如螺钉、铆钉、卡扣件和粘合剂之类的物品可以用于附接。

图4示出了按照上文所描述的原理的声学设备4000的第四示例的横截面视图，其中声学设备4000的部件可以具有与图1A的声学设备1000的部件的相同或基本上相同的结构和功能方面。

与上文所描述的早先的示例不同，每个有源驱动器组件430包括后壳体490，将有源驱动器142与声室150中的空气体积声学隔离。在一个示例中，每个有源驱动器142被装配到杯形后壳体490的顶部中，并且有源驱动器组件430被密封并且刚性地耦合至无源辐射器膜片120。

在该示例中，每个壳体490完全密封有源驱动器142的后侧，以使有源驱动器142与声学体积150声学隔离。因此，每个有源驱动器组件430产生声学输出进入声学设备4000的外部环境，但是在声学体积150内不会带来显著的压力变化，否则声学体积150将对无源辐射器膜片120和170施加显著的力。

在所图示的示例中，有源驱动器组件430的总移动质量(包括后壳体490的质量)包含于无源辐射器膜片120的移动质量。如上文所描述的，可以通过正确选择每个有源驱动器组件430的质量和位置来实现两个无源辐射器的平衡调节，从而减少声学设备4000的不期望的振动和摇摆。

尽管图4描绘了图1的声学设备1000的修改，应当认识到，上文所描述的并且在其他附图中示出的声学设备的其他示例可以被类似地修改，使得每个有源驱动器组件130包括后壳体，其用于与声室150中的空气声学隔离。

图5示出了声学设备5000的另一示例的横截面视图，其中声学驱动器组件430以类似于图4中的膜片120所示的方式固定到无源辐射器膜片520；然而，低音扬声器560或其他声学驱动器被配置成从与有源驱动器142相同的壳体的同一侧辐射。由低音扬声器560辐射的大量声能可能处于无源辐射器的调谐频率以上的频率，因此所图示的声学设备5000具有从壳体的同一侧沿共同方向以这些较高频率辐射声能的优点。

与有源驱动器142相对的壳体的侧上的无源辐射器膜片570没有任何孔或开口，并且不具有暴露的声学驱动器。相反，低音扬声器560安装在框架590中，该框架590直接耦合至无源辐射器膜片570的内表面。低音扬声器560和框架590是低音扬声器组件564的一部分。框架590具有开口550(附图中仅示出一个)，其允许来自低音扬声器560的后侧的声学辐射进入声室150并且对声室加压。框架590可以是具有大量开口550或围绕框架周边或圆周设置的刚性结构，因此声能未被明显地阻挡或衰减。与上文针对其他声学设备所描述的柔性耦合元件类似的柔性耦合器580用于将低音扬声器组件564耦合至无源辐射器膜片520。

已经描述了若干个实现方式。然而，应当理解，在不背离本文中所描述的发明构思的范围的情况下，可以进行附加的修改，因而，其他实施例也在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种声学设备，包括：

声学壳体，具有限定声室的壁；

第一无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第一壁的开口中并且被配置成响应于所述声室中的压力改变而平行于第一轴移动，所述第一轴延伸穿过所述第一无源辐射器膜片的质心并且与所述第一壁正交；

第二无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于所述声室内的压力改变而平行于第二轴移动，所述第二轴延伸穿过所述第二无源辐射器膜片的质心并且与所述第二壁正交；

第一有源驱动器组件，被设置在所述第一无源辐射器膜片中的开口中，并且以朝向所述第二壁的方向伸入所述声学壳体中；以及

多个第二有源驱动器组件，每个第二有源驱动器组件被设置在所述第二无源辐射器膜片的开口中，并且以朝向所述第一壁的方向伸入所述声学壳体中，所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件横向地偏离所述第二轴，

其中所述第一有源驱动器组件伸入所述声学壳体的距离与所述多个第二有源驱动器组件中的一个第二有源驱动器组件伸入所述壳体的距离的总和大于所述第一壁和所述第二壁的间隔，以及

其中所述第一无源辐射器膜片的移动质量等于所述第二无源辐射器膜片的移动质量。

2.根据权利要求1所述的声学设备，其中对于所述第二有源驱动器组件中的每个有源驱动器组件，所述第二无源辐射器膜片的中心与所述有源驱动器组件的质心之间的力矩等于所述第二无源辐射器膜片的所述中心和其他有源驱动器组件中的每个有源驱动器组件之间的力矩。

3.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一无源辐射器膜片的运动和所述第二无源辐射器膜片的运动产生在声学上同相的声波，并且其中所述第一无源辐射器膜片的运动和所述第二无源辐射器膜片的运动在机械上异相。

4.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一轴和所述第二轴是平行的。

5.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一轴和所述第二轴是共线的。

6.根据权利要求1所述的声学设备，还包括柔性耦合机构，所述柔性耦合机构将所述第一有源驱动器组件耦合至所述第二无源辐射器膜片。

7.根据权利要求1所述的声学设备，还包括柔性耦合机构，所述柔性耦合机构将所述第一有源驱动器组件耦合至所述声学壳体的所述壁中的至少一个壁。

8.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件包括后壳体，以将所述第二有源驱动器组件声学地密封而与所述声室隔离。

9.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述多个第二有源驱动器组件的横向偏离量是相等的。

10.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一壁和所述第二壁彼此平行。

11.根据权利要求1所述的声学设备，其中所述第一有源驱动器组件的质量等于所述第二有源驱动器组件的质量的总和。

12.一种声学设备，包括：

声学壳体，具有限定声室的壁；

第一无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第一壁的开口中并且被配置成响应于所述声室中的压力改变而平行于第一轴移动，所述第一轴延伸穿过所述第一无源辐射器膜片的几何中心并且与所述第一壁正交；

第二无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于所述声室内的压力改变而平行于第二轴移动，所述第二轴延伸穿过所述第二无源辐射器膜片的几何中心并且与所述第二壁正交，所述声学壳体的所述第一壁和所述第二壁彼此平行；

第一有源驱动器组件，被设置在所述第一无源辐射器膜片中的开口中，以朝向所述第二壁的方向伸入所述声学壳体中，并且具有在所述第一轴上的几何中心；以及

多个第二有源驱动器组件，每个第二有源驱动器组件被设置在所述第二无源辐射器膜片中的开口中，并且以朝向所述第一壁的方向伸入所述声学壳体中，所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件具有横向地偏离所述第二轴的几何中心，

其中所述第一有源驱动器组件伸入所述声学壳体的距离与所述多个第二有源驱动器组件中的一个第二有源驱动器组件伸入所述壳体的距离的总和大于所述第一壁和所述第二壁的间隔，以及

其中所述第一无源辐射器膜片的移动质量和所述第一有源驱动器组件的质量的总和等于所述第二无源辐射器膜片的移动质量与所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件的质量的总和。

13.根据权利要求12所述的声学设备，其中所述多个第二有源驱动器组件的横向偏离量是相等的。

14.根据权利要求12所述的声学设备，还包括柔性耦合机构，所述柔性耦合机构将所述第一有源驱动器组件耦合至所述第二无源辐射器膜片。

15.根据权利要求12所述的声学设备，还包括柔性耦合机构，所述柔性耦合机构将所述第一有源驱动器组件耦合至所述声学壳体的所述壁中的至少一个壁。

16.根据权利要求12所述的声学设备，其中所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件包括后壳体，以将所述第二有源驱动器组件声学地密封而与所述声室隔离。

17.一种声学设备，包括：

声学壳体，具有限定声室的壁；

第一无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第一壁的开口中并且被配置成响应于所述声室中的压力改变而平行于第一轴移动，所述第一轴延伸穿过所述第一无源辐射器膜片的质心并且与所述第一壁正交；

第二无源辐射器膜片，被设置在所述声学壳体的第二壁的开口中并且被配置成响应于所述声室内的压力改变而平行于第二轴移动，所述第二轴延伸穿过所述第二无源辐射器膜片的质心并且与所述第二壁正交；

第一有源驱动器组件，被固定到所述第一无源辐射器膜片的表面并且被配置成沿与所述第一轴平行的方向、并且通过所述第二无源辐射器膜片中的开口辐射声能，所述第一有源驱动器组件以朝向所述第二壁的方向伸入所述声学壳体中；以及

多个第二有源驱动器组件，每个第二有源驱动器组件被设置在所述第二无源辐射器膜片中的开口中，并且以朝向所述第一壁的方向伸入所述声学壳体中，所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件横向地偏离所述第二轴并且被配置成沿平行于所述第一轴的方向辐射声能，

其中所述第一有源驱动器组件伸入所述声学壳体的距离与所述多个第二有源驱动器组件中的一个第二有源驱动器组件伸入所述壳体的距离的总和大于所述第一壁和所述第二壁的间隔，以及

其中所述第一无源辐射器膜片的移动质量等于所述第二无源辐射器膜片的移动质量。

18.根据权利要求17所述的声学设备，还包括柔性耦合机构，所述柔性耦合机构在所述第二无源辐射器膜片中的所述开口处将所述第一有源驱动器组件耦合至所述第二无源辐射器膜片，来自所述第一有源驱动器组件的所述声能通过所述第二无源辐射器膜片中的所述开口辐射。

19.根据权利要求17所述的声学设备，其中所述第二有源驱动器组件中的每个第二有源驱动器组件包括后壳体，以将所述第二有源驱动器组件声学地密封而与所述声室隔离。

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