CN109951778A - 全频扬声器与扬声器在箱体的对冲安装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是动圈电动扬声器，它是一个由磁路、音圈、定心支片、振盆、悬边及外围支架构成的弹性系统，现有技术中没有单只扬声器能够全音频发声。现有技术中的同轴全频扬声器只是一类组合扬声器，由中低音扬声器、高音扬声器及分频电容同轴安装组合而成。本发明涉及的全频扬声器是真正意义下的全频扬声器，仅有一只扬声器，其创新点是通过对中低音扬声器振盆的改造实现全频功能。本发明涉及的另一项是扬声器在音箱箱体上的对冲安装，现有技术在这方面没有研究。对冲安装是利用背对背安装的扬声器产生的互相抵消，从而大幅度降低箱体的音染及箱体内的音流驻波。

Description

全频扬声器与扬声器在箱体的对冲安装

技术领域

本发明涉及的是动圈式电动扬声器，它是一个由磁路、音圈、定心支片、振盆、悬边及外围支架构成的弹性系统，在电磁力的驱动下作强迫振动而发声。在现有技术中，单只扬声器的发声范围可分为中低音及高音，也可将一只中低音扬声器与一只高音扬声器组合安装构成全频扬声器，亦即是，现有技术中没有单只扬声器能够全音频发声。

本发明涉及的另一项是扬声器在音箱箱体上的安装，现有技术对此项技术没有研究，本发明指出了扬声器在箱体上的最佳安装及对音箱品质的提升。

背景技术

人耳可闻的声音范围为20H_Z-20KH_Z，一般分为低音二段：20H_Z-40H_Z，40H_Z-80H_Z；中音三段：80H_Z-160H_Z，160H_Z-1.2KH_Z，1.2KH_Z-2.5KH_Z，，高音二段：2.5KH_Z-5KH_Z，5KH_Z-20KH_Z。现有技术重播20H_Z-20KH_Z的全音频采用独立的低、中、高三只扬声器及三分频分频器，或者独立的中低音、高音二只扬声器与二分频分频器。

现有技术中全频同轴扬声器是一类组合扬声器，用同轴安装二只扬声器(中低音、高声)替代单独的二只(中低音、高音)扬声器。国际上有英国天郎公司TANNOY后置高音双磁路技术、英国极尔峰KEF公司的前置高音双磁路技术及国内索威公司的高、低音共磁技术。它们实质上是二只(中低音、高音)扬声器同轴安装组合并配合二分频分频器。

本发明全频扬声器的创新点有二：一、只用单只中低音扬声器；二、通过对中低音扬声器振盆的改造实现全频功能。

中低音扬声器在箱体上的安装对音质的影响长期不受重视，在音箱制作的数十年的发展历程中，从来没有人研究过扬声器在箱体上的安装方式的声学效应。在现有的音箱技术中，只使用一只中低音扬声器，按惯例安装在箱体正面的下方。

本发明在音箱制作中有二项创新：其一、使用两只相同的中低音扬声器；其二、两只扬声器在箱体上对冲安装。

发明内容

一、全频扬声器

动圈式电动扬声器是一种把电信号转换成声音的电声换能器件，它是一个由磁路、音圈、定心支片、振盆、悬边及外围支架构成的弹性系统，当功率放大器向扬声器音圈注入20H_Z到20KH_Z的音频电流后，音圈在磁场中按频率及功率在磁场振动，按照当今扬声器的技术水平，音圈在磁场中振动的频率及振幅可以做到与输入的音频电流的频率与功率的失真很小。但是，事实上，按照当前的技术只能做到频率分段发声，譬如，一只中低音扬声器，当音频功率放大器向它注入20H_Z-20KH_Z的音频电流，但它能转化出的只是中低音，听不到部分中音及高音，虽然音圈在磁场中的振动是全音频的。同样，一只高音扬声器，它只能将音频电流中的高音部分转化高音，这是为什么？因为扬声器所用的振盆具有非常显著的频率特征，亦即是，中低音扬声器的振盆是高强度聚合材料制作，只能重放中低音；高音则是球顶形金属钛，铍振膜及陶瓷振膜等，只能重放高音，由此可见，在现有的动圈式扬声器技术中由于振盆的频率缺欠造成单一扬声器不能实现全音频的重放。

广义的全音频指人耳可闻的频率的由20H_Z到20KH_Z且每一频率段的功率不受限制的声音，但是音响界所指全音频20H_Z-20KH_Z且每一段频率段的声功率是有限制的。因为音响界所指的声音是一种可欣赏的声音：人声、乐器声等。这种可欣赏的声音的功率与频率是有一定关系的。譬如对人声而言，不管是男低音、中音到女高音，其基音大都在2.5KH_Z以下，只有少数可超过2.5KH_Z，但一定在5KH_Z以下，从2.5KH_Z-20KH_Z只有人声的高倍泛音；对乐器而言，绝大多乐器的基音在2.5KH_Z以下，只有小提琴、钢琴和短笛的基音可以出现在2.5KH_Z-5KH_Z音域。换句话说，即使对乐器而言，其2.5KH_Z-20KH_Z这段音域也只能有它的高倍泛音。

众所周知，基音承载了声音的绝大部分能量，而泛音(所有高次谐波之和)只承载声音的小部分能量。可欣赏的声音的基音集中在20H_Z-2.5KH_Z这段音域，而泛音则分布在2.5KH_Z-20KH_Z这段广大的音域，可以看到泛音分布的音域差不多是基音的十倍。换句话说，在20H_Z-2.5KH_Z这段音域承载了声音的绝大部分能量，而在2.5KH_Z-20KH_Z这段广大的音域只分布声音的小部分能量。可见，在相等的频率间距，基音的功率比泛音大得很多，亦即是，泛音的能量非常微弱。

在电声技术中，为了实现可欣赏的声音的高保真度重放，对扬声器的技术提出了两个差异很大的技术要求：(1)在20H_Z-2.5KH_Z这段中低音音域是可欣赏声音的基频区域，集中了大部分能量。因此要求中低音扬声器有较长的对称均匀的磁路及高强度的振盆。因为声音的能量大，推动扬声器的振幅也大；(2)在2.5KH_Z-20KH_Z这段高音音域是可欣赏声音的泛音区，声音的能量比基音区的能量小很多，但音域的宽度比基频的音域差不多宽十倍，亦即是扬声器振盆的振幅很小，但要求能均匀地在很宽的频率范围微弱发声。这要求高音扬声器必须采用金属膜片振盆，具有很宽的频率特性并在2.5KH_Z-20KH_Z频率范围内没有共振峰，并有很高灵敏度，在微弱的讯号推动下也能发声，亦即是在抖动下也能发声。

在当今的扬声器制作技术中因为不能同时满足上述二项要求，所以，采取分别制作中低音扬声器与高音扬声器并通过分频器实现可欣赏声音的高保真全音频重放。

现有技术中的同轴全音频扬声器是中低音扬声器与高音扬声器及分频器的组合安装扬声器，不是真正意义的全频扬声器。

本发明提供的全频扬声器是真正意义的全频扬声器。只用一只扬声器实现可欣赏声音的全频高保真度重放。

本发明提供的全频扬声器有三项创新：

一、在不影响中低音重播质量的前提条件下对中低音扬声器进行改造；

二、采用复合振盆，在中低音扬声器的振盆上粘接多个质量很轻的部分球面状金属薄片振盆。

三、在部分球面的薄金属振盆上打孔。

本发明的全频扬声器是通过对高保真度中低音扬声器的振盆改造而实现。因为不改变磁路、音圈、定心支片、悬边及外圈支架，只在振盆上粘接重量很轻的球顶状带有很多透气孔的金属薄片振盆，因而，对原有扬声器在中低音域的高保真度没有影响，另外，可欣赏声音在2.5KH_Z-20KH_Z音域仅有乐器与人声的泛音存在，且分配功率非常微弱，因此，音圈在磁场中对2.5KH_Z至20KH_Z的频率产生的振幅较小，相当于抖动。中低音扬声器原有的高强度振盆对于这种抖动不能发声，但是粘接在高强度振盆上的大尺寸球顶状带有很多透气孔的薄片金属振盆却能对这种振幅很小的抖动发出2.5KH_Z-20KH_Z的频率的可欣赏音乐的泛音，这是由大尺寸球顶状带有透气孔薄片金属振盆的物理声学特性所决定的。

大尺寸球顶金属薄片振盆上的很多透气孔能够保证在2.5KH_Z-20KH_Z音域没有共振峰，另外，音频气流从孔中流过将激励小孔抖动，众多的透气孔能够提高抖动发声的灵敏度，懂音乐的人都知道在2.5KH_Z-20KH_Z泛音域丰富的谐波是声音甜美的保证，亦是获得HiFi与Hi end音效不可豁缺的。

基于上述理念，本发明的全频扬声器通过对中低音扬声器之振盆的改造而获得，具体作法如下：

第一，去掉中低音扬声器的防尘帽；

第二，制备多个尺寸与主振盆相匹配的，由金属薄片压制的球顶状次振盆；

第三，在由金属薄片压制的球顶状次振盆上打透气孔，透气孔的数量、孔径大小及各孔之间距离，在保证金属薄片压制的球顶状次振盆刚性的条件下试验决定；

第四，取数个尺寸与主振相匹配的、带有透气孔的金属球顶状次振盆，然后依次由小到大，逐个地粘接在主振盆上，主振盆口径愈大，可粘接上的金属球顶次振盆的数目也多，但最多不超过4；

第五，最后一个带透气孔的金属球顶状次振盆的外沿可以粘接在主振盆的不动外圈上；

第六，压制金属球顶状次振盆的金属材料通常选用钛或铝合金薄片。

二、扬声器在箱体的对冲安装

理论上，最完美的箱体，是没有箱体的无限障板设计，也就是将扬声器固定在一个无限大的板子上，将扬声器振盆前后的声波完全隔离，由此排除声波反相抵消的状态。问题是这种设计只存在于理论，不可能用于寄居空间，所以扬声器才安装在一个箱体上，用箱体隔离向后振动的音流。问题是这种设计同时也产生许多缺点：箱内驻波、扬声器背波、箱体自身共振及扬声器反冲振动引发箱体音染等。

众所周知，上述这些缺欠对声音质量影响并不明显，对中、低档的普通音箱而言，可以忽略，但是，对高等级的HiFi及Hi end音箱而言，这是必须克服的问题。

在现有的音响技术中，为了降低箱体自身共振及扬声器反冲振动引发的箱体音染，大多数国际名牌高等级音箱制造商用重量级的材料与结构打造箱体。为了降低箱体内的驻波，尽可能地加大箱体尺寸与填充吸音材料等等，这个办法很笨，但也解决问题，唯一的缺点是箱体变得又重又大！

本发明的创新采用相互低消方式，亦即是选用相同或相近的两只中低音扬声器，并在箱体上对冲安装。所谓对冲安装是指两只相同或相近的中低音扬声器，背对背地安装在箱体两边，中间的两只磁铁头压接在塑料圆管上。

众所周知，大炮发射炮弹时，炮身将反冲，同样，扬声器发声振动时，扬声器的磁头将反冲振动，并通过支架将反冲振动传到箱体并引起箱体抖动，造成音染。如果将型号相同的中低音扬声器背对背，并在两只磁头中压接塑料园管后，并牢固地压在箱体的两面板上。首先，采取对冲安装后，两只扬声器通过压接在两个磁头上的塑料管后与整个箱体成为一体。第一，由于整体质量增加导致磁头反冲幅度减小；第二，背对背安装的扬声器，两只扬声器的磁头的反冲振动正好相反，互相抵消。因此，本发明的扬声器对冲安装可以把箱体音染降低到很低。其次，由于两只扬声器对冲安装，两个扬声器向后的音流的相位相反，另外这两只扬声器型号相同与相近，所以音流的振幅也非常接近，于是，振幅相近，相位相反的音流将在音箱体内部互相抵消，其结果是极大地降低了箱体内的音流驻波。

基于上述理念，本发明的扬声器在箱体的对冲安装之具体作法如下：

1、选用N对型号相同或性能相近的中低音扬声器及N只长度与直径适合的塑料管；

2、在箱体的前、后及左、右开与扬声器尺寸匹配的扬声器安装孔；

3、通过支撑扬声器磁头的长度匹配的塑料管将一对扬声器紧压在箱体上；

4、扬声器的对数N不超过3。

具体实施方式

一、全频扬声器

网购二手拆车4寸汽车全频扬声器，拆除小高音、支架及分频电容。因不具备机械加工设备，从烧坏的专业高音扬声器拆下直径4.6cm与8cm的球顶型钛振盆，分别在两只钛球顶上打孔，孔的直径1mm。最后步骤是将二个钛球顶依次粘接4寸汽车扬声器的振盆上。

二、扬声器在箱体上的对冲安装

书架式音箱箱体尺寸为高50cm深33cm宽25cm，两只8寸中低音扬声器，边框直径21cm。在箱体下方的正面与背面同轴线上打扬声器的安装孔，边框直径21cm，下沉0.5cm，然后用内孔直径4cm长为13cm的塑料管与两只扬声器的磁铁头粘连，并用螺钉分别将两只扬声器紧压在箱体下方的正面与背面，完成对冲安装。

Claims (2)

1.一种全频扬声器，其特征在于：对中低音扬声器之振盆的改造而获得，具体作法如下：

(1)去掉中低音扬声器的防尘帽；

(2)制备多个尺寸与主振盆相匹配的，由金属薄片压制的球顶状次振盆；

(3)在金属薄片压制的球顶状振盆上打透气孔，透气孔的数量、孔径大小及各孔之间距离，在保证金属薄片压制的球顶状次振盆刚性的条件下试验决定；

(4)取数个尺寸与主振相匹配，带有透气孔的金属球顶状次振盆，然后依次由小到大，逐个地粘接在主振盆上，主振盆口径愈大，可粘接上的金属球顶次振盆的数目也多，但最多不超过4；

(5)最后一个带透气孔的金属球顶次振盆的外沿可以粘接在主振盆的不动外圈上；

(6)压制金属球顶次振盆的金属材料通常选用钛或铝合金薄片。

2.一种扬声器在箱体上的对冲安装，其具体作法如下：

(1)选用N对型号相同或性能相近的中低音扬声器及N只长度与直径适合的塑料管；

(2)在音箱箱体的前后及左右开与扬声器尺寸匹配的扬声器安装孔；

(3)通过支撑扬声器磁头的，长度匹配的塑料管将N对扬声器紧压在音箱的箱体上；

(4)扬声器的对数N不超过3。