CN111163393A - 一种拓扑号筒式新型喇叭和音响系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拓扑号筒式新型喇叭和音响系统。该新型喇叭包括：箱体，管道，和振动声源；所述箱体的前端设有第一喇叭口和第二喇叭口，所述箱体的后端设有开孔；所述管道的第一端自所述第一喇叭口伸入所述箱体内并与所述第二喇叭口相接，所述管道的第二端与所述开孔相接；所述振动声源设于所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处，用于根据音频信号激励产生表面振动和空气振动。本发明的新型喇叭，其内外两面所产生的声波是同相的，内表面与外表面发出的声音的功率不仅不会互相抵消，反而会很好地叠加在一起；而且该新型喇叭既有壳体表面振动又有腔体内空气的振动；从而取得了指向性更好，声音衰减较小，声音保真度较高等优点。

Description

一种拓扑号筒式新型喇叭和音响系统

技术领域

本发明涉及电声技术领域，具体涉及一种拓扑号筒式新型喇叭和音响系统。

背景技术

号筒扬声器是普通的动圈结构扬声器安装了一个号筒。具有方向性强，功率大，效率高等优点。号筒扬声器的不足之处是低频响应差、频带较窄，容易产生非线性失真。

NXT平面扬声器是一种宽波段声学辐射器。NXT平面扬声器的基本结构，是驱动器加上音板。该技术彻底放弃了传统活塞式运动的设计，音板用一块轻质的平板也可以是某个箱体外壳或一个平面。驱动后整个表面几乎是随机振动、而不是规律性振动的振膜来取代。在其受到某种激励以后，面板上每一个面积单元都能作相互独立的无规则振动，以至于我们可以将整块面板设想成是一个由微型扬声器组成的阵列。每个微型扬声器单元都辐射一个非相关的信号，但它们的信号又最后合成在一起，从宏观上形成一个我们所需要的声学输出。这种随机振动的平板与常规振膜大相径庭，因为其功率是被直接输出到相对频率恒定的平板机械阻抗之上，NXT具有很优良的特性，随着科技的发展和社会的进步，家庭影院音响设备也在不断地更新换代，其中，目前市场上备受关注的英嘉尼隐形音箱就是源于英国NXT平面扬声器技术。平面扬声器具有单位面积省功率不足，低频较弱等缺点。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种拓扑号筒式新型喇叭，具有更好的声音效果。本发明实施例还提供相应的音响系统。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种拓扑号筒式新型喇叭，包括：箱体，管道，和振动声源；所述箱体的前端设有第一喇叭口和第二喇叭口，所述第一喇叭口大于所述第二喇叭口，所述箱体的后端设有开孔；所述管道的第一端自所述第一喇叭口伸入所述箱体内并与所述第二喇叭口相接，所述管道的第二端与所述开孔相接；所述箱体和所述管道一起构成拓扑号筒式的壳体，所述箱体的内腔和所述管道的内腔相接构成统一的腔体；所述振动声源设于所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处，用于根据音频信号激励所述壳体表面产生振动，和激励所述腔体内空气产生振动。

进一步的，所述振动声源为圆环形的电磁激振装置，套设在所述箱体的后端或者所述管道的第二端或者所述箱体的后端与所述管道的第二端之间。

进一步的，所述振动声源为若干个压电片，粘贴在所述箱体的后端和/或所述管道的第二端。

进一步的，所述箱体自前端至后端逐渐缩小。

进一步的，所述箱体为直线型或抛物线型或圆锥形或双曲线型的号筒式箱体。

进一步的，所述箱体的前端具有前箱壁，所述第一喇叭口开设于所述前箱壁的中部，所述第二喇叭口开设于所述前箱壁的一侧。

进一步的，所述管道的第一端向外逐渐增大。

进一步的，所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处设有圆环形的法兰盘，所述法兰盘用于固定所述振动声源。

本发明第二方面提供一种包含如本发明第一方面所述的拓扑号筒式新型喇叭的音响系统。

从以上技术方案可以看出，本发明的拓扑号筒(Topology Horn)式新型喇叭，其拓扑号筒结构类似于拉莱茵瓶，没有内、外之分；当外来的激励信号使其外表面振动时，其难以区分内、外表面的振动；或者说，其外表面振动会逐步变成内表面振动，这就和常见的非拓朴结构腔体有根本不同。因此，该种拓扑号筒式新型喇叭在其内外两面所产生的声波是同相的，没有相位差，内表面与外表面发出的声音的功率不仅不会互相抵消，反而会很好地叠加在一起。而且，该拓扑号筒式新型喇叭既有壳体表面振动又有腔体内空气的振动。

因此，本发明的拓扑号筒式新型喇叭，具有以下优点：

1.本发明的拓扑号筒式新型喇叭，其壳体本身是振动源，同时其腔体内部空间又有振动发声源激励空气振动的功能，从而腔体内部空间又有了音箱的功能，这样，它就具有喇叭和音箱的综合功能，这是本发明的重大特色。

2.指向性好。一般用传统喇叭构成的音箱，指向性很差，人必须站在音箱的前面，才能听到较完美的声音，特别是高音的部分；而如果你站在音箱的侧面，可能有些背景或伴奏声音就听不到了；如果你站在音箱的背面，可能那甜美的歌声，已经变成了不愿意欣赏的声音了。而本发明产品却没有上述的问题存在，无论你站在任何位置，都能欣赏到完整、真实的声音。

3.声音衰减较小。传统的音箱，当你靠得太近会发现声音很大，而距离稍远时，你又觉得声音小了许多。而没有以上问题，无论你是在近距离还是稍远距离，所听到的声音大小并没有太大的差异。

4.声音的保真度较高。一般传统的喇叭，它的形状为圆锥形，当它振动发出声音时，往往将声音集中在喉部，经过压缩，再传播出来，而人们所听到的声音，是经过压缩而变形的声音。本发明产品声音表现得更准确，更柔顺自然。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是一种克莱因瓶的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中克莱因瓶形式的拓扑号筒结构的示意图；

图3是本发明一个实施例提供的拓扑号筒式新型喇叭的结构示意图；

图4是本发明一个实施例中拓扑号筒式新型喇叭的一种实物结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

如背景技术部分所述，NXT平面扬声器的基本结构，是驱动器加上音板。我们设想若驱动器驱动的音板是莫比乌斯带，则其和传统扬声器的锥形纸盆作活塞式运动不同。传统扬声器的锥形纸盆其正面发出的声音和背面发出的声音是反相的。而莫比乌斯带上的振动和NXT技术相类似，其特点是正反面辐射同向(或由正向逐渐变化到反向)声波。其原因是由于分布模式复杂的辐射特性，以及从远场看来辐射元之间互不相关的相位特性，音板在其前后两面所产生的声波是同相的。从背面发出的声音，不仅不会与其正面发出的声音功率互相抵消，反而会很好地叠加在一起。但是，在实际生产、制造工艺上却有困难，难以进行规格化、一致性的生产。尤其是莫比乌斯帶难以固定，若是几点式固定则难做到规格化、一致性的效果；若是莫比乌斯帶边界固定，则又难做到在实际生产、制造工艺上得到保证，因此，具体生产制造有困难。

著名数学家菲利克斯·克莱因(Felix Klein)发现了后来以他的名字命名的著名“瓶子”。这是一个像球面那样封闭的(也就是说没有边)曲面，但是它却只有一个面。从数学角度来理解，克莱因瓶属于一种无定向性的平面；从拓扑学角度理解，克莱因瓶指的是不可定向的拓扑空间。从外观上来看，克莱因瓶指的是，一个瓶形物体其底部有个洞，其颈部能够被不断延伸，直至插入瓶形事物内部，颈部与底部相接。这种瓶子根本没有内、外之分，无论从什么地方穿透曲面，到达之处依然在瓶的外面，所以，它本质上就是一个“有外无内”的古怪东西。尽管现代玻璃工业已经发展得非常先进，但是，所谓的“克莱因瓶”却始终是大数学家克莱因先生脑子里头的“虚构物”，根本制造不出来。

如图1所示，示出了一种克莱因瓶，但它不是真正的克莱因瓶，只是一种三维空间无法顺利表达它的妥协之举。然而，利用该方法，通过将NXT平面扬声器的音板更换为克莱因瓶结构，本文就可以提出一种拓扑号筒(Topology Horn)式新型喇叭结构的结构设计。

请参考图2至图4，本发明的一个实施例，提供一种拓扑号筒式新型喇叭。

该新型喇叭可包括：

箱体D，管道E，和振动声源(图中未示出)；

所述箱体的前端D设有第一喇叭口B和第二喇叭口A，所述第一喇叭口B大于所述第二喇叭口A，所述箱体D的后端设有开孔C；

所述管道E的第一端自所述第一喇叭口B伸入所述箱体D内并与所述第二喇叭A口相接，所述管道E的第二端与所述开孔C相接；

所述箱体D和所述管道E一起构成拓扑号筒式的壳体，所述箱体D的内腔和所述管道E的内腔相接构成统一的腔体；

所述振动声源设于管道E的第二端与箱体D的后端的相接处，用于根据音频信号激励所述壳体表面产生振动，和激励所述腔体内空气产生振动。

从图中可以看出，A为小喇叭口，B为大喇叭口；从构造上来看，真正的克莱因瓶(Klein Bottle)是光滑的，最多只有两条黏接细缝，如图2所示的克莱因瓶其不同是多了个洞，B则是开洞的位置，而在拓扑号筒式新型喇叭结构中，B则是喇叭向外传送声音的开口；C为箱体后端开孔，是管道和箱体相接口。图中，1-2-3-4-5-6是管道E的走向顺序，其中4-5处是安放振动声源的位置。

本发明实施例中，可选的制造工艺为，先制作一个箱体D，前端形成开口作为大喇叭口B，后端形成开孔C，并且，在箱体前端大喇叭口B旁的前箱壁上开一个口作为小喇叭口A，然后，再用一个弯曲的管道E，管道E一端连接A孔后，经几个弯头再接到开孔C。可选的，在开孔C外，即，所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处，可以设一个圆环形的法兰盘，该法兰盘可装在管道外，用来安装振动声源。

本发明实施例中，所述振动声源可以为圆环形的电磁激振装置，套设在所述箱体的后端或者所述管道的第二端或者所述箱体的后端与所述管道的第二端之间；或者，所述振动声源也可以为若干个压电片，粘贴在所述箱体的后端和/或所述管道的第二端。

振动声源有两种功能：

a、激励产生表面振动。例如利用一个圆环形的电磁激振装置，当通以音频信号后产生振动，从而激励管道/箱体表面随音频信号振动，它类似于NXT技术的驱动器，将拓扑号筒式的壳体作为音板进行驱动发音。

b、激励产生腔体内空气振动。例如在管道截面处，标记4、5所示的安放振动声源的接口位置上，利用一个圆环形的电磁激振装置，当通以音频信号后产生振动，从而激励管道/箱体表面C处周围的壳体面随音频信号振动，而产生推动腔体内空气的振动而发声。

如上，其振动声源可以是利用圆环形的电磁激振装置，当然也可以是粘贴薄的压电片(例如多个且形状、尺寸不一)，在外加信号电压的驱动下起振而推动管道/箱体表面C处周围的壳体面随音频信号振动，而产生推动腔内气体的振动而发声。

本发明实施例中，所述箱体自前端至后端逐渐缩小。可选的，所述箱体可以为直线型或抛物线型或圆锥形或双曲线型的号筒式箱体。可选的，所述箱体的前端具有前箱壁，所述第一喇叭口开设于所述前箱壁的中部，所述第二喇叭口开设于所述前箱壁的一侧。

本发明实施例中，由于拓扑号筒式新型喇叭既有壳体表面振动又有腔体内空气的振动，因此，该新型喇叭优选采用悬挂式固定方式进行固定，以取得更好的音效。

本发明实施例中，优选所述管道的第一端向外逐渐增大，即图中从标记2所示位置到标记1所示位置这一段逐渐增大。

本发明的新型喇叭，其管道E的走向顺序是1-2-3-4-5-6，则相当于是一个倒相管，这也相当于一个音箱了。因此，本发明的拓扑号筒式新型喇叭结构，其特点是号筒喇叭和音箱复合体结构。

本发明实施例公开了一种从克莱因瓶转化成一个拓扑号筒式新型喇叭结构设计。常见的非拓朴结构总是存在内表面及与之不相连通的外表面，当外来的激励信号使外表面振动和使内表面振动时，其位相则相差π的位相。但本专利是拓扑号筒(Topology Horn)式新型喇叭结构，其特点是：这种结构根本没有内、外之分，无论从什么地方穿透壳体，到达之处依然在拓扑号筒结构的外面，所以，它本质上就是一个“有外无内”的古怪东西。因此，当外来的激励信号使外表面振动时，其难以区分内、外表面的振动。或者说，其外表面振动会逐步变成内表面振动，这就和常见的非拓朴结构腔体有根本不同了。式新型喇叭既有壳体表面振动又有腔体内空气的振动。

本发明的拓扑号筒式新型喇叭的发声机构与一般的号筒喇叭不同，又和一般的音箱不同。该拓扑号筒式新型喇叭的声辐射特性也和目前常见的号筒喇叭不同，又和一般的音箱不同。本发明是把表面振动和激励腔内空气振动相结合的拓扑号筒式新型喇叭。

以上，对本发明实施例的拓扑号筒式新型结构喇叭的结构和工作原理进行说明，本发明原创性的提出了将把表面振动和激励内腔气体振动相结合的技术思想。

本发明实施例除了要求保护如上所述的拓扑号筒式新型结构喇叭，还要求保护其衍生产品，例如，本发明的一个实施例，还提供一种包含如上所述的拓扑号筒式新型喇叭的音响系统。

从以上技术方案可以看出，本发明的拓扑号筒(Topology Horn)式新型喇叭，其拓扑号筒结构类似于拉莱茵瓶，没有内、外之分；当外来的激励信号使其外表面振动时，其难以区分内、外表面的振动；或者说，其外表面振动会逐步变成内表面振动，这就和常见的非拓朴结构腔体有根本不同。因此，该种拓扑号筒式新型喇叭在其内外两面所产生的声波是同相的，没有相位差，内表面与外表面发出的声音的功率不仅不会互相抵消，反而会很好地叠加在一起。而且，该拓扑号筒式新型喇叭既有壳体表面振动又有腔体内空气的振动。

因此，本发明的本发明的拓扑号筒式新型喇叭具有以下优点：

1.本发明的拓扑号筒式新型喇叭，其壳体本身是振动源，同时其腔体内部空间又有振动发声源激励空气振动的功能，从而腔体内部空间又有了音箱的功能，这样，它就具有喇叭和音箱的综合功能，这是本发明的重大特色。

2.指向性好。一般用传统喇叭构成的音箱，指向性很差，人必须站在音箱的前面，才能听到较完美的声音，特别是高音的部分；而如果你站在音箱的侧面，可能有些背景或伴奏声音就听不到了；如果你站在音箱的背面，可能那甜美的歌声，已经变成了不愿意欣赏的声音了。而本设计产品却没有上述的问题存在，无论你站在任何位置，都能欣赏到完整、真实的声音。

3.声音衰减较小。传统的音箱，当你靠得太近会发现声音很大，而距离稍远时，你又觉得声音小了许多。而没有以上问题，无论你是在近距离还是稍远距离，所听到的声音大小并没有太大的差异。

4.声音的保真度较高。一般传统的喇叭，它的形状为圆锥形，当它振动发出声音时，往往将声音集中在喉部，经过压缩，再传播出来，而人们所听到的声音，是经过压缩而变形的声音。本发明产品声音表现得更准确，更柔顺自然。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，包括：

箱体，管道，和振动声源；

所述箱体的前端设有第一喇叭口和第二喇叭口，所述第一喇叭口大于所述第二喇叭口，所述箱体的后端设有开孔；

所述管道的第一端自所述第一喇叭口伸入所述箱体内并与所述第二喇叭口相接，所述管道的第二端与所述开孔相接；

所述箱体和所述管道一起构成拓扑号筒式的壳体，所述箱体的内腔和所述管道的内腔相接构成统一的腔体；

所述振动声源设于所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处，用于根据音频信号激励所述壳体表面产生振动，和激励所述腔体内空气产生振动。

2.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述振动声源为圆环形的电磁激振装置，套设在所述箱体的后端或者所述管道的第二端或者所述箱体的后端与所述管道的第二端之间。

3.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述振动声源为若干个压电片，粘贴在所述箱体的后端和/或所述管道的第二端。

4.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述箱体自前端至后端逐渐缩小。

5.根据权利要求4所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述箱体为直线型或抛物线型或圆锥形或双曲线型的号筒式箱体。

6.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述箱体的前端具有前箱壁，所述第一喇叭口开设于所述前箱壁的中部，所述第二喇叭口开设于所述前箱壁的一侧。

7.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述管道的第一端向外逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭，其特征在于，

所述管道的第二端与所述箱体的后端的相接处设有圆环形的法兰盘，所述法兰盘用于固定所述振动声源。

9.一种包含如权利要求1所述的拓扑号筒式新型喇叭的音响系统。

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